浅析新能源客车电动空调选型设计对整车主要性能的影响

王曦

上海万象汽车制造有限公司 上海 201611

前言

目前市场当中所能够提供给新能源客车生产的空调系统，从属于一般的汽车零部件行业，在市场发展当中，空调生产厂商为了能够进一步扩大市场影响力，主要采用“标准模式”以及“终端模式”两种模式实现空调的供给，因此在客车生产和空调选型当中，客车的生产单位需要深刻分析空调生产厂商的空调类型，结合生产经验和生产需求进行全面鉴别。

1 国内新能源客车生产的电动空调选型

1.1 国内新能源空调的市场环境

在我国，新能源客车的研发主要以能源创新为基本原则，客车从形态扩大和技术创新两个方面，实现技术突破。国内市场环境当中，客车生产环节对于先进的技术经验进行借鉴和吸收，并逐渐形成了能够应用于公共领域的全新新能源客车基本形态。目前我国应用在城市公交、高档观光旅游的新能源客车普遍装设有空调系统，这类空调系统除了能够满足客车的行驶需求之外，同时还能够大幅度控制客车运行过程中的能源消耗，实现环境保护。与此同时，由于客车需求，长度在8米及以下的客车生产将逐渐被市场所淘汰，大部分客车开始迈入到10-11米车长生产序列之中。不过由于技术因素和市场因素影响，虽然装配有空调系统的客车可以实现节能效果，但是其所采用的空调设计装配方式仍然是传统的非独立顶置策略。因此在市场当中，新能源客车的电动空调设备的选择，主要以这一类型的空调为主。

1.2 国内市场可选新能源空调设备

在目前国内的汽车零部件生产供应环境当中，新能源客车在市场当中主要可以引进并完成装配生产的空调设备主要集中在国外品牌代理、外商独资以及国内制造商的三个方面。其中国外品牌代理主要为一些国内小公司，其主营业务为对外贸易。这种公司缺乏技术优势，主营产品价格偏高，缺少售后。因此在近几年逐渐被市场淘汰；外商独资品牌为国外高技术水平的空调品牌，其中美国大冷王、日本富士、韩国万都等，都是在国内拥有技术优势和市场影响力的品牌。不过由于其成本较高，产品定位集中在高档生产，因此国内客车当中，仅有部分高档旅游客车生产采用这类品牌空调装置；国内制造商所生产的空调装置为新能源客车生产主要选购的空调品牌，相比于外商独资品牌，国产品牌更具价格优势，其中预斯、科林、松芝等，在国内市场份额较高[1]。不过在空调生产技术方面，与国外厂商仍然存在差距，因此其节能效果相对较弱。

2 新能源客车的电动空调设计

为了能够对空调选型装置在实际的客车生产设计当中的影响进行分析，本文将市场当中某国产品牌的空调系统进行了与公共客车生产相互结合的设计工作，通过对其制冷和制热情况的观察，了解其可能产生的对于整车性能的影响。

2.1 新能源客车电动空调的设置方式选择

随着发展，客车的底部空间被逐渐缩小，因此原有的客车空调分体式系统不再适用于客车生产。在客车设计当中，转而采用顶置方式，进行非独立的空调装设。这种装设方式也成为目前客车设计当中的主流。在顶置空调当中，空调主机内部的冷凝器、蒸发器以及压缩机分别位于前、后和中间位置，并借助电控装置进行控制，空调则在控制当中借助交流风机完成作业。在新能源客车应用中，这种顶置模式十分普遍，且具有一定的节能价值[2]。

本文在进行空调选型设计时，选用了国内具有市场影响力的一线品牌设备，设备本身所拥有的变频能力可以利用涡旋压缩技术，改变原有的顶置装设模式，从而将空调机组安装进客车的中腔部分，空调内部则借助直流变频的方式，完成驱动，在提高了节能水平的同时，还大幅度优化了系统能效。

这种装设方式主要仰赖于某品牌的空调设备技术优势，在该空调设备内部，拥有驱动控制一体装置VFD-BH以及空调专用变频器VFD-BA。其中VFD-BH依托环保理念，进行了PLC程序容量的扩容，改变了原有的空调工艺逻辑，同时借助PLC程序完成了EMC滤波器的设置，端口十分丰富，提高了控制水平[3]。专用一体机装置可以借助直流电压完成对于电子膨胀阀装置的控制，以此来带动系统风机，提高客车空调使用效率。而BFD-BA变频器装置则借助内建PLC的策略，实现了小型化的网络共享。变频器能够根据客车行驶的客观环境，通过阻燃材料，控制空调进风量，实现对于客车的整体保护。

2.2 新能源客车的控制系统设计

传统空调装置的主要控制策略为一般的开关控制，客车在运行过程中，可以由司机对客车驾驶舱内部的中控单位按钮进行选择，通过调整开关的方式，进行空调装置的启停处理。随着变频空调装置的应用，传统的开关控制方式已经无法从根本上满足客车空调装置的需求，单纯地依靠开关装置来进行空调启停，既不符合变频控制策略，同时又不满足客车新能源状态下的能源调整和节能减排要求。因此笔者在进行新能源客车电动空调设计时，结合了原有变频PID设计方式，进行了控制策略的改良。

PID控制策略主要应对变频装置的控制需求，控制中心借助误差比例分析，实现微分线性组合，从而将输出量调整至预设数值，实现对于变频装置波动问题的有效抑制。在整个控制过程中，变频装置需要借助P、I、D三组参数的设定来进行控制变量的输出，不过由于客车所采用的空调系统本身结构较为复杂，引起其内部非线性状态难以借助精准的PID完成参数设置，因此在相关技术研发当中，开展了众多的基于客车空调系统的控制策略研究。笔者主要结合工作经验和相关研讨经验，提出了应用于所选类型空调装置的模糊PID控制理论，利用模糊PID控制方法，实现对于空调系统的有效控制和处理，最大限度地发挥空调装置的实际作用。

笔者所采用的模糊PID控制策略，主要结合空调装置自身的压缩机功率状态来进行模糊分析规则的编写。模糊分析规则当中需要对于客车行驶过程中的环境温差以及温差变化情况做出分辨和接析，并实现突破数学模型下的环境适应性。与此同时，通过调整模糊控制参数的方式，使PID规则可以与客车空调的权重参数相互适应，实现更为稳定的参数控制能力。在具体的控制方法中，模糊规则下的PID调整根据环境变化规律和压缩机模糊影响进行分析，形成权重辨别，并引导压缩机完成对风机转速的变速要求，使其能够在环境温度调整当中，保障空调环境温度变化能力的同时，最大限度地降低能源消耗，达到节能减排的根本目标。

3 新能源客车空调选型设计对于整车性能的影响分析

本文所选用的某型号变频空调装置通过装配方式改良和模糊PID控制系统的设计，在保障了节能水平的基础上，达到了整车空调性能的提高目的。通过对制冷、制热两个方面的指标总结，可以归纳出新能源客车空调选型设计的影响价值。

3.1 制冷能力分析

在完成了空调选型设计之后，笔者根据客车行驶状态下的变室温方式，进行了变频空调制冷效果的总结。结果显示，变频空调设备在实际应用当中，模拟真实状态下夏季32摄氏度室外温度时，压缩机达到3300rpm，此时制冷效果最为优异，车内环境温度可以控制在20摄氏度左右，为体感舒适的凉爽状态。此时空调外风机控制电压为6V，电能消耗水平相较传统客车空调系统为低，表明具有良好的节能效果。

3.2 制热能力分析

笔者同样利用变室温的方式，开展了空调系统的制热能力分析。在室外温度模拟为-3摄氏度后，利用变频空调控制将车内温度调整为体感舒适的20摄氏度，此时空调装置的外风机控制电压仅为6.2V，节能效果明显。当进行室外温度提升改变时。空调压缩机出风口温度出现上升，压缩比下降，因此在本次变频空调的设计当中，变频空调的性能优势主要集中体现在低温环境制热当中。

结论：综上所述。变频空调装置通过改良装配技术和调整控制策略，可以提高其在新能源客车当中的应用实力，对于新能源客车的行驶来说，借助变频控制策略实现对于环境温度的调整，最终达到最优状态下的车内温度控制，能够进一步降低空调能耗，发挥变频空调的节能作用。

3.3 车体热湿性能的改善

变频空调在客车当中的应用能够帮助改善客车车体内部原有的热湿环境，从而提高客车实际使用的性能。一般来说，客车内部的热湿性能主要包括客车所面对的太阳辐射、室内外温差、客车乘客的人体散热、发动机设备热量等。传统客车由于缺少变频空调装置，在实际行驶当中这部分热量会在封闭空间当中积聚，造成湿热水平上升，客车整体性能下降。而在本文所开展的客车电动空调的选型设计，在客车室内温湿度控制方面，能够取得较为优异的效果，对于客车整体运行性能来说，是一项巨大的提升措施。以夏季场景为例，温湿度环境的形成主要来自于太阳辐射。太阳光直接照射导致车内密封环境下的温度快速升高，客车车体的隔热壁无法满足隔热需求，导致照射热以及对流换热两个部分的热量全部集中到车体当中。经过测算，在不开启空调的封闭运行的客车内部，室内温度可以达到35摄氏度甚至更高，且长时间运行状态下受到发动机发热和人群密集的影响，温度攀升速度极快。一般车载空调对于空间内部温度环境的改善能力相对有限，同时车载空调的耗能水平较高，无法应对太阳辐射状态下的温湿度变化情况进行有效控制。而本文所进行的车载变频空调设计则借助温度控制PID技术，实现了对于车内温湿度环境的有效遏制，并能够根据环境温度和太阳照射温度变化规律做出快速调节，全面提高了车辆的整体性能。