汽车空调的自动控制课件.ppt

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1、 自自2020世纪世纪2020年代汽车空调诞生以来，伴随汽车空年代汽车空调诞生以来，伴随汽车空调系统的普及与发展，汽车空调的发展大体上经历调系统的普及与发展，汽车空调的发展大体上经历了五个阶段：了五个阶段：1 1、单一取暖阶段（、单一取暖阶段（19251925年），年），2 2、单、单一冷气阶段（一冷气阶段（19391939年），年），3 3、冷暖一体化阶段、冷暖一体化阶段（19541954年），年），4 4、自动控制阶段（、自动控制阶段（19641964年），年），5 5、计、计算机控制阶段（算机控制阶段（19731973年）。空调的控制方法也经历年）。空调的控制方法也经历了由简单到复杂，再

2、由复杂到简单的过程。作为汽了由简单到复杂，再由复杂到简单的过程。作为汽车空调系统的电路控制方面也在不断地更新改进，车空调系统的电路控制方面也在不断地更新改进，同时，我国汽车空调的安装随着汽车业的发展以达同时，我国汽车空调的安装随着汽车业的发展以达到到100%100%的普及性，空调已成为现代汽车的一项基本的普及性，空调已成为现代汽车的一项基本配备。配备。汽车空调一般主要由压缩机(compressor)、电控离合器、冷凝器（condenser）、蒸发器（evaporator）、膨胀阀(expansion valve)、贮液干燥器（receiver drier）、管道（hoses）、冷凝风扇、真空电

3、磁阀(vacuum solenoid)、怠速器和控制系统等组成。汽车空调分高压管路和低压管路。高压侧包括压缩机输出侧、高压管路、冷凝器、贮液干燥器和液体管路；低压侧包括蒸发器、积累器、回气管路、压缩机输入侧和压缩机机油池。0.1汽车空调的功能完善的汽车计算机控制的空调系统可以对车内空气的温度、湿度、清洁度、风度和通风等进行自动调节，并使车内空气以一定的速度和方向流动，给乘客提供一个良好的乘车环境，保证在各种外界气候和条件下使乘客都处于一个舒适的空气环境中，并能够防止车窗玻璃结霜，使驾驶员保持清晰的视野，为安全驾驶提供基本保证。计算机控制的空调系统可以实现以下功能：0.1.1汽车空调自动调节功能

4、包括车内温度和湿度自动调节、回风和送风模式自动控制以及运转方式和换气量控制等控制功能。电控单元将根据驾驶员或乘客通过空调显示控制面板上的按钮进行的设定，使空调系统自动运行，并根据各种传感器输入的信号，对送风温度和送风速度及时地进行调整，使车内的空气环境保持最佳状态。电控单元还可以根据气候变化通过选择送风口，改变车内的温度分布。0.1.2经济运行控制功能当车外温度与设定的车内温度较为接近时，电控单元可以缩短制冷压缩机的工作时间，甚至在不启动压缩机的情况下，就能使车内温度保持设定状态，达到节能目的。0.1.3全面的显示功能通过安置在汽车仪表盘上的空调显示控制面板，可以随时显示当时的设置温度、车内温

5、度、车外温度、送风速度、回风和送风口状态以及空调系统运行方式等信息，使驾驶员能够及时全面地了解空调系统的工作状态。0.1.4故障检测和安全功能电控单元通过自诊断系统可以对系统的状态进行检测，并对故障情况进行判断，当系统中出现故障时，使系统传入相应的故障安全状态，防止故障进一步扩大。夏日炎炎，驾乘人员都需要汽车空调带来凉爽。汽车按档次分为豪华、高档、中档和低档，相应的其空调系统也按技术含量、功能等依次分为手动调节、自动调节、自动恒温、独立温区空调等四个档次。5.2汽车空调的自动控制 汽车空调分为客车空调、轿车空调、卡车空调、工程车辆空调及其他空调。汽车空调功能主要是制冷和送风的功能，另外，空调还

6、有除雾和除霜的功能，这是一般常识。在现代汽车自动空调系统中，最主要是温度梯度控制和相对湿度控制两个方面。而空调ECU是根据外界气候条件及温度和湿度传感器检测车厢内信号，自动打开加热、制冷或去湿装置，使汽车车厢内的温湿度能维持在人体较舒适的范围内，而且能够根据车内外的温差进行自动除霜，避免挡风玻璃起雾致使能见度降低。现代轿车的空调系统按照功能分为通风及空气净化装置、冷风装置、暖风装置等三大类。通风及空气净化装置的功能是换气及过滤隔离空气的有害尘埃（例如花粉）；冷风装置的功能是降温、除湿；暖风装置的功能是采暖、换气。传统式手动车用空调设计方式 利用红外线温度传感器反映热的特性 空调系统是舒适性装置

7、，汽车内部温度是舒适性的重要指标。车内温度取决于车外温度、空气流量以及太阳辐射的大小。当车外温度超过20以上，车内的舒适温度只能靠冷风降温达到。传统空调是人工调控的，在空调控制面板上有一个温度调节旋钮，实际上是一个可变电阻装置，它与蒸发器内的温度感应电阻组成串联电路，当温度改变时，这组电路的阻值发生变化，从而控制压缩机的电磁离合器：当温度低时将离合器分离，空调停止工作；当温度高时将离合器闭合，空调继续工作。这样的控制方式比较简单，但温控调节粗糙。自动空调则是自行调控，它能够依据车厢温度自动调节出风温度，具有平滑柔顺性，温控调节精细。另外自动空调有自检装置，可以及早发现故障隐患。自动空调控制系统

8、由四部分组成：一是传感器部分，专门负责温度信息反馈。二是系统“控制中枢”，也就是空调器控制部件ECU。三是控制部件，包括空调系统冷凝器电动机、蒸发器电动机等，包括混合气流电动机、气流方式电动机，用以控制冷暖气组合、开启或关闭正面、侧面和脚部的出风口。四是自检及报警部分。汽车空调放大器。它由单片微处理器(CPU)电路、蒸发温度取样电路、设定温度取样电路、开关信号输入电路、晶体管输出电路和电源电压提供电路组成，电路连接方式是由蒸发温度取样电路、设定温度取样电路、开关信号输入电路连接到单片微处理器上，通过单片微处理器输出端连接到晶体管输出电路。自动空调控制系统的传感器一般有车厢内温度传感器、车厢外温

9、度传感器、蒸发器温度传感器、太阳能传感器、水温传感器等。其中水温传感器位于发动机出水口，它将冷却水温度反馈至ECU，当水温过高时ECU能够断开压缩机电磁离合器而保护发动机，同时也使ECU依据水温控制冷却水通往加热芯的阀门。各个传感器将温度信息反馈到ECU，ECU通过“混合风档”的冷暖风比例而控制空气流的温度，例如当温度过低时ECU指令冷气流经加热芯升温，当温度过高时则增大冷气，当车厢内温度达到预定值时，ECU会发出指令停止“混合风档”伺服电动机运转。同时，ECU还通过“方式风档”伺服电动机控制气流流向，确定出风口的吹风角度。轿车空调全自动控制器主要包括硬件和软件两大部分。一、硬件组成 硬件主要

10、由中央处理单元、信号输入模块、信号输出控制模块、键盘信号扫描模块、驱动模块及显示模块等6大模块组成。1、中央处理单元支持模糊控制算法的程序。2、信号输入模块通过各种传感器或其它方式将各种信号转换为数字信号输入到单片机，供单片机使用。信号输入单元主要包括开关量信号及A/D 转换信号、脉冲信号的输入。（1）开关量信号的输入开关量信号主要是指轿车空调运行工况的电平信号。如压缩机电磁离合器的吸合、断开信号及热水阀的开断等信号。通常采用低电平表示正常，浮空表示故障信号。（2）A/D 转换信号的输入采用2片ADC0809芯片将各种传感器模拟信号转换为数字信号。模拟信号的输入主要有环境温度、车室内温度、太阳

11、辐射量、蒸发器进口温度、蒸发器出口温度、蒸发器表面温度、热水温度、蒸发器出风温度、送风温度、混合风门电位计等信号。（3）脉冲信号的输入轿车发动机通过锁止传感器将转速脉冲信号送入单片机，单片机根据计算出的车速信号，通过预先补偿消除发动机转速对轿车空调系统的影响。3、键盘扫描信号模块轿车空调全自动控制器通过键盘扫描确定输入信号、控制轿车空调的运行方式。输入模式选择信号改变汽车空调的运行模式；输入车室内温度设定值改变车室内温度控制点，输入新风/循环风选择信号改变车室内空气的循环方式；输入风速转换信号改变鼓风机转速：高、中、低3挡；输入模式风门控制信号改变出风模式。4、驱动模块主要包括压缩机的驱动、伺

12、服电机的驱动、风机的驱动、电子膨胀阀的驱动等。（1）压缩机的驱动根据制冷系统的运行工况，单片机使继电器吸合或断开，控制压缩机电磁离合器的吸合、断开。（2）伺服电机的驱动进风伺服电机、模式风门伺服电机、混合风门伺服电机的驱动电路基本上相同。这里只介绍进风伺服电机的驱动电路，驱动电路如下图所示。在电路中“1”接+12V,“2、3”分别接单片机的高电平和低电平、驱动电机正转和反转。该伺服电机内装有1个电位计，随电机转动，并向空调ECU反馈电机活动触点的位置情况。(3)电子膨胀阀的驱动电子膨胀阀为专门设计的轿车空调用电子膨胀阀，电子膨胀阀的步进电机为普通磁组式4相8拍式。4相绕组分别由扩展芯片8255

13、的PC0PC3控制，采用MC9013三极管驱动，并采用TLP5214光电隔离，其驱动电路如下图所示。5、信号输出模块单片机对输入的信号进行处理后，将处理结果中的一部分通过驱动部件输出到执行机构，实现轿车空调的自动控制；另外部分输出到显示模块，显示汽车空调的运行状态。6、显示模块常用的显示模块主要有发光二极管、数码管、液晶显示屏、真空荧光显示屏等4种。发光二极管价格低，使用方便，主要应用在状态的运行与否；数码管一般用于显示数字，在轿车空调控制系统中数码管的电流较大，可能会对系统产生影响；液晶显示屏可以任意显示图形、汉字，能较好地显示汽车空调的运行状态；真空荧光显示屏发光度高，彩色图符显示清晰悦目

14、，但价格较贵。二、软件组成 轿车空调全自动控制系统软件设计主要包括PC机通讯程序和单片机的软件程序两部分。三、轿车空调系统的全自动控制 轿车空调的控制通常是以提高效率和容量控制为目的。提高效率就是控制蒸发器出口合适的过热度，理论上蒸发器的出口过热度为零时蒸发器的换热量最大，但实际中由于存在最小稳定过热度和防止压缩机发生液击，蒸发器出口的过热度通常大于零。容量控制就是通过控制压缩机的排量（或转速）保证蒸发器的入口温度（蒸发压力）在结霜温度以上，防止蒸发器表面结霜。但由于轿车空调系统是一个非线性且各参数相互耦合的复杂系统，单输入单输出的控制方式已不能满足轿车空调控制的要求，需要多输入多输出的控制方式。汽车空调温度与湿度控制 在汽车中,由于没有足够的电源带动汽车空调压缩机工作,只能由汽车发动机作为汽车空调压缩机的动力。其工作原理为:由汽车发动机带动1皮带轮不停旋转,当需要启动空调时，接通4线环中线圈的电源，使线环产生强励磁場，瞬间吸合2动板，带动定板旋转。由于定板锥孔与空调压缩压机主轴相联，动力传到空调压缩压机上，压缩机便开始工作，于是空调开始制冷或制热。当不需要空调时，切断线环中线圈的电源，强励磁場消失，动板在5弹簧片作用下迅速复位，使动板与定板脱离，压缩机停止工作，空调就不会制冷或制热。