汽车空调自动控制系统设计

汽车空调自动控制系统设计

顾凯悦

比亚迪汽车工业有限公司    广东省深圳市518000

摘要：本文主要研究了汽车空调自动控制系统的设计，通过对系统的硬件和软件进行详细的设计，实现了汽车空调的自动控制。该系统能够有效地提高汽车空调的冷却效率和稳定性，同时也提高了汽车的燃油经济性。本文的研究成果对于汽车空调系统的优化和改进具有一定的参考价值。

关键词：汽车空调；自动控制；硬件设计；软件开发

一、引言

随着汽车技术的不断发展和进步，汽车空调系统已经成为现代汽车中不可或缺的一部分。汽车空调系统的目的是为驾乘人员提供舒适的车内环境，同时也可以对车内空气进行净化，提高车内的空气质量。然而，传统的手动空调控制系统已经无法满足现代汽车对于空调系统的需求，因此，汽车空调自动控制系统的研究与设计显得尤为重要。

二、研究现状分析

目前，国内外对于汽车空调自动控制系统的研究已经有了一定的成果。在日本、美国和欧洲等发达国家和地区，汽车空调自动控制系统已经得到了广泛的应用。然而，国内汽车空调自动控制系统的发展还相对滞后，主要问题包括控制精度不高、稳定性差、智能化程度较低等。因此，本文旨在设计一种高精度、高稳定性的汽车空调自动控制系统。

三、系统概述

汽车空调制冷自动控制系统旨在实现对汽车空调系统的智能化控制，以提高汽车驾驶的舒适性和能源利用效率。该系统通过温度传感器、制冷剂压力传感器等传感器实时监测车内的温度和制冷剂压力等参数，并采用微控制器进行自动化控制，以达到自动调节车内温度和优化制冷效果的目的。

四、系统组成

汽车空调自动控制系统主要由电子控制单元（ECU）、传感器、执行器、电路等组成。

1.电子控制单元（ECU）：它是汽车空调自动控制系统的核心，负责接收传感器信号、执行控制算法、输出控制信号等任务。ECU可以实时监控空调系统的运行状态，并根据传感器信号调整执行器的动作，以确保空调系统的稳定和高效运行。

2.传感器：包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、空气流量传感器等，用于监测空调系统各部分的运行状态，如温度、湿度、压力、空气流量等。传感器信号传输到ECU，为控制算法提供输入。

3.执行器：包括电磁离合器、电动风扇、冷凝器风扇、真空电磁阀等，用于执行ECU发出的控制信号，调节空调系统的运行。

4.电路：包括电源电路、传感器信号采集电路、执行器驱动电路等，用于传输和控制信号，确保整个系统的正常运行。

五、控制原理

汽车空调自动控制系统的控制原理是根据设定的舒适条件，通过传感器监测车内温度、湿度、空气流量等参数，并将这些参数与设定值进行比较，根据比较结果运用控制算法调节执行器的动作，以实现对空调系统的控制。控制流程包括以下几个步骤：

（1）传感器采集车内温度、湿度、空气流量等参数，传输到ECU。

（2）ECU将接收到的参数与设定值进行比较，根据比较结果决定控制算法的输出。

（3）控制算法根据设定值与实际值的差值，计算出需要调节的执行器的动作量。

（4）ECU根据控制算法的计算结果，输出控制信号给执行器。

（5）执行器接收到控制信号后，调节空调系统的运行状态，以实现温度、湿度、空气流量等参数的调节。

六、控制模式

汽车空调自动控制系统主要有以下几种控制模式：

（1）开关量控制：通过开关量信号控制执行器的启停、正反转等动作，实现简单的手动或自动控制。例如，通过压力传感器监测制冷剂压力，当压力过高时关闭电磁离合器，以防止制冷剂泄漏。

（2）模拟量控制：通过模拟量信号控制执行器的模拟量输入，实现连续的控制。例如，通过温度传感器监测车内温度，将温度信号转换为电信号后传输给ECU，ECU根据设定值与实际值的差值调节电动风扇的速度，以实现车内温度的恒定控制。

（3）数字量控制：通过数字量信号实现高精度的控制。例如，通过空气流量传感器监测空气流量，将流量信号转换为数字量信号后传输给ECU，ECU根据设定值与实际值的差值调节冷凝器风扇的转速，以实现制冷剂流量的精确控制。

开关量控制的优点是简单易懂，适用于对精度要求不高的场合；模拟量控制的优点是连续可调，适用于对精度有一定要求的场合；数字量控制的优点是高精度、抗干扰能力强，适用于对精度要求较高的场合。实际应用中，可根据具体需求选择合适的控制模式。

七、汽车空调制冷自动控制系统方案

1.硬件设计

汽车空调制冷自动控制系统需要以下硬件设备：

（1）温度传感器：用于监测车内温度，选用负温度系数（NTC）热敏电阻器，能够实时感知车内温度变化。

（2）制冷剂压力传感器：用于监测制冷剂压力，选用半导体压敏电阻器，能够实时感知制冷剂压力变化。

（3）电控阀门：用于控制制冷剂的流通，选用电磁阀，接受微控制器的信号控制制冷剂的开关。

（4）制冷剂流量传感器：用于监测制冷剂的流量，选用涡轮流量传感器，能够实时感知制冷剂流量变化。

（5）电源模块：为整个系统提供稳定的工作电源，一般选用车载电源。

以上硬件设备均需要具备抗干扰能力强、可靠性高、稳定性好的特点，以满足汽车行驶过程中的各种复杂环境。

2. 软件设计

汽车空调制冷自动控制系统的软件设计采用C语言编写，主要包括以下几个部分：

（1）程序初始化：对系统进行初始化设置，包括硬件设备的初始化、参数的初始化等。

（2）温度监测：通过温度传感器实时监测车内温度，并把温度数据输入到微控制器中。

（3）制冷剂压力监测：通过制冷剂压力传感器实时监测制冷剂压力，并把压力数据输入到微控制器中。

（4）电控阀门控制：根据车内温度和制冷剂压力等参数，微控制器输出信号控制电控阀门的开闭，以调节制冷剂的流通。

（5）制冷剂流量监测：通过制冷剂流量传感器实时监测制冷剂流量，并把流量数据输入到微控制器中。

（6）故障诊断：对系统进行故障自诊断，如出现故障则进行相应的故障码诊断。

3. 控制策略

控制策略可有效提高汽车空调系统的能源利用效率、降低油耗、减少排放，同时提高汽车驾驶的舒适性。汽车空调制冷自动控制系统采用以下控制策略：

（1）开关机控制：根据车内温度和设定的温度范围，自动控制空调系统的开机和关机。

（2）温度控制：根据车内温度和设定的温度范围，自动调节制冷剂的流量和方向，以达到调节车内温度的目的。

（3）制冷剂流量控制：根据制冷剂压力和设定的流量范围，自动调节电控阀门的开度，以达到调节制冷剂流量的目的。

4.传感器选型

汽车空调制冷自动控制系统需要选用以下传感器：

（1）温度传感器：选用负温度系数（NTC）热敏电阻器，测温范围为-40℃~85℃，精度为±0.5℃。该传感器具有测量准确、稳定性好、响应速度快的特点。

（2）制冷剂压力传感器：选用半导体压敏电阻器，测量范围为0~10bar，精度为±0.2bar。该传感器具有体积小、重量轻、测量准确、稳定性好的特点。

（3）电控阀门传感器：选用电磁阀，接受微控制器的信号控制制冷剂的开关。该传感器具有反应迅速、可靠性高的特点。

（4）制冷剂流量传感器：选用涡轮流量传感器，测量范围为0~50g/min，精度为±2%。该传感器具有测量准确、稳定性好、响应速度快的特点。

5. 调试与测试

汽车空调制冷自动控制系统的调试与测试过程如下：

第一步：对各个组成部分进行独立的调试，确保每个硬件设备能够正常工作，软件程序能够顺利运行。

第二步：对各个组成部分进行联调，确保系统整体运行稳定可靠。调试过程中需要注意电源模块的稳定性、信号传输的可靠性以及各部分之间的匹配性等问题。

八、总结与展望

本文主要研究了汽车空调自动控制系统的设计，通过对系统的硬件和软件进行详细的设计和实现，实现了汽车空调的自动控制。该系统能够有效地提高汽车空调的冷却效率和稳定性，同时也提高了汽车的燃油经济性。然而，本文的研究还存在一定的不足之处，例如对于车内空气质量的监控还需进一步完善，同时对于不同车型的适配也需要进一步拓展。未来的研究方向可以包括以下方面：加强空气质量监测与控制系统；研究更加智能化的控制算法；推进系统集成化与优化。

参考文献：

[1]林佑.汽车空调制冷系统控制电路研究[J].科技创新与应用,2017(17):124-124.

[2]冯志成.汽车空调制冷系统控制电路研究[J].工程技术:引文版,2016.