淺析汽車駕駛室溫度環(huán)境控制系統(tǒng)的原理

??　采暖通風(fēng)與空調(diào)（HVAC）技術(shù)可使室內(nèi)和汽車駕駛室變得舒適。HVAC通過控制冷/熱溫度促進(jìn)對駕駛室內(nèi)部舒適溫度環(huán)境的管理。
　　過去，在汽車中配置空調(diào)是一個重要功能，但是目前即便在入門級汽車中，空調(diào)也已成為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。人們對更高舒適度和豪華感的需求促進(jìn)了車載溫度環(huán)境控制系統(tǒng)的開發(fā)。汽車溫度環(huán)境控制系統(tǒng)的主要目的是管理指定區(qū)域的溫度，使乘客感到舒適。
　　20世紀(jì)60年代初，汽車首次采用HVAC，目前大多數(shù)高端汽車中都提供此配置。它是一個由前端的機(jī)械/電子開關(guān)或旋鈕組成的復(fù)雜系統(tǒng)。系統(tǒng)的后端包括一個或多個鼓風(fēng)電機(jī)、促動器（用于新風(fēng)循環(huán)控制、空氣流量控制和溫度控制）和帶有許多管道的制冷單元，空氣通過這些管道傳送至駕駛室。
　　HVAC單元的基本工作原理是傳導(dǎo)和對流。根據(jù)壓力變化，熱量從車輛中的低溫區(qū)傳送至高溫區(qū)。該熱傳送流程稱為制冷。圖1所示為完整制冷流程的循環(huán)圖。
　　
　　圖1：制冷循環(huán)圖。
　　Evaporator：蒸發(fā)器
　　Compressor：壓縮機(jī)
　　Suction line：吸入管
　　Blower Fan：風(fēng)機(jī)
　　Low Pressure Side：低壓側(cè)
　　High Pressure Side：高壓側(cè)
　　Dischargeline：排放管
　　Condenser：冷凝器
　　Expansion Valve：膨脹閥
　　Drier/Receiver：干燥器/接收器
　　空調(diào)系統(tǒng)包括五個主要組件：
　　1. 蒸發(fā)器
　　2. 壓縮機(jī)
　　3. 冷凝器
　　4. 接收器/干燥器
　　5. 膨脹設(shè)備
　　五個主要組件位于兩個壓力區(qū)域：高壓側(cè)包括冷凝器和接收器/干燥器，低壓側(cè)是空調(diào)蒸發(fā)器。高壓和低壓之間的分界點通過壓縮機(jī)和膨脹閥劃分。
　　下一節(jié)將詳細(xì)討論HVAC系統(tǒng)的每個組件（請參見圖2）。
　　
　　圖2：空調(diào)系統(tǒng)包括五個主要組件。
　　Drier/Receiver：干燥器/接收器
　　Evaporator：蒸發(fā)器
　　Condenser：冷凝器
　　Compressor：壓縮機(jī)
　　Expansion Valve：膨脹閥
　　蒸發(fā)器
　　蒸發(fā)器是制冷循環(huán)中的熱交換設(shè)備。液體制冷劑（從擴(kuò)展管進(jìn)入蒸發(fā)器）具有更低的溫度和更低的壓力。
　　當(dāng)穿過蒸發(fā)器螺旋管時，制冷劑吸收通過螺旋管吹進(jìn)的空氣中的熱量，并轉(zhuǎn)換為低壓、低溫蒸汽。液體制冷劑從蒸發(fā)器螺旋管的底部流向頂部，以確保液體制冷劑在離開蒸發(fā)器螺旋管之前沸騰。
　　由蒸發(fā)器執(zhí)行的任務(wù)可以概括為：
　　1. 吸收熱量
　　2. 使所有制冷劑沸騰為蒸汽
　　由鼓風(fēng)機(jī)吹出的空氣經(jīng)過熱轉(zhuǎn)移變得更冷，并通過通風(fēng)口傳送至駕駛室。
　　因為空調(diào)蒸發(fā)器通過吸收周圍介質(zhì)中的熱量提供冷卻，當(dāng)位于與車輛儀表盤非常近的位置時，這可以達(dá)到雙重目的。它吸收從其中流通的空氣中的熱量，也吸收車輛內(nèi)部的熱量，以便保持所需溫度。
　　壓縮機(jī)
　　空調(diào)壓縮機(jī)被視為中央空調(diào)單元的心臟。壓縮機(jī)吸收抽吸管線中的蒸汽制冷劑，并將蒸汽壓縮為高過熱蒸汽。蒸汽的溫度通常比外部空氣溫度高2.5倍。
　　因為熱量總是從熱處流向冷處，所以制冷劑必須比外界空氣熱很多才能帶走系統(tǒng)中的熱量。當(dāng)制冷劑在壓縮機(jī)中流動時，它還會帶走壓縮機(jī)的熱量、電機(jī)繞組熱量、機(jī)械摩擦和抽吸管線中吸收的其他熱量。空調(diào)壓縮機(jī)的另一個主要任務(wù)是在系統(tǒng)中生成制冷劑流。
　　由壓縮機(jī)執(zhí)行的任務(wù)有：
　　1. 過熱化
　　2. 帶走潛在熱量（冷凝）
　　3. 帶走更多可感應(yīng)熱量（過冷）
　　4. 生成制冷劑流
　　冷凝器
　　熱高壓蒸汽接下來將進(jìn)入冷凝螺旋管。冷凝器就像是蒸發(fā)器，是一個熱交換器。在冷凝螺旋管內(nèi)部，制冷劑從螺旋管的頂部向底部流動。
　　因為制冷劑的溫度比環(huán)境溫度高很多，它將在穿過螺旋管時冷卻。當(dāng)超熱制冷劑到達(dá)較低的第三個螺旋管時，它足夠冷卻至變回液態(tài)。該流程被稱為子冷卻。
　　當(dāng)制冷劑通過釋放熱量冷凝為液體時，銅管外部的溫度變得非常高，在鼓風(fēng)機(jī)/散熱風(fēng)扇的幫助下熱量被吹出系統(tǒng)。在模型車輛中，這種加熱后的空氣成為較冷氣候條件下的熱風(fēng)來源。
　　為提高效率，冷凝器的放置位置也非常重要，因為它非常熱，所以需要裸露最大的表面積確保以更快的速度制冷。
　　接收器/干燥器
　　接收器/干燥器位于系統(tǒng)的高壓部分，通常位于冷凝器出口與膨脹閥入口之間的管道中，但是有一些可能直接與冷凝器連接。
　　接收器/干燥器提供三個非常重要的功能：
　　1. 在冷卻需求較低期間，它們作為額外制冷劑的存儲容器。這是接收器/干燥器的“接收器”功能。
　　2. 它們包含一個可以在A/C系統(tǒng)內(nèi)部捕獲污染物的過濾器。
　　3. 干燥器/接收器包含一種稱為干燥劑的材料，用于吸收在制造、裝配或服務(wù)期間在A/C系統(tǒng)中可能產(chǎn)生的濕氣（水）。這是干燥器/接收器的“干燥器”功能。
　　膨脹設(shè)備
　　需要膨脹設(shè)備生成液體制冷劑的壓力差，以便使其沸騰為氣體。膨脹設(shè)備通過限制系統(tǒng)周圍制冷劑的流動造成壓力下降。
　　減慢制冷劑的流動速度將導(dǎo)致壓縮機(jī)將系統(tǒng)的一側(cè)部分抽空。該低壓空隙成為系統(tǒng)的“吸力側(cè)”或“低側(cè)”。
　　自動溫度環(huán)境控制
　　自動溫度環(huán)境控制能夠監(jiān)控和控制特定空間的溫度，無需手動干預(yù)。車上乘客指定所需的駕駛室溫度和濕度。通過溫度環(huán)境控制系統(tǒng)輸入這些值，該系統(tǒng)通過電子方式控制溫度和濕度，并保持用戶指定的值。無需打開/關(guān)閉AC或滑動冷熱控制開關(guān)的人工操作便可以調(diào)節(jié)駕駛室溫度。
　　自動溫度環(huán)境控制機(jī)制需要在駕駛室中放置溫度和濕度傳感器。這些傳感器自動讀取該區(qū)域內(nèi)的溫度和濕度值，并將其饋送至微控制器（MCU）。然后，MCU會將這些讀數(shù)與用戶定義的設(shè)置進(jìn)行比較，相應(yīng)地調(diào)節(jié)冷/熱（參見圖3）。
　　有時，車上所有成員只好協(xié)商一個溫度設(shè)置——一些人可能感到冷，而其他人可能感到熱。車載自動溫度環(huán)境控制的技術(shù)革新已發(fā)展為分區(qū)溫度環(huán)境控制。采用這種實施方法，每名成員都可以調(diào)節(jié)他/她乘坐區(qū)域的溫度。
　　已定義區(qū)域中的每個區(qū)域都具有一個單獨的溫度傳感器，可讀取指定區(qū)域的當(dāng)前溫度。每個溫度傳感器數(shù)據(jù)都會與為特定區(qū)域設(shè)定的溫度進(jìn)行比較，并進(jìn)行相應(yīng)的制冷或加熱操作。
　　自動溫度環(huán)境控制系統(tǒng)還包括一個調(diào)節(jié)車廂內(nèi)整個空氣系統(tǒng)的計算機(jī)。通過它可以調(diào)節(jié)風(fēng)扇速度、空調(diào)壓縮機(jī)開啟和吸入車廂內(nèi)的總體空氣溫度。通常，這些進(jìn)程會被整合至當(dāng)代汽車的整個計算機(jī)系統(tǒng)中。
　　
　　圖3：在一個自動溫度環(huán)境控制系統(tǒng)中，MCU會將車廂內(nèi)溫度和濕度傳感器的數(shù)據(jù)不斷與用戶定義的設(shè)置進(jìn)行比較，然后相應(yīng)地調(diào)節(jié)冷/熱（參見圖3）。
　　Humidity Sensor：濕度傳感器
　　Multiple Cabin Temperature Sensors：多艙溫度傳感器
　　External Temperature Sensor：外部溫度傳感器
　　User Temperature and Humidity Settings：用戶溫度和濕度設(shè)置
　　Current Drivers：電流驅(qū)動器
　　Climate Control：氣候控制
　　Air Conditioning Unit：空調(diào)機(jī)組
　　Flap control actuators：風(fēng)門控制執(zhí)行器
　　HVAC Unit：HVAC控制單元
　　每個制造商都有為每個乘客提供完美的溫度環(huán)境的獨特方法；但是，它們都依賴于特定的類似組件，例如駕駛員HVAC控制單元中的額外控制、后排座椅區(qū)域中的額外HVAC控制單元、每個區(qū)域的獨立溫度傳感器、許多額外的隱藏管道用于在需要時傳送空氣，以及許多額外的通風(fēng)口——很多很多額外通風(fēng)口。例如Lexus LX570有28個通風(fēng)口。