现代汽车空调发展研究

农业装备与车辆工程

农业装备与车辆工程ＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬＥＱＵＩＰＭＥＮＴ＆ＶＥＨＩＣＬＥＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ

Ｎｏ．８２００８

（Ｔｏｔａｌｌｙ２０５）

现代汽车空调发展研究

宋晓华，魏秋兰

（陕西交通职业技术学院，陕西西安７１００１８）

摘要：主要对汽车空调制冷剂、汽车空调压缩机、汽车空制技术、新型汽车空调系统的发展进行了研究，并对其发展趋势做了展望。

关键词：汽车空调；ＣＯ２制冷剂；新技术；新型空调系统

文献标识码：Ｂ文章编号：１６７３－３１４２（２００８）０８－００４４－０３中图分类号：Ｕ４６３．８５＋１

ＳｔｕｄｙｏｎＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＭｏｄｅｒｎＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＡｉｒＣｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ

ＳＯＮＧＸｉａｏ－ｈｕａ，ＷＥＩＱｉｕ－ｌａｎ

（ＳｈａａｎｘｉＶｏｃａｔｉｏｎａｌａｎｄＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，Ｘｉ＇ａｎ７１００１８，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｎｇｍｅｄｉｕｍ，ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ，ｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｎｅｗ－ｔｙｐｅａｕｔｏｍｏｂｉｌｅａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｒｅｓｔｕｄｉｅｄ，ａｎｄｉｔｓｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｔｒｅｎｄｉｓｆｏｒｅｃａｓｔｅｄ．

ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅａｉｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ；ＣＯ２ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｎｇｍｅｄｉｕｍ；ｎｅｗｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｎｅｗ－ｔｙｐｅａｉｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍ

引言

汽车工业在我国正处于高速稳定发展阶段，汽车技术的更新围绕安全性、舒适性和节能环保性方面发展。汽车空调作为汽车舒适性的重要部件，其技术性能发展至关重要，所以有必要研究汽车空调的发展情况。

２空调新技术

２．１外部变排量压缩机

外部调节的变排量压缩机的优点：压缩机一直运转，无接合冲击，提高了舒适性；出风口的温度、湿度恒定调节；由于排量可以降低到近零，省去了电磁变排量压离合器使质量减轻；压缩机的能耗下降［２］。缩机以其独特的优点，无疑在汽车空调中会得到更加广泛的应用。

其工作原理与内部调节的变排量压缩机相似，不同之处在于控制阀具有一电磁单元，操纵和显示单元从蒸发器出风温度传感器获得信号作为输入信息，从而对压缩机的功率进行无级调节。由于其排量可降低到接近零，因此可去掉电磁离合器，质量减小，且压缩机一直运转，避免了转一会停一阵的惯性耗能，使能耗降低。

１制冷剂

ＨＦＣ１３４ａ是目前使用最广泛的汽车空调制冷剂，尽管它对臭氧层没有破坏作用，但其ＧＷＰ（全球变暖潜能值）高达１３００［１］；Ｒ１３４ａ亲油性差，对现用冷冻润滑油不相容，还对铜管有腐蚀性。Ｒ１３４ａ

已经被认为是一种过渡型的替代物。所以研究新的替代制冷剂势在必行。作为汽车空调的替代制冷剂，天然制冷剂ＣＯ２有着不可比拟的优势，主要概括如下：（１）与目前使用的ＨＦＣ１３４ａ相比，温室效应小，ＧＷＰ值仅为１。（２）ＣＯ２是自然资源，可以回收利用工厂排放的ＣＯ２，减少化工副产品ＣＯ２的排放。无毒，自身费用低，无需回收或再生，操作与运行的费用也较低。（３）化学稳定性好，不可燃。（４）低温下的制冷剂密度大，供暖效果好。（５）有利于减小装置体积。高的工作压力使得压缩机吸气比容较小，使得容积制冷量较大，压缩尺寸减小：流动和传热性能提高，减少了管道和热交换器的尺寸，从而使系统非常紧凑。因此，天然制冷剂被认为是未来汽车空调的首选，有很好的应用前景。

收稿日期：２００８－０６－０５

作者简介：宋晓华（１９６０－），女，陕西西安人，助理工程师，研究方向：汽车运用技术。

２．２数码涡旋式压缩机

１９９３年，日本三电公司正式开发出适用于汽车

空调的涡漩式压缩机，其突出的优点是具有“轴向柔性”的独特性能，实现无级的能量调节，非常适合汽车空调使用［３］。在加工工艺、材料等问题更好解决后，涡漩式压缩机将以其高效、节能、零部件少等优点受到人们青睐。

数码涡旋压缩机工作原理是：压缩机容量是通过涡旋盘的周期性啮合与脱开来改变的。当外部电磁阀当关闭时，同标准型压缩机一样工作容量达到１００％。外部电磁阀打开时，两个涡旋盘稍微脱离。此时压缩机无制冷剂被压缩，从而无容量输出。所以，在一个

１０ｓ的循环中，如果涡旋盘加载２ｓ，卸载８ｓ，其平均容

量就是２０％。加载时间占循环周期的比例可以在

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宋晓华等：现代汽车空调发展研究２００８年８月

１０％～１００％输出容量的范围内任意改变。２．３冷凝器组件

将储液干燥过滤器焊接在冷凝器侧面，取消了两者之间的管路，可减少制冷剂的充注量。在储液干燥过滤器的下部开一小口，液态制冷剂可通过此开口进入冷凝器的过冷段得到进一步的冷却，从而提高了制冷效果，降低了空调系统的能耗。

冷系统向车室内补充供冷，以弥补空调系统额定供冷量的不足，满足乘客的舒适性要求。当汽车高速行驶时，该空调系统能够将多余的冷量储存起来，而系统中的蒸发器仍按额定工况、额定容量向车室内供冷，其性能不受影响，压缩机吸气压力处在正常工作范围内；当汽车怠速或停止行驶时，为防止发动机过热，这时停止空调压缩机工作，启动储冷系统向车室内供冷。

２．４新材料的应用

如电磁离合器采用树脂材料，体积更小，质量更轻；增强车身隔热、改进门封结构、新型玻璃镀层及其它新技术都可以减少车室热负荷，这些新材料技术的应用，可较大程度地减少汽车空调的能耗。

４．２固体吸附式汽车空调系统

它是利用某些固体物质温度变化时，能吸收或放出另外一种气体物质，同时伴随压力变化的特性，将其作为压缩机来使用［６］。

此空调系统中，代替压缩机的是内装固体吸附剂的发生器。当给发生器冷却时，发生器内压力下降，从蒸发器过来的低压、低温制冷剂蒸气被发生器内的固体吸附剂吸收；当给发生器加热时，发生器内被吸附的制冷剂气体因压力升高而将刚才吸附的制冷剂蒸气放出，进入冷凝器中进行冷凝放热；冷凝后的制冷剂经过膨胀阀后压力降低，便进入蒸发器中完成汽化吸热，产生制冷作用，待发生器冷却时被重新吸入发生器。

目前应用较成功的固体吸附剂及与之相配的制冷剂有碱金属氯化物－氨、活性碳－甲醇、沸石－水等。

３空制技术

汽车空调的控制技术，是提高其工作性能的重要技术手段，受到研究者和厂商的重视。从传统的机械式到电子式再到全自动空制器的不断进步，提高了汽车空调的综合性能。未来汽车空制将朝着网络化和功能集成化方向发展。

现在，空调系统采用多传感器自动控制，用多个传感器实现ＥＣＵ自动控制，可将车内的温度、湿度、空气流动速度、冷凝风扇转速、出风量及鼓风档位等自动控制在最佳状态，该系统比传统空调可节约

３０％左右的能耗。

模糊控制理论运用在汽车空制器上将大大提高系统的准确性和稳定性。仲华等人应用状态反馈模糊控制方法对轿车空调系统中的电子膨胀阀和温度混合风门进行控制来调节车室内温度，在车速变化和热负荷变化的扰动下实现了轿车空调平均温度的自动控制。ＫｕａｎｇＣ．Ｗｅｉ和ＧａｒｙＡＤａｇｅ通过在车内安装人体红外传感器对不同季节车内成员的热舒适性进行测量，运用智能控制的方法进行检测和控制，使车内温度和舒适性能够适应不同季节，保持在成员感觉舒适的范围内。这种新型系统不但提高了控制系统的可靠性，而且可以使汽车空调能够在各种季节进行全自动调节。

［４］

４．３汽车排气余热作动力的空调系统

该空调系统是利用在不同温度下金属氢化物释放或吸收氢气的特性而实现制冷的。当汽车排出的废气将第一个容器（内装粉状氢化物）温度加热至

２４０℃时，其内的粉状高温氢化物就会释放出氢气，

并通过导管进入第二个容器（内装粒状氢化物），粒状氢化物便吸收氢气。当汽车废气停止对第一个容器加热时，第二个容器便释放出氢气（释放到第一个容器），同时吸收车室空气的热量，达到制冷目的。利用汽车废气温度对第一个容器继续加热，使工质循环吸收与释放氢气，即可实现连续制冷。

４．４发动机冷却水余热作动力的空调系统

此空调系统是利用两种沸点不同的物质所组成溶液的气液平衡特性来完成制冷作用的。其原理是利用汽车冷却水热量对一装有不同沸点的两种物质组成的溶液进行加热，其中的低沸点成分便被蒸发出来，在冷凝器中凝结成液体并放热，再经节流阀降至蒸发压力后进入蒸发器完成蒸发制冷作用。溶液中的高沸点成分经另一节流阀降低压力后与从蒸发

（下转第５４页）

・４５・

４新型汽车空调系统

４．１新型储冷汽车空调系统

这种系统是在原有的制冷系统的基础上，加装一套“释冷循环系统”，其内充注“载冷剂”（水或乙二醇溶液）［５］。在汽车正常行驶时，能够按额定工况、额定容量向车室内供冷。当汽车正常行驶，而车室内的需冷量大于空调系统额定供冷量时，可以启动储

２００８年第８期农业装备与车辆工程

发生跳变的角加速度门限值。在Ｓｔａｔｅｆｌｏｗ模型运行过程中，对应各状态执行ｄｕｒｉｎｇ（简写ｄｕ）行为，对电磁阀信号ｄｉｏ赋以不同的值，以实现对制动管路压力的调节，达到防抱制动的目的。在这里参考滑移率ＳＲ的门限值采用的是经验值（对应不同的控制阶段分别取值０．１、０．２和０．５），具有该项控制参数，可以实现更加精确的防抱制动逻辑，达到更加理想的控制效果［１］。

用Ｓｔａｔｅｆｌｏｗ设计好控制逻辑模块之后，可以在

由图可见，制动控制效果比较理想，在制动过程中ｈ。

车轮未出现抱死现象，一直处于良性循环之中。

４结束语

本文在ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真环境下，通过建立汽车防抱制动系统数学模型，针对防抱控制器的关键———防抱制动控制逻辑建立了Ｓｔａｔｅｆｌｏｗ有限状态机模型，并结合四通道汽车防抱制动系统进行了Ｓｔａｔｅｆｌｏｗ模型的设计和控制算法研究，达到满意的控制效果。在此工作的基础上，可以利用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中的另一个重要功能模块Ｒｅａｌ－ＴｉｍｅＷｏｒｋｓｈｏｐ，直接从所建模型产生出可移植的Ｃ语言程序源代码，自动构造出能在多种环境

［５］

Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中构造的整车车辆模型中添加一个Ｓｃｏｐｅ

模块，用来在运行车辆模型时，实时观察防抱制动控制逻辑的控制效果。如果发现结果达不到要求，可以随时更改Ｓｔａｔｅｆｌｏｗ模块中的参数Ａ、Ｂ、Ｃ，并用

（如实时系统和单机仿

Ｌ１、Ｌ２微调，接着重新运行车辆模型进行模拟，直至

达到满意的控制效果。整个过程操作起来非常便捷，极大地提高了设计效率。

５０４０３０２０１００

车轮速度（ｋｍ／ｈ）左前轮左后轮

真）下实时执行的应用程序，从而使得汽车防抱制动系统从设计到实现的过程非常快捷，大大提高了汽车防抱制动控制系统的开发效率。

参考文献

［１］ＴｈｅＭＡＴＨＷＯＲＫＳ，Ｉｎｃ．ＳＴＡＴＥＦＬＯＷＦｏｒＵｓｅｗｉｔｈ

ＳＩＭＵＬＩＮＫ［Ｊ］，Ｕｓｅｒ＇ｓＧｕｉｄｅＶｅｒｓｉｏｎ２，１９９９－０９．

［２］ＴｈｅＭＡＴＨＷＯＲＫＳ，Ｉｎｃ．Ｒｅａｌ－ＴｉｍｅＷｏｒｋｓｈｏｐＦｏｒＵｓｅｗｉｔｈ

ＳＩＭＵＬＩＮＫ［Ｊ］，Ｕｓｅｒ＇ｓＧｕｉｄｅＶｅｒｓｉｏｎ３，１９９９－０９．

００．５１１．５２２．５３３．５４

时间（ｓ）

４．５５

［３］张新．汽车液压防抱死制动系统的理论与实践［Ｍ］．长沙：中南大学出版社，２００５－０１．

［４］ＣｅｍＨａｔｉｐｏｇｌｕａｎｄＡｍｅｒＭａｌｉｋ，ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＢａｓｅｄＡＢＳＡｌｇｏｒｉｔｈｍ

图７ＡＢＳＳｔａｔｅｆｌｏｗ模型控制下的左前、右后车轮速度

运用该模型实现的车辆在高附着系数路面的防抱制动控制结果如图７所示。制动初速度为４５ｋｍ／（上接第４５页）

器过来的低压制冷剂混合，变成原来的溶液浓度，再经溶液泵升压后用冷却水对其进行重新加热，如此循环，蒸发器便连续制冷。

这种空调系统所用的溶液组成主要有水－溴化锂工质对和氨－水工质对，其中后一种更适合用在汽车空调上。

Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ［Ｊ］，ＳＡＥｐａｐｅｒ，１９９９－０１，３７１４．

［５］张新等．一种软硬件实施无缝连接的车辆控制器集成开发系统研究［Ｊ］．长沙理工大学学报（自然科学版），２００５，２（１）：３２－３６．

安全可靠等。整车技术的不断升级，必将带修简便、

动车用空调技术的发展，例如：未来新型空调系统的开发必须适应发动机效率的提高（余热量减少）；电气化、混合驱动及其他新技术的使用，也将导致空调系统特性发生新变化。

参考文献

［１］谢华阳，丁攀，王文堂等．浅谈汽车空调制冷剂的发展［Ｊ］．农业装备与车辆工程，２００５，（２）．

［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）．［３］萨比特，梁荣光，罗胜平．汽车空调一些关键技术发展的展望［Ｊ］．制冷，２００７，（２）．

［４］王小琴．汽车空制技术的研究概况［Ｊ］．科技经济市场，２００６，（８）．［５］方贵银，杨帆．新型储冷汽车空调系统性能研究［Ｊ］．节能与环保，

４．５四区空调系统

四区空调系统是为满足后排乘员对制冷的要求，在前排正、负驾驶座椅间安装一套空调出风装置，可对后排乘员送风制冷。虽然结构上稍复杂一些，但车内温度均匀性大有好转，舒适性提高，且有利于降低能耗。

５结语

空调的发展方向将是保护环境、提高效率、节能节材、减轻质量、压缩体积、降低振动与噪声、操作维・５４・

２００６，（１２）．

［６］胡兴岩．吸附－冷却式除湿制冷空调在大型客车中的应用［Ｊ］．洁净与空调技术，２００６，（１）．