过去到现在,大部分汽车都还以传统汽车空调系统(air-conditioning system)为主;不过,目前则是电子式气候空调控制系统(climate-control system)称的上是目前汽车上具复杂性,且又最为周到的空调及通风系统。所谓人定还不能胜天,但在空间狭小车内却可以依照当时温度、湿度、风速、日照,随时掌控车上气候需求,还能根据车内温度及车外阳光照射强度,自动调节温度、出风量和出风方式。在各类型电子式气候空调系统在设计上有所不同,一般来说温度调节控制器大都具有分区调节性,部分则采用分区调节,甚至还能做到以数个区域来调节车内环境温、湿度。
电子式气候空调控制系统是种概念设计
研究车内气候式空调控制系统原理,便能得知这是一项既有趣又实用的车用电子设备。这在一波电子化热潮导入车用空调系统后,势必将逐渐淘汰旧有设计模式,这套电子式空调控制系统则采用温度传感器数量、优劣不同,直接或间接影响最终效果。在一般情况下,车上所用的温度传感器大都是装设在汽车中控台附近,有部份较好系统设计会在前窗和后窗分别装设有光度传感器,藉以判断阳光照射情况,再自动调节出风量和出风方式。
此类型电子式车内气候控制系统概念设计,是未来在汽车开发初期阶段便有基本雏型。其中主要内容包括:可作为研究分析、确立设计目标、设计方案理论证明、设计资源合理利用及最终的结果预测。此种概念设计是电子式气候控制系统设计为主题,不仅颠覆过去车上空调设备的设计历史,也将汽车整体搭配性纳入整体设计技术中。
传统式车用空调设计方式,大都将冷(暖)气出风口设置在前座,使得冷(暖)气不容易在车内产生循环,常有前冷后热的情况发生。
在此之前,许多汽车上所使用的空调系统或操作控制用机构,在设计上都是采用简易型旋钮或滑动臂所构成,而这些旋钮、滑动选钮则是由驾驶者手部操作来控制风门及空调系统,再针对车上空气进行调节。虽然可直接经由驾驶者手动操作,并可依照个人需求作为调整之用;不过,却难以做到实时监控成效,还容易导致车内温度时冷时热,即使再舒适的百万名车也会因此增添几分遗憾。因此,有部份厂商利用旧有资源,在此架构上利用计算机系统加以控制,设有电子臂取代手动旋扭,再利用风量、空调、热源、冷热风门角度、内外循环风速综合控制系统,实现车内理想温度。
随着原本汽车空调系统传统设计方式,已经不能满足汽车科技演进开发过程,因此必须综合经验设计与搭配上设计基础,将该概念设计作为适用于现代车上气候式控制开发的一项具有实用性科技。而该技术特点主要是为提高工作效率、缩短开发时程、降低人为错误机率、确保气候空调系统性能真实再现。
另外,也可将车内气候系统概念设计定位在“必须与整部汽车同步开发方式进行”,再按照控制气候空调节点,分别提出与匹配性相合的车内气候控制空调系统,并将原本虚拟性设计构想,透过必要控制手段及技术,转换为真实性的应用,将未来实车状态下还能具有气候控制空调系统效果。
规范化
严格按照产品开发程式进行操作,树立法规标准意识,加强理论计算和优化计算,提高设计品质,控制性能指标与目标成本。
系列化
在新车款开发基础上,必须要不断地衍生出新车款;就汽车空调系统来说,是指以基本车型空调系统中某些关键部件为核心,建立主体资料模型平台,提供其他车款开发提供条件和支援。
标准化
设计阶段必须要符合企业标准、产业标准及国家标准,尤其要满足强制法规要求。
通用化
在新系统设计过程中,尽可能采取与原本设计相关、相近、相同的空调其元件,才达到控制、降低成本目标。
轻量化
采用新型轻质量材料,以降低系统元件重量,满足整车重量要求。
模组化
将系统中多个零组件整合在一起形成模组化,方便安装与维修,提高装配效率。
落实技术须仰赖传感器、微处理器两大支柱
在车内气候式空调控制系统中,主要架构是以传感器和微处理机基本组合,主要是因为传感器及微处理机在导入车内空调应用之后,使得微处理机的运算及处理能力逐渐强化,将其运用在汽车空调系统上,使得工程师能够设计出许多新式附加功能,这也是传统机械控制式空调系统无法达到的目标。
现今,在车上设有传感器是种汽车产业中的潮流,除了感测车内各系统及车内环境状况之外,还能运用在车内气候式空调控制系统开发上,而车上温度传感器是最基本组件。严格说来,传感器如果只是单纯用来量测温度,这并不是什么大技术;但要做到精确的量测位置及温度,才能使车上电子控制系统有一项精确判断依据,并能根据车上所设的追踪汽车跟太阳之间相对位置,用来判断阳光照射强度,再分析出阳光对于车内热分布影响,经由分析数据来调整车上各个出风口平均气流。
一般汽车空调设备中,都只是将温度传感器装设在冷气出风口四周,导致传感器所量测的温度便不能真实地代表整车环境温度。因此,美国车用电子零组件厂商Delphi,就发展出名为Melexis红外线温度传感器(类似机场、医院所架设的非接触性温度感测装置),虽然Delphi红外线温度传感器与其它感测相同,只是装设在一个或多个固定点,不过倒是可以利用所发射红外线穿透过障碍物体,并以非接触性的方式实际量测到驾驶人身体周遭温度,更能正确地反应出驾驶人或乘客对于环境冷热程度感受。
微处理器能独立为驾驶座、副驾驶座以及后座乘客位置与距离,作为计算和调整温度之用,使每一位乘客都能自由设定想要的温度。另外,微处理器也会记录阳光照射程度及范围,并自动调整温度和气流设定,从而保证4个座位各自设定值保持不变。
坐在后排乘员有各自的控制面板,用来设定其期望温度高低和气流大小。它位于传动系统信道上方,并配有两个电子温度显示器,左右两边乘客可以分别进行设定。就像是汽车上很常见的前座独立温度控制,就是依赖前座出风口上2个独立温度传感器,量测温度后送至微处理器运算后,判断出风口强度及舒适温度从而控制机械式冷气压缩机和风扇,达到乘客所预期温度。
20年前就有汽车设计工程师将微处理器应用在车内气候式空调控制系统上,当然也有许多汽车电子零组件厂商、车用传感器制造商,或者是芯片制造商,也积极地开发出复杂极高的气候式空调控制系统,发展至今也都有很不错效果,预期未来几年内,价格较为平价房车,也能够拥有这些很聪明的气候式空调控制功能。
在传感器量测到车内温度后,将侦测到的温度数据送到微处理机,在经过一系列分析及判断后,经由发动机、压缩机、风扇等,最后就是送出舒适温度及风速气流,也是汽车气候式空调控制系统设计重点。
很多汽车厂及汽车电子零组件厂商(如:传感器、微处理器厂商),都在研究人体对环境最细微的感受,而究竟哪种环境、温湿度对人体感觉较为舒适?这当然是见仁见智,不过就数据表示,适合人体湿度为40%-60%,温度为25℃左右,若能将此comfort model转换成计算机程序,并将其撰写在汽车气候控制系统的微处理器中,藉由计算机判断出具智能且聪明的控制决定。以Volkswagen所发展的Phaeton为例,该系统在后座设有2个独立式温度控制环境,再利用7个分布在车内的温度传感器侦侧车内环境及量测温度,最后再经由微处理器计算出混合25个通气口不同温度的空气对流,来达到车上所有乘客所设定不同环境温度。
许多开发智能型电器产品厂商,如:家用冷气机广告中,不时强调是智能型冷气空调系统设计技术,与上述车内气候式控制系统不谋而合。不过,汽车所遭受到温度变化和外界热源干扰,远比室内来得更为复杂;因此,车内气候控制系统要比家用空调系统更具智能化技术,对于环境的反应速度也必须增快。
快速冷房效果
一般的电子恒温设计大都采用高风量、低噪音设计、具有快速降低车内冷房效果及特性
平衡温度降低湿度
电子恒温空调系统将可减少车内温度,并可降低湿度,既能提供较为舒适的车内环境,又能抑制因车窗雾气,造成驾驶危险。
空气迂圈
可利用电子式恒温具有空气迂圈特性模式,防止系统中有害气体进入车内
节省燃料消耗
发动机运转后所生成的余热,可利用电子恒温控制系统可使加热过程中,不会产生发动机噪音和废排气等问题,因此在不消耗燃料情况下,还能在发动机开闭时维持工作状态
车内温、湿度关系着驾驶安全性
如果单就温度感测及控制在车上应用,严格来说还不至于太过于复杂;不过,在设计车用电子式空调控制系统时,还得要将湿度数据等问题纳入考量,这是因为温、湿度两者之间有连带关系,且会相互影响。根据过去经验,一旦在冷气房待久了之后,空气会变得十分干燥,要能维持舒适的湿度环境较为困难。因此,就必须要藉助车用电子式气候空调控制系统中的传感器及微处理器,来能量测环境相对湿度,并将讯息传至计算机程序后,判别环境湿度所影响程度及原因,便可针对空调系统的控制作为补偿或修正之用。
另一项重点在于,汽车内对于环境湿度的控制,除了能够具有舒适性之外,汽车厂更关心的是车窗起雾的问题;一旦车内温度较高又潮湿的话,相较于车外的寒冷,就容易导致车窗玻璃起雾现象,尤其是较为寒冷地区特别容易有此问题;因此,长久以来「雾气」就是一项汽车重要的安全问题。一般作法,利用除雾模式再藉由冷气会间断地开启关闭,有效地排除玻璃上雾气。
而车用电子式气候空调控制系统则有更智能作法,运用温度传感器侦测环境状况及微处理器作为分析处理,避免车窗产生起雾现象。比方说,Delphi所开发出来的系统,当传感器量测到汽车内部及车窗玻璃温度和湿度数据,也利用传感器来量测车外温度,在同一时间将侦测数据传递到微处理器,将其综合分析之后判断车窗玻璃是否有起雾的可能性;一旦可能性增高,便会适时地从除雾气孔送出温暖空气,同一时间也将车外空气吸入车内,或者利用空调系统来降低车内湿度等,让车窗玻璃不容易产生起雾情况。
讲究舒适之外还兼具安全与节能
目前为止,由电子控制方式来操控车内空调系统优点真是不少;除了让车内空调更为舒适之外,另有一项功能可使冷气压缩机发挥更具效率,达到节能目标。过去车用空调系统只要是激活状态,压缩机就是全速运转,温度控制只能经由压缩机激活或关闭来加以控制,传统家中冷气机也是如此,使得空调系统在激活、关闭循环过程中,容易导致室内/车内温度产生上下起伏,既不舒适又浪费能源。
相较于家庭用的变频式冷气,在连续运转状态下,室内温度起伏波动幅度较小,也比较具有节能效果。电子式气候控制系统所采用空调压缩机也将持续运转,而且压缩机不是始终全速运转;比方说,当气候较为暖和时只会运用到部分功率,还能提高10%的压缩机效率,还具有特殊激活保护功能,在引擎激活瞬间变会自动切断与空调压缩机连接,使车上冷气压缩机具有特殊保护功能。
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