金孟(長城汽車股份有限公司技術中心河北省汽車工程技術研究中心,河北保定 071000)
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汽車空調(diào)風門執(zhí)行器結構及應用
金孟
(長城汽車股份有限公司技術中心河北省汽車工程技術研究中心,河北保定071000)
摘要:闡述風門執(zhí)行器在空調(diào)系統(tǒng)中的應用,介紹風門執(zhí)行器的種類及選型上的注意要點,列出目前市場現(xiàn)狀并展望未來。
關鍵詞:空調(diào)系統(tǒng);空調(diào)器;風門執(zhí)行器
隨著汽車研發(fā)技術和人們生活水平的不斷提高,人們對汽車空調(diào)的舒適性要求也越來越高,汽車自動空調(diào)系統(tǒng)逐步普及。汽車自動空調(diào)調(diào)節(jié)器(簡稱HVAC)風門運轉與手動空調(diào)不同的是,一個是用拉絲(有硬拉絲和軟拉絲之分)控制,一個是執(zhí)行器控制(俗稱風門執(zhí)行器)。拉絲控制是機械式的,人通過手動旋鈕帶動拉絲控制HVAC風門運轉;風門執(zhí)行器是通過接收空調(diào)ECU發(fā)出的相應信號來執(zhí)行相應的動作,帶動HVAC風門運轉,來實現(xiàn)空調(diào)不同出風模式的調(diào)節(jié)。
風門執(zhí)行器主要是調(diào)節(jié)HVAC風門運轉,常用于HVAC的冷暖、模式、內(nèi)外循環(huán)風門的調(diào)節(jié)。內(nèi)外循環(huán)風門通過調(diào)節(jié)進入車內(nèi)新鮮空氣的比例;冷暖風門通過調(diào)節(jié)經(jīng)過暖風芯體(或風暖PTC加熱器)表面空氣量進入車內(nèi)的冷或暖風比例;模式風門通過調(diào)節(jié)車內(nèi)吹臉、吹腳、除霜、吹腳除霜送風模式的切換。
手動空調(diào)系統(tǒng)一般只有內(nèi)外循環(huán)風門使用風門執(zhí)行器;自動空調(diào)系統(tǒng)則每個風門都需要用風門執(zhí)行器,且風門運轉的控制精度要求高,自動空調(diào)ECU在采集到相應的環(huán)境溫度信號后,根據(jù)自身標定的邏輯信號輸入給風門執(zhí)行器,風門執(zhí)行器調(diào)節(jié)HVAC各風門運轉位置達到相應出風模式。
隨著空調(diào)技術的逐步發(fā)展,風門執(zhí)行器也在逐步更新,目前各空調(diào)廠常用的有伺服電機、步進電機、用于LIN網(wǎng)絡的LIN風門執(zhí)行器。也有使用光電風門執(zhí)行器的,但價格高,目前國內(nèi)不是很普遍,歐美高端車型上使用較多。
2.1伺服電機
在沒有步進電機之前,執(zhí)行器普遍采用伺服電機,因為其是由小直流電動機為動力帶動齒輪轉動的,再配有簡單的線路板電路組成(圖1a)。常用的電路又分為兩點(正反轉)式(圖1b)的和反饋式的(圖1c)。隨著集成化的發(fā)展,線路板逐步被電位器代替(1d)。其原理是接收空調(diào)ECU輸入的電壓信號,風門執(zhí)行器運行相應的角度。
2.2步進電機
與伺服電機不同的是,步進電機驅動的動力來源是線圈,步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執(zhí)行機構。通俗地講:當步進電機驅動器接收到一個脈沖信號,它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度(稱為步距角)。它的旋轉是以一定的角度運行的,可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量達到精確定位的目的;同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度達到調(diào)速的目的。步進電機齒輪箱結構及電氣原理、驅動順序如圖2所示。
圖2 步進電機齒輪箱及電氣原理、驅動順序
驅動原理:0到Ⅲ是一個脈沖,0到Ⅲ為一個脈沖的4個拍。第1拍:3、6接負極,2、5接正極,此時線圈2-3,5-6導通,磁場驅動電機運轉18°;第2拍:3、4接負極,2、5接正極,此時線圈2-3,4-5導通,磁場驅動電機運轉18°;第3拍:1、4接負極,2、5接正極,此時線圈1-2,4-5導通,磁場驅動電機運轉18°;第4拍:1、6接負極,2、5接正極,此時線圈1-2,5-6導通,磁場驅動電機運轉18°。齒輪傳動比為1∶360,每一拍輸出齒輪運行18/360=0.05°,一個脈沖運行0.05×4拍=0.2°。
2.3LIN風門執(zhí)行器
隨著車聯(lián)網(wǎng)逐步普及,CAN網(wǎng)絡和LIN網(wǎng)絡在空調(diào)系統(tǒng)中也逐步得到運用。由于LIN網(wǎng)絡價格的優(yōu)勢,空調(diào)系統(tǒng)使用普遍較多。為了便于風門執(zhí)行器在LIN網(wǎng)絡中使用,與伺服電機和步進電機不同是的,LIN風門執(zhí)行器內(nèi)部多了一個帶有A/D轉換器的單片機,可實現(xiàn)模擬信號與數(shù)字信號之間的轉換。LIN風門執(zhí)行器廠家也在優(yōu)化其結構,為整車的輕量化節(jié)省空間,但由于增加了芯片,其價格偏高,目前市場上還沒有普遍使用。
目前市場上普遍使用的風門執(zhí)行器外形結構有4種,如圖3所示。
圖3 風門執(zhí)行器外形圖
在選型的時候,一般根據(jù)以下幾點進行選擇:①HVAC的安裝結構;②整車的輕量化要求;③自動空調(diào)對風門運轉精度的要求;④空調(diào)對出風模式切換速度的要求;⑤內(nèi)外循環(huán)風門多選擇兩點運轉的伺服電機。
參考文獻:
[1]凌永成.汽車空調(diào)技術[M].北京:機械工業(yè)出版社,2014.
[2]陳寧寧,胡正聰.一種汽車空調(diào)風門執(zhí)行器[P].公開(公告)號CN203628966U.
[3]吳柳燕,柯勝濤,孫強.汽車智能三區(qū)空調(diào)控制系統(tǒng)的研究與應用[J].汽車實用技術,2015,(8):36-39.
(編輯心翔)
Structure and Application of Automotive Air Conditioning Damper Actuator
JIN Meng
(R&D Center of Great Wall Motor Company,Automotive Engineering Technical Center of HeBei,Baoding 071000,China)
Abstract:The article elaborates application of damper actuators as a part of the air conditioning system,introduces types of damper actuators and choosing tips,and also discusses the current market condition and future development.
Key words:A/C system;air conditioning;damper actuators
中圖分類號:U463.851
文獻標識碼:B
文章編號:1003-8639(2016)06-0067-02
收稿日期:2015-12-21;修回日期:2016-01-08
作者簡介:金孟(1989-),安徽阜陽人,從事汽車空調(diào)設計工作。