浅谈汽车空调系统研究现状及发展趋势

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摘 要：从外部调节变排量压缩机、自动化空气质量调控、CFD优化及集成系统等方面，对汽车空调系统研究现状进行详细归纳总结后，结合自我工作经验，对汽车空调系统的发展趋势进行了展望。

关键词：汽车空调系统 压缩机 热交换器

中图分类号：U463.6 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）04（a）-0113-02

随着汽车工业的快速发展，汽车行业的竞争形式也日趋严峻，为了在汽车市场中占据一席之地，生产出安全可靠性较高、经济性能较优越、节能减排的新型美观实用汽车，已成为各大汽车生产厂商研究发展的重要方向。加上人们生活水平、消费水平等在不断提高，有车一族除了在数量上不断扩大外，对汽车乘驾舒适性、安全性等均提出了更高的技术要求。汽车空调系统作为汽车舒适性和安全性评估的重要系统，是汽车采暖、制冷、除霜、除雾、空气过滤、温湿度自动控制的核心系统。因此，汽车是否配备高性能的空调设备及调控系统，在一定程度上影响汽车被人们的接收程度。环保、节能、新能源代替原动力车等因素，在很大程度上对汽车空调系统的综合运行工况特性提出了更高的技术性能要求[1]。我国市场经济的快速发展，在很大程度上刺激了汽车需求量的快速增长，伴随汽车空调也进入一个崭新的研究发展阶段，各种新技术、新控制手段不断涌现，因此，合理掌握汽车空调行业的研究发展趋势，以便准确应用到新车型开发中，有效提高汽车生产厂家的综合竞争力，就显得非常有工程实践应用研究意义。

1 汽车空调新技术研究现状

与常规汽车空调系统相比，在研究人员和汽车工程优化人员共同努力下，新一代空调系统无论是对汽车内空气质量的改善功能，还是在综合调控自动化性能等方面，均有了很高的提高。新汽车空调系统通过先进的传感器技术、合理结构优化技术、综合布线技术的有机集成统一，可以达到30%以上节能效果，不仅能够准确可靠采集到汽车内外空间中的实时湿度、温度、空气流速、以及光照等特性参数，同时能够通过内部智能运算系统实现对空调系统出风温湿度、冷凝风扇运转速度等特性参数的智能调节控制，即可以实现ECU智能自动调控控制，动态改善汽车内部空间中的空气质量，具备自动去除车内异味、有毒有害气体、噪音、防止车霜车雾等功能，能够为驾车人员提高良好的车内环境，确保行驶安全[2]。

1.1 外部调节变排量压缩机

外部调节变排量压缩机是汽车空调压缩机研究发展的重要方向，目前在德国大众系统汽车中得到广泛使用，其运行原理与常规内部调节变排量压缩机十分相似，不同点在于控制阀配置一电磁单元。该系统通过高性能传感器从蒸发器出风口处获得温度、湿度、空气质量等数字信号，并经内部相关程序判断自动调节以实现对压缩机功率的无级自动调控，能够大大减少空气压缩机运行能耗。外部调节变排量压缩机，其在运行过程一直处于运转工况，在功率调节过程中采用无极调控，不会出现接合冲击等问题，进而提高了空调系统通风性能、温湿度调节等的舒适性。通过直接采集蒸发器出口处的温度、湿度等信号，并经内部智能运算分析形成对应调控决策，使得汽车空调系统运行过程中的制冷量、热负荷、以及功能损耗等诸多方面得到较为完美匹配，能够获得较为良好的节能降耗效果。另外，由于外部调节变排量压缩机，其排量可以根据系统运行工况需求，经合理调控达到近到0运行工况，运行能耗能够得到有效控制，且采用树脂离合器，体积小、质量轻，可以使压缩器质量减小近20%。且变排量压缩机采用新皮带轮结构，实现了皮带传动和空调压缩机间的作用力传递，进而消除压缩机调控过程中扭矩波动可能引起的过载问题，起到较好保护作用。

1.2 自动化空气质量调控

以法雷奥集团（Valeo）集团公司生产的新型汽车空调智能调控系统而言，其采用自动智能内循环动态调控方式，以安装在空调系统中的空气质量污染传感器作为主要调控信号采集单位，当污染传感器在运行过程中检测到运行环境中存在CO、NO2等有毒有害气体时，则汽车空调系统将会自动切换到内循环风模式，隔绝与外界空气的对流，实现对有毒有害气体的有效隔离，确保车内驾乘人员的安全。自动智能内循环汽车空调系统中，还配置有空气质量调节的香味传播器，客户可以据自己喜好选择对应的香味剂，以确保汽车内部具有良好的清新空气。另外，在该空调系统中，设计人员将光催化剂（TiO2）均匀涂抹在蒸发器及暖风机箱壳体内部，其在空气中经光化学作用，可以有效去除车内空气中存在的有毒有害气体，实现更新空气、杀灭细菌等功能，同时其良好的再生功能在很大程度确保其性能的正常发挥和较长的使用寿命。据一些测试数据表明，此种内循环风模式的新汽车空调系统，其在运行6min后，基本可以去除空气中近70%以上的甲苯成分，其空气净化能力相当强。自动化空气质量调控系统的进一步研究发展和应用，将使得汽车内部更加个性化和舒适化。

1.3 CFD优化及集成系统

为了分析风道内部结构对风量分配和送风量的影响，通过CFD软件对风道内部的速度场和压力场进行模拟仿真分析，并加入等比例的人体仿真模型以模拟整车操控运行环境中通风性能，进而准确模拟分析计算获得人体在汽车空间内部大的表面舒适度，以便设计人员根据模拟数据准确修正汽车空调系统中某些特性参数，进而缩小研究工作面，减少研发时间，提高汽车空调系统技术更新速度，有效抢占有限的市场空间。同时，经CFD整车优化后，可以为HVAC与汽车仪表板有效集成提供重要的数据基础，便于做成一体化的多功能复合式结构，在提高性能的同时，也节省了空间，降低重量和成本。德国BEHR公司自主研发的TSM-热力组件模块，其具有较高集成自动化水平，不仅能够降低汽车生产厂商分部件购买成本、整车总装配速度、以及整车体积和重量，在一定程度上增强了汽车车内空间的集成集约化视觉效果和增大了车内空间。随着CFD软件的进一步完善及应用的进一步成熟，数值模拟不仅可以方便地改变汽车风道系统优化设计计算条件，同时还具有模拟仿真特性强、成本低，且能自动模拟较复杂或较理想运行工况等诸多优点，为汽车空调系统的优化设计和研究提供了强有力的技术支撑。

2 汽车空调系统发展趋势

汽车空调系统其运行工况较为复杂且多变，光照、环境、海拔等气象条件，冷凝器、蒸发器、压缩机等功能单元的结构优化与布置等，均对汽车空调系统的运行效率有着非常重要的影响。

2.1 空调压缩机的发展趋势

涡旋式压缩机具有吸排气连续、气流脉动较小、压力损失较低、启动性能好、运转平稳性较高、容积效率比较大等优点，将成为汽车空调压缩机发展的主流方向。另外，节能降耗也是空调压缩机发展的重要方向，尤其是高转速功耗控制、排量动态可变、集成小型化、低振噪化等发展方向，将成为研究重点。

2.2 热交换器发展方向

如何强化热交换系统换热比、降低热阻、集成结构缩小体积减轻质量、提高单位体积传热面积等也是热交换器系统研究的重要方向。如何提高冷凝器、蒸发器等功能单元的换热效率，提高压缩机做功能力，减少空调系统中风道、管路、设备的压力损失，寻找制冷系数高、对大气臭氧层无破坏、无温室效应的新型制冷剂，也是汽车空调系统以后研究的重要内容。

2.3 全自动智能化空调系统

随着传感器技术、自动化技术、综合布线技术等技术在汽车工业中应用的不断完善，空调系统的发展将向个性化、舒适化、多功能集成集约化等方向快速发展。在汽车空调系统中增配辅助加热系统、负离子发生器、以及车载冷藏箱等功能单元，能够有效改善汽车内部空间质量环境，提高驾乘人员在行乘过程的整体舒适性。利用功能集成化和结构集约化等优化改进技术，将全自动智能空调、汽车音响、倒车雷达等诸多功能有效集约到一个模块中，共用一个显示屏，可以有效解决汽车内部仪表板布设位置不足等问题，且能提高整车内部空间的紧凑性视觉效果。

3 结语

汽车空调系统生产厂家为了在市场中占据稳定的一席，在未来新型汽车空调系统的研发过程中，必须与汽车开发相同步，以适应内部结构越来越紧凑、节能环保、新能源动力代替等变化，以与新型汽车发动机效率提高、电气化、混合驱动动力、以及其它新型功能零部件使用后相匹配。

参考文献

[1] 尚明，雷雨成，谢颖.CFD在轿车空调风道优化设计中的应用[J].汽车科技，2005（3）：19-21.

[2] 肖军.现代汽车空调系统的技术发展趋势[J].电子技术，2006（9）：26-30.

[3] 明月.汽车空调制冷系统组成[J].汽车之友，2008（16）：120-121.