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采暖通風與空調(HVAC)技術可使室內和汽車駕駛室變得舒適。HVAC通過控制冷/熱溫度促進對駕駛室內部舒適溫度環境的管理。 過去，在汽車中配置空調是一個重要功能，但是目前即便在入門級汽車中，空調也已成為標準設備。人們對更高舒適度和豪華感的需求促進了車載溫度環境控制系統的開發。汽車溫度環境控制系統的主要目的是管理指定區域的溫度，使乘客感到舒適。 20世紀60年代初，汽車首次采用HVAC，目前大多數高端汽車中都提供此配置。它是一個由前端的機械/電子開關或旋鈕組成的復雜系統。系統的后端包括一個或多個鼓風電機、促動器（用于新風循環控制、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和對流。根據壓力變化，熱量從車輛中的低溫區傳送至高溫區。該熱傳送流程稱為制冷。圖1所示為完整制冷流程的循環圖。 圖1：制冷循環圖。 Evaporator：蒸發器 Compressor：壓縮機 Suction line：吸入管 Blower Fan：風機 Low Pressure Side：低壓側 High Pressure Side：高壓側 Dischargeline：排放管 Condenser：冷凝器 Expansion Valve：膨脹閥 Drier/Receiver：干燥器/接收器 空調系統包括五個主要組件： 1. 蒸發器 2. 壓縮機 3. 冷凝器 4. 接收器/干燥器 5. 膨脹設備 五個主要組件位于兩個壓力區域：高壓側包括冷凝器和接收器/干燥器，低壓側是空調蒸發器。高壓和低壓之間的分界點通過壓縮機和膨脹閥劃分。 下一節將詳細討論HVAC系統的每個組件（請參見圖2）。 圖2：空調系統包括五個主要組件。 Drier/Receiver：干燥器/接收器 Evaporator：蒸發器 Condenser：冷凝器 Compressor：壓縮機 Expansion Valve：膨脹閥 蒸發器 蒸發器是制冷循環中的熱交換設備。液體制冷劑（從擴展管進入蒸發器）具有更低的溫度和更低的壓力。 當穿過蒸發器螺旋管時，制冷劑吸收通過螺旋管吹進的空氣中的熱量，并轉換為低壓、低溫蒸汽。液體制冷劑從蒸發器螺旋管的底部流向頂部，以確保液體制冷劑在離開蒸發器螺旋管之前沸騰。 由蒸發器執行的任務可以概括為： 1. 吸收熱量 2. 使所有制冷劑沸騰為蒸汽 由鼓風機吹出的空氣經過熱轉移變得更冷，并通過通風口傳送至駕駛室。 因為空調蒸發器通過吸收周圍介質中的熱量提供冷卻，當位于與車輛儀表盤非常近的位置時，這可以達到雙重目的。它吸收從其中流通的空氣中的熱量，也吸收車輛內部的熱量，以便保持所需溫度。 壓縮機 空調壓縮機被視為中央空調單元的心臟。壓縮機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中的熱量。當制冷劑在壓縮機中流動時，它還會帶走壓縮機的熱量、電機繞組熱量、機械摩擦和抽吸管線中吸收的其他熱量。空調壓縮機的另一個主要任務是在系統中生成制冷劑流。 由壓縮機執行的任務有： 1. 過熱化 2. 帶走潛在熱量（冷凝） 3. 帶走更多可感應熱量（過冷） 4. 生成制冷劑流 冷凝器 熱高壓蒸汽接下來將進入冷凝螺旋管。冷凝器就像是蒸發器，是一個熱交換器。在冷凝螺旋管內部，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境溫度高很多，它將在穿過螺旋管時冷卻。當超熱制冷劑到達較低的第三個螺旋管時，它足夠冷卻至變回液態。該流程被稱為子冷卻。 當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，在鼓風機/散熱風扇的幫助下熱量被吹出系統。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系統內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、裝配或服務期間在A/C系統中可能產生的濕氣（水）。這是干燥器/接收器的“干燥器”功能。 膨脹設備 需要膨脹設備生成液體制冷劑的壓力差，以便使其沸騰為氣體。膨脹設備通過限制系統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致壓縮機將系統的一側部分抽空。該低壓空隙成為系統的“吸力側”或“低側”。 自動溫度環境控制 自動溫度環境控制能夠監控和控制特定空間的溫度，無需手動干預。車上乘客指定所需的駕駛室溫度和濕度。通過溫度環境控制系統輸入這些值，該系統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/關閉AC或滑動冷熱控制開關的人工操作便可以調節駕駛室溫度。 自動溫度環境控制機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域內的溫度和濕度值，并將其饋送至微控制器(MCU)。然后，MCU會將這些讀數與用戶定義的設置進行比較，相應地調節冷/熱（參見圖3）。 有時，車上所有成員只好協商一個溫度設置——一些人可能感到冷，而其他人可能感到熱。車載自動溫度環境控制的技術革新已發展為分區溫度環境控制。采用這種實施方法，每名成員都可以調節他/她乘坐區域的溫度。 已定義區域中的每個區域都具有一個單獨的溫度傳感器，可讀取指定區域的當前溫度。每個溫度傳感器數據都會與為特定區域設定的溫度進行比較，并進行相應的制冷或加熱操作。 自動溫度環境控制系統還包括一個調節車廂內整個空氣系統的計算機。通過它可以調節風扇速度、空調壓縮機開啟和吸入車廂內的總體空氣溫度。通常，這些進程會被整合至當代汽車的整個計算機系統中。 圖3：在一個自動溫度環境控制系統中，MCU會將車廂內溫度和濕度傳感器的數據不斷與用戶定義的設置進行比較，然后相應地調節冷/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：用戶溫度和濕度設置 Current Drivers：電流驅動器 Climate Control：氣候控制 Air Conditioning Unit：空調機組 Flap control actuators：風門控制執行器 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、后排座椅區域中的額外HVAC控制單元、每個區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口——很多很多額外通風口。例如Lexus LX570有28個通風口。 關于作者 Nitin Gupta是一名高級應用工程師，在面向數字多媒體的嵌入式軟件開發領域具有豐富的經驗——包括消費電子和汽車行業。 Manish Jindgar是負責開發與汽車有關參考應用的高級應用工程師。 Ravinder Dasila從2011年7月起在飛思卡爾汽車MCU業務部擔任應用工程師，參與設計汽車參考解決方案。 |
