行业动态：汽车温度控制系统
日期：2019-05-22
很显然，热管理对汽车发动机及其电子设备至关重要。这对乘客来说也很重要。本文着眼于车舱内的热管理系统和挑战。
车舱温度控制
汽车品牌在全球的分布越来越广，这意味着它们必须在更多样的环境条件下运行，非常高或者非常低的环境温度，或强烈的太阳辐射。有时在极端条件下，需要大负荷发动机。由于汽车通常在开阔的地形行驶，其内部应该提供一个局部的室内环境，这个环境在人工操作舒适范围内保持温度和/或气候的稳定。对所有驾驶员而言，它必须是安全的并且是低能耗的。
较新的冷却和预热系统可在整个车舱内提供定制化的温度条件。这对司机和乘客而言，安静、干净、可靠。虽然仍在使用手动控制气温温度，但目前的自动温度控制系统使用微型计算机从部署在车舱内的传感器接收内部温度数据。为了保持感测到的内部温度，计算机将接收到的数据与乘坐人员输入的温度控制设置进行比较。根据需要，当检测到的内部温度低于设置或首选温度时，系统会调整送风机的速度和混合器门的位置。对于多区域系统，风道包括用于单独温度调节和流量调节的混合器门。
专利程序
最近获得专利的一套汽车温度控制系统包括若干用于温度控制信息的传感器，包括乘坐人员的身体状况(如体温、心率)。传感器数据输入到一个处理单元，该处理单元激活温度控制系统，为乘员调整车舱条件。该系统可以通过感知身体状况来检测驾驶员的压力水平，如果需要，压力水平过高时会显示警告。
图1.以传感器为中心的控制系统的专利申请中的驾驶员温度控制插图
以传感器为中心的温度控制系统不仅可以监测乘员的身体状况，还可以监测外部气候、车辆的空间位置、时间及相关的历史感知参数，甚至还可以监测附近另一辆车的设置。
另一项车辆温度控制专利提供了一套根据太阳位置及到达车辆的太阳负荷来调节温度控制系统的方法和装置。本发明用于控制车辆采暖和/或空调，以平衡方向和太阳负荷的影响。另一个目的是为相对于汽车的太阳位置自动调整舒适度的设置。
图2 考虑太阳位置及太阳能负荷的温度控制系统
每个区域都有一个舒适设置选择器和一个空气温度传感器。该系统通常有一个或多个太阳能负载传感器、一个外部空气温度传感器和一个发动机冷却剂传感器。本发明提供了用来确定相对于车辆的太阳位置的方法；从被称为全球定位系统(GPS)的卫星系统来获得太阳相对于车辆的相对地理位置；微处理器算法使用这些信息以及选择器和其他传感器的输入，来确定每个区域的理想气流温度。
位置及服务友好型控制系统
韩国汽车热管理公司HVCC (Halla Visteon Climate Control Corp.)最近推出了HV iCOOL车舱温度控制系统。这是一个革命性的集成系统，它将采暖、通风和空调(HVAC)、压缩机和冷凝器组合成一个带有紧凑型制冷系统的单元。
图 3 HV iCOOL温度控制系统使得HVAC硬件存储在更容易接触到的位置
通过设计，HV iCOOL让汽车制造商重新考虑汽车的内部设计，将HVAC从传统的仪表板后移到驾驶员座位下或行李舱等位置。通过去除电加热器，这一专利产品与传统系统相比，重量减轻了30%，并且有将电动汽车的驱动范围提高30%的潜力。
车内气温及汽车行驶里程
一套活跃的车辆HVAC系统可以将燃油经济性降低10%。因此，拥有一套有效的温度控制系统对里程有积极的影响。最近的一项研究调查了不同条件下汽车内部温度的能耗情况。为了做到这一点，在完整的车辆上记录测量结果。最近的一项研究调查了在不同条件下用于管理室内气候的能源。根据NEDC(新欧洲驾驶循环)程序设计在一个气候风洞中进行了12个不同的测试。
测量的重点是空气的热流，从它的来源到水槽，即隔室。此外，还包括气候系统的电力和机械负荷。对于测试的动力系统，加热和冷却的不同来源来自发动机的余热，燃料操作加热器，空气热量吸收，蒸发器冷却和再循环冷却。研究发现，源和汇的分离是有可能的，并增加了对能源使用的了解。进一步的研究表明，动力源对动力系统的依赖性很强；环境条件和车辆的热状态，即热负荷，对所需能量有很大的影响。
温度控制工程
设计车辆HVAC系统是气候控制工程师的职责。他们的世界包括许多行业和政府的测试及标准。此外，工程师还有典型的职责，例如满足质量、美观和安全的需求，同时关注预算和时间表。
图4 在EPA的AC17测试中，手动温度控制系统用于全冷却和中冷以及鼓风机设置
“它们解决了电子冷却领域最关键的问题，提供了广泛的主题和全面的技术解释，解决了当今工程师面临的热管理挑战。”
测试和程序有很多。美国环保署（USA EPA）最近开展的一个试验，是测量在一个环境测试实验室中汽车空调排放的影响。这个程序被称为AC17测试程序,它包含四个元素：预处理循环，模拟太阳能热量下30分钟的吸收状态，接着是测量SC03驾驶循环的排放，以及高速公路燃油经济性驾驶周期(HFET)驾驶循环的排放。
对手动和自动温度控制系统而言，AC17是一个复杂的程序。在过去几年，它正被逐步采用，最初只是一项随意性程序。从一开始，汽车制造商就向美国环保署发送AC17数据，数据显示通过减少再热、增加再循环、脉冲宽度调制鼓风机和内部热交换器来提高效率。
随着汽车变得越来越智能和舒适，即使是成本最低的汽车，温度控制也必须发挥有效作用。温度控制系统的主要目标是无论外界天气状况如何，为乘坐者提供舒适。高端舱室气候系统—安静、快速、自动——是大多数豪华汽车的主要卖点。
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