【導(dǎo)讀】無論是酷暑還是寒冬,利用汽車加熱冷卻系統(tǒng),乘客始終可以享受到舒適的車內(nèi)環(huán)境。在不同類別的車輛中,這些暖通空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)的復(fù)雜性和自動化程度也各不相同。經(jīng)濟(jì)型汽車可能需要駕駛員手動旋轉(zhuǎn)旋鈕來控制溫度,而在高端車輛中,則可以通過傳感器同時自動控制車內(nèi)的溫度以及空氣的濕度和質(zhì)量。
空氣流動
無論何種類別的車輛,汽車HVAC系統(tǒng)都會交換空氣,并在此過程中改變其溫度、濕度和質(zhì)量。
我們來看一下空氣流動的原理。空氣可以從車廂外部或內(nèi)部吸入系統(tǒng)。也可以通過蒸發(fā)器或換熱器進(jìn)入HVAC系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié);調(diào)節(jié)空氣分布在整個車廂內(nèi),讓乘客腳部保暖、防止擋風(fēng)玻璃起霧。
空氣流動的途徑有很多種:從外部到蒸發(fā)器再到擋風(fēng)玻璃,或從內(nèi)部到熱交換器再到車廂底部的通風(fēng)口。那么HVAC系統(tǒng)是如何控制空氣流動的方式呢?
圖1是HVAC系統(tǒng)的側(cè)視圖。關(guān)鍵組件用數(shù)字標(biāo)記,箭頭指示空氣流動的方向。圖1中的部件4至8所示為風(fēng)門執(zhí)行器。橙色虛線表示風(fēng)門移動的區(qū)域,而橙色實線代表風(fēng)門。HVAC系統(tǒng)中的風(fēng)門執(zhí)行器的數(shù)量取決于系統(tǒng)的整體復(fù)雜性——屬于單區(qū)域還是多區(qū)域HVAC。
圖1:由八個部件組成的汽車HVAC:1 =鼓風(fēng)機(jī),2 =蒸發(fā)器,3 =加熱器,4 =進(jìn)氣風(fēng)門,5,6和7 =空氣分配風(fēng)門,8 =空氣混合風(fēng)門
風(fēng)門執(zhí)行器
空氣通過管道在HVAC系統(tǒng)中流動;風(fēng)門通過全部或部分打開或關(guān)閉管道的分段,控制空氣的流動方式。風(fēng)門執(zhí)行器(也稱為阻尼器)是移動風(fēng)門的電氣設(shè)備。
在汽車HVAC系統(tǒng)中有三類風(fēng)門執(zhí)行器:
● 進(jìn)氣風(fēng)門執(zhí)行器(圖1中的部件4):該風(fēng)門執(zhí)行器控制調(diào)節(jié)空氣源-車外空氣或車內(nèi)的再循環(huán)空氣。該風(fēng)門執(zhí)行器位置可由駕駛員使用再循環(huán)按鈕或由HVAC系統(tǒng)根據(jù)車內(nèi)空氣質(zhì)量傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制。
● 空氣混合風(fēng)門執(zhí)行器(圖1中的部件8):該風(fēng)門執(zhí)行器將暖氣(熱交換器)和冷風(fēng)(蒸發(fā)器)混合,以達(dá)到設(shè)定的空氣溫度。
● 空氣分配風(fēng)門執(zhí)行器(圖1中的部件5、6和7):該類風(fēng)門執(zhí)行器的數(shù)量根據(jù)車輛類別而不同,用于分配車廂內(nèi)的空氣。
直流電機(jī)
哪些電氣設(shè)備負(fù)責(zé)驅(qū)動風(fēng)門?正如空氣流動的控制方式有多種一樣,汽車制造商在驅(qū)動風(fēng)門的電氣設(shè)備上也有多種選擇。包括帶有電位器的有刷直流電機(jī)用于感測風(fēng)門的位置;使用反電動勢(反EMF)測量位置或通過計算步數(shù)測量位置的步進(jìn)電機(jī)的三相無刷直流(BLDC)電機(jī)。這些直流電機(jī)通過不同尺寸的齒輪驅(qū)動風(fēng)門。
更多選擇
選擇電機(jī)后,HVAC系統(tǒng)工程師還可以選擇驅(qū)動電機(jī)的架構(gòu)。如前所述,風(fēng)門執(zhí)行器可以在本地或遠(yuǎn)程控制。在本地控制中,控制電機(jī)的電子設(shè)備位于電機(jī)附近,即電動機(jī)控制IC集成在電機(jī)所在的相同殼體中(見圖2中的風(fēng)門執(zhí)行器控制)。諸如局域互連網(wǎng)絡(luò)(LIN)之類的通信協(xié)議控制電動機(jī),將風(fēng)門驅(qū)動到特定位置。在遠(yuǎn)程控制中,控制電機(jī)的電子設(shè)備位于遠(yuǎn)離風(fēng)門執(zhí)行器的HVAC控制單元(見圖3)。HVAC控制單元上的電機(jī)驅(qū)動器和微控制器之間的通信可以通過串行外設(shè)接口(SPI)實現(xiàn),甚至可以通過并行數(shù)字控制接口實現(xiàn)。
圖2和圖3說明了兩種可能的架構(gòu)。圖2中的架構(gòu)比圖3中的架構(gòu)更復(fù)雜;然而,圖2中的架構(gòu)提供了更大的設(shè)計可擴(kuò)展性和靈活性。
圖2:風(fēng)門執(zhí)行器電機(jī)的遠(yuǎn)程控制
圖3:風(fēng)門執(zhí)行器的集成電機(jī)驅(qū)動器
更多選擇
我們來看一下微控制器和電機(jī)驅(qū)動器控制集成電路之間的連接。HVAC系統(tǒng)設(shè)計人員在該連接上也有多種選擇。微控制器可以使用數(shù)字通信接口(如SPI)連接到電機(jī)驅(qū)動器,也可以使用控制線直接連接到電機(jī)驅(qū)動器。圖4和圖5說明了這些選擇。
圖4:使用SPI與電機(jī)驅(qū)動器通信的微控制器
圖5:直接控制電機(jī)驅(qū)動器的微控制器
簡化元件
用于BLDC和步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動器電子元件比驅(qū)動有刷直流電機(jī)所需的電子元件更為復(fù)雜。若您選擇使用有刷直流電機(jī)來移動風(fēng)門,則使用直接驅(qū)動風(fēng)門電機(jī)的電機(jī)驅(qū)動器具有明顯的優(yōu)勢——在硬件和軟件方面都更簡單。
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