汽車空調(diào)控制面板的發(fā)展現(xiàn)狀研究

閔雪敏，吳柳燕，李建民

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230091）

前言

隨著科技水平的提高，人們對(duì)汽車的性能要求也越來越高，在滿足汽車基本功能的前提下，更加注重舒適性和美觀性等要求，空調(diào)模塊就是其中重要的影響因素，如空調(diào)噪聲、空調(diào)的采暖和制冷性能、空調(diào)功能的多樣性等。作為控制這些因素的空調(diào)控制面板也越來越受到廣泛關(guān)注。近年來，空調(diào)控制面板經(jīng)歷了由電動(dòng)到自動(dòng)、由單溫區(qū)到多溫區(qū)、由按鍵到觸控等一序列變化，同時(shí)也引入很多提高舒適度性的控制策略，如熄火后利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱（REST）給車內(nèi)空間供暖、利用等離子或負(fù)離子凈化車內(nèi)空氣（AQS/ION），可使壓縮機(jī)最高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)且風(fēng)門開到最大的最大制冷獨(dú)立按鍵(MAX AC)等。本文將從以下方面分析空調(diào)控制模塊的現(xiàn)狀，并以此展望其未來的發(fā)展趨勢(shì)。

1 外觀結(jié)構(gòu)

空調(diào)控制面板作為整車內(nèi)飾的一部分，其安裝位置、結(jié)構(gòu)、操作便捷性以及與整車匹配性都是影響主觀評(píng)價(jià)的重要方面。常見空調(diào)控制面板結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由前殼體、按鍵、旋鈕、導(dǎo)光塊、PCB板以及后殼體組成，其中旋鈕結(jié)構(gòu)可采用編碼器式、電位器式、刷片式，按鍵可選用微動(dòng)開關(guān)、導(dǎo)電硅膠開關(guān)等。近年來，觸控式空調(diào)控制面板也逐漸得到認(rèn)可，當(dāng)人手接近控制面板時(shí)，會(huì)與下面的電極片形成電容，通過偵測(cè)電容量的變化來判斷是否按下該按鍵。與機(jī)械按鍵相比，觸控式空調(diào)面板科技感強(qiáng)、操作快捷方便且可避免按鍵晃動(dòng)、卡鍵等問題，相應(yīng)的其成本比機(jī)械式按鍵空調(diào)控制面板高些。此外，為考慮整車空間大小以及采暖和制冷性能需求，在單溫區(qū)基礎(chǔ)上，又逐漸引入了雙溫區(qū)、三溫區(qū)甚至更高溫區(qū)空調(diào)，并且由手動(dòng)（電動(dòng)）控制改為自動(dòng)控制，其具體外觀結(jié)構(gòu)和按鍵布局可參照表1。

圖1 空調(diào)控制面板爆炸圖

近期，為節(jié)約成本，很多廠家都將空調(diào)控制面板集成到整車MP5上，完全在MP5界面上實(shí)現(xiàn)手動(dòng)觸控，同時(shí)引入CAN線，將空調(diào)控制信號(hào)通過CAN網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給黑盒子，由黑盒子控制各驅(qū)動(dòng)電機(jī)執(zhí)行，并發(fā)送反饋信號(hào)給MP5。目前該種控制方式應(yīng)用在很多配置觸控大屏的車型上，一方面較大的屏幕有空間布置空調(diào)控制界面，另一方面大屏便于操作。但該種方式對(duì)整車穩(wěn)定性以及MP5觸控屏的質(zhì)量要求較高，如果整車出現(xiàn)故障導(dǎo)致MP5黑屏或MP5觸控屏操作不靈敏，都會(huì)影響空調(diào)控制功能的執(zhí)行。

表1 某汽車廠商空調(diào)控制面板外觀結(jié)構(gòu)圖

2 控制原理

汽車空調(diào)的制冷是通過制冷劑的循環(huán)實(shí)現(xiàn)，儲(chǔ)液罐中高壓的液態(tài)制冷劑從膨脹閥噴出，壓強(qiáng)下降，體積迅速膨脹，轉(zhuǎn)化為氣體，吸收周圍的熱量，使周圍的溫度下降，氣態(tài)的制冷劑再經(jīng)過壓縮機(jī)加壓形成高壓氣態(tài)的制冷劑，高壓氣態(tài)制冷劑進(jìn)入冷凝器冷卻，從氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)，同時(shí)放出熱量，液態(tài)制冷劑再進(jìn)入儲(chǔ)液罐，以備再次使用，這就是一個(gè)完整的制冷循環(huán)。汽車空調(diào)的采暖主要是將發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液流過加熱器芯體，鼓風(fēng)機(jī)將外部冷空氣吹向加熱器芯體，利用加熱后的空氣給車內(nèi)供暖。空調(diào)控制面板在其中就起著根據(jù)外界需求控制系統(tǒng)工作的作用，如圖2所示是自動(dòng)空調(diào)控制原理圖?？照{(diào)控制面板采集外界操作指令，CAN網(wǎng)絡(luò)采集發(fā)動(dòng)機(jī)水溫、車速、A/C狀態(tài)信號(hào)等，通過CPU處理后發(fā)送給黑盒子，然后再實(shí)現(xiàn)對(duì)各驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制。圖中車內(nèi)溫度傳感器、車外溫度傳感器以及陽光傳感器采集的數(shù)據(jù)用于計(jì)算當(dāng)前工況下空調(diào)需要輸出的熱量值，從而控制溫度、風(fēng)量、模式風(fēng)門的運(yùn)轉(zhuǎn)。各出風(fēng)口溫度傳感器用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)出風(fēng)溫度與目標(biāo)溫度的差值，根據(jù)此差值來調(diào)節(jié)溫度風(fēng)門位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

圖2 自動(dòng)空調(diào)控制面板電氣原理圖

電動(dòng)空調(diào)控制面板的控制原理相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要室外溫度傳感器、陽光傳感器以及各出風(fēng)口溫度傳感器，也不需要用到自動(dòng)控制算法，成本相對(duì)較低，適用于經(jīng)濟(jì)型車型配置，但隨著技術(shù)水平不斷進(jìn)步，電動(dòng)空調(diào)將逐漸被自動(dòng)空調(diào)所取代。此外，現(xiàn)代空調(diào)還附加BOOTLOAD功能，可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)APP端程序刷新，更加方便快捷。

3 功能邏輯

現(xiàn)代汽車空調(diào)在滿足基本制冷制熱功能的同時(shí)，通過借鑒家用和商用空調(diào)的功能，又逐漸引入很多新的控制邏輯，如整車?yán)鋯?dòng)時(shí)防冷風(fēng)吹出，熱啟動(dòng)時(shí)防熱風(fēng)吹出；為防結(jié)霜控制，有蒸發(fā)器水溫保護(hù)；為減小空調(diào)噪聲，有切換模式降風(fēng)量；當(dāng)溫度調(diào)到最高或最低時(shí)，風(fēng)量以最大檔運(yùn)行；發(fā)動(dòng)機(jī)水溫不高時(shí)，限制風(fēng)速等策略，具體如表2所示。根據(jù)整車性能，各汽車廠商對(duì)于同一空調(diào)控制功能可采用不同的控制策略，在此不再詳細(xì)列出。

表2 空調(diào)控制面板功能邏輯

4 總結(jié)

本文從空調(diào)控制面板的外觀結(jié)構(gòu)、電氣原理以及功能邏輯方面闡述了其當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀。隨著人們對(duì)空調(diào)的舒適性要求提高，汽車廠商對(duì)成本控制，節(jié)能環(huán)保以及安裝結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與便捷性等要求，汽車空調(diào)控制面板的科技感和集成度會(huì)越來越高，隨著整車互聯(lián)網(wǎng)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入，也將會(huì)對(duì)空調(diào)控制功能提出更多的要求。