空氣流動

 

無論何種類別的車輛，汽車HVAC系統(tǒng)都會交換空氣，并在此過程中改變其溫度、濕度和質(zhì)量。

 

我們來看一下空氣流動的原理?？諝饪梢詮能噹獠炕騼?nèi)部吸入系統(tǒng)。也可以通過蒸發(fā)器或換熱器進入HVAC系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)空氣分布在整個車廂內(nèi)，讓乘客腳部保暖、防止擋風玻璃起霧。

 

空氣流動的途徑有很多種：從外部到蒸發(fā)器再到擋風玻璃，或從內(nèi)部到熱交換器再到車廂底部的通風口。那么HVAC系統(tǒng)是如何控制空氣流動的方式呢？

 

圖1是HVAC系統(tǒng)的側(cè)視圖。關(guān)鍵組件用數(shù)字標記，箭頭指示空氣流動的方向。圖1中的部件4至8所示為風門執(zhí)行器。橙色虛線表示風門移動的區(qū)域，而橙色實線代表風門。HVAC系統(tǒng)中的風門執(zhí)行器的數(shù)量取決于系統(tǒng)的整體復雜性——屬于單區(qū)域還是多區(qū)域HVAC。

 

圖1：由八個部件組成的汽車HVAC：1 =鼓風機，2 =蒸發(fā)器，3 =加熱器，4 =進氣風門，5,6和7 =空氣分配風門，8 =空氣混合風門

 

風門執(zhí)行器

 

空氣通過管道在HVAC系統(tǒng)中流動；風門通過全部或部分打開或關(guān)閉管道的分段，控制空氣的流動方式。風門執(zhí)行器（也稱為阻尼器）是移動風門的電氣設備。

 

在汽車HVAC系統(tǒng)中有三類風門執(zhí)行器：

 

●     進氣風門執(zhí)行器（圖1中的部件4）：該風門執(zhí)行器控制調(diào)節(jié)空氣源-車外空氣或車內(nèi)的再循環(huán)空氣。該風門執(zhí)行器位置可由駕駛員使用再循環(huán)按鈕或由HVAC系統(tǒng)根據(jù)車內(nèi)空氣質(zhì)量傳感器的數(shù)據(jù)進行控制。

●     空氣混合風門執(zhí)行器（圖1中的部件8）：該風門執(zhí)行器將暖氣（熱交換器）和冷風（蒸發(fā)器）混合，以達到設定的空氣溫度。

●     空氣分配風門執(zhí)行器（圖1中的部件5、6和7）：該類風門執(zhí)行器的數(shù)量根據(jù)車輛類別而不同，用于分配車廂內(nèi)的空氣。

 

直流電機

 

哪些電氣設備負責驅(qū)動風門？正如空氣流動的控制方式有多種一樣，汽車制造商在驅(qū)動風門的電氣設備上也有多種選擇。包括帶有電位器的有刷直流電機用于感測風門的位置；使用反電動勢（反EMF）測量位置或通過計算步數(shù)測量位置的步進電機的三相無刷直流（BLDC）電機。這些直流電機通過不同尺寸的齒輪驅(qū)動風門。

 

更多選擇

 

選擇電機后，HVAC系統(tǒng)工程師還可以選擇驅(qū)動電機的架構(gòu)。如前所述，風門執(zhí)行器可以在本地或遠程控制。在本地控制中，控制電機的電子設備位于電機附近，即電動機控制IC集成在電機所在的相同殼體中（見圖2中的風門執(zhí)行器控制）。諸如局域互連網(wǎng)絡（LIN）之類的通信協(xié)議控制電動機，將風門驅(qū)動到特定位置。在遠程控制中，控制電機的電子設備位于遠離風門執(zhí)行器的HVAC控制單元（見圖3）。HVAC控制單元上的電機驅(qū)動器和微控制器之間的通信可以通過串行外設接口（SPI）實現(xiàn)，甚至可以通過并行數(shù)字控制接口實現(xiàn)。

 

圖2和圖3說明了兩種可能的架構(gòu)。圖2中的架構(gòu)比圖3中的架構(gòu)更復雜；然而，圖2中的架構(gòu)提供了更大的設計可擴展性和靈活性。

 

圖2：風門執(zhí)行器電機的遠程控制

 

圖3：風門執(zhí)行器的集成電機驅(qū)動器

 

更多選擇

 

我們來看一下微控制器和電機驅(qū)動器控制集成電路之間的連接。HVAC系統(tǒng)設計人員在該連接上也有多種選擇。微控制器可以使用數(shù)字通信接口（如SPI）連接到電機驅(qū)動器，也可以使用控制線直接連接到電機驅(qū)動器。圖4和圖5說明了這些選擇。

 

圖4：使用SPI與電機驅(qū)動器通信的微控制器

 

圖5：直接控制電機驅(qū)動器的微控制器

 

簡化元件

 

用于BLDC和步進電機的驅(qū)動器電子元件比驅(qū)動有刷直流電機所需的電子元件更為復雜。若您選擇使用有刷直流電機來移動風門，則使用直接驅(qū)動風門電機的電機驅(qū)動器具有明顯的優(yōu)勢——在硬件和軟件方面都更簡單。

 

 

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