汽车空调系统设计

郑淳允

摘 要：随着消费者对汽车功能以及性能要求越来越高，空调系统设计的重要度也日益升高。空调系统与汽车的空调舒适性密切相关，不仅决定了乘员舱内气体的温度、湿度、流量等关键技术参数，还与汽车的能耗经济性有一定的联系。本文主要结合作者的经验对汽车空调系统设计进行论述。

关键词：功能;性能;空调系统;空调舒适性

1 空调系统构成及分类

汽车空调系统由制冷系统和制热系统两大系统组成。制冷系统采用的是蒸发壓缩式制冷原理，主要是由冷凝器、压缩机、蒸发器、干燥器、膨胀阀等部件组成;空调制热系统的原理相对简单一些，主要是利用发动机的余热以及冷却液循环来实现制热功能。空调制热系统主要由蒸发器（加热器芯体）、鼓风机等构成。空调制冷系统构成简图如图1所示，箭头代表气流方向，蓝色代表低温气流，红色代表高温气流，空调制热系统的原理图如图2所示，同样的红色箭头代表高温冷却液、低温箭头代表低温冷却液。

虽然汽车空调的种类繁多，但是大致可以归纳为三种：手动空调、手动电控空调（半自动空调）、全自动空调。

手动空调：关键部件有HVAC总成（机械拉丝控制）、冷凝器、压力传感器、空调控制器（手动机械式）、空调滤清器等。

手动电控空调：关键部件有HVAC总成、空调控制器、冷凝器、空调滤清器、空调管路等。

全自动空调：关键部件有HVAC总成、冷凝器、空调控制器、空调管路、传感器等。

2 空调系统开发流程及参考标准

2.1 开发流程

汽车空调系统开发流程是汽车整车产品开发流程中的一部分，当前国内主流的汽车整车产品开发流程有上海通用整车产品开发流程、广汽汽车产品开发流程、等，这些产品开发流程大都遵循9个阀点的开发程序（P0到P8阀点或G0到G8阀点）。

2.2 参考标准

当前国内汽车空调系统开发涉及到的主要标准有三大类：国家标准、国际标准（欧美标准为主）、企业标准。

国家标准主要有GB11555 汽车风窗玻璃除雾系统的性能要求及试验方法、GB11556 汽车风窗玻璃除霜系统的性能要求及试验方法、GB11552轿车内部凸出物等;欧洲标准主要有No.78/317/EEC 机动车玻璃表面的除霜和除雾系统、No.74/60/EEC 关于车辆内部安装件认证的统一规定;美国标准主要有US Federal-MVSS 103挡风玻璃除霜除雾系统、US Federal-MVSS 201关于整车内部碰撞保护的统一规定;企业标准主要有整车空调系统环模试验及其评价方法、车用空调冷凝器总成、车用空调压缩机总成等标准，企业标准号依据各企业规定执行。

3 空调系统设计思路

空调系统的设计主要是空调系统类型的选择、空调系统匹配、整车制冷量匹配计算等内容。

3.1 空调类型选择

产品开发立项初期通常要进行市场调研确定对标车型、目标销售群体、车型市场定位等相关信息作为空调类型选择的依据（手动空调、半自动空调、全自动空调等）;确定是否需要开发室内空气净化装置、开发多蒸发系统;确定是否需要开发多区域空调、冷暖一体型空调等。

3.2 整车制冷量需求计算

收集与之相关的整车参数（空调系统尺寸、乘坐人数、门护板、前围板隔热参数等），进行空调系统冷负荷计算、湿负荷计算、整车空调热湿负荷计算。

3.3 关键零部件详细设计

HVAC总成是空调系统的关键零部件之一。空调系统的工作过程共有压缩、冷却、膨胀、蒸发四个环节。同时蒸发器又是HVAC总成的核心，涵盖了膨胀和蒸发两个环节。蒸发器芯和加热器芯的结构形式有管片式、管带式、承叠式三种，以蒸发器芯为例，对三种结构形式的蒸发器芯优缺点进行对比说明，见表1。

3.4 HVAC总成布置方案

a）首先确定HVAC总成的外廓尺寸，同步考虑整车总体设计部门给出的最大布置空间。

b）结构设计。依据上一条的内容确定HVAC的固定结构形式以及安装的具体方式。

c）依据空调出风口的布置要求以及空调舒适性要求，确定空调除霜除雾出风口的具体位置及尺寸规格。

d）预留除霜除雾风道的布置空间，依据模流分析CAE报告，进行多轮分析验证。

e）设定左、右吹脚出风口的温差为3摄氏度，右侧温度偏高。

3.5 HVAC总成布置校核

通常要求HVAC总成与周边固定零部件的间隙不低于5mm，与运动部件的间隙不低于10mm;风口与风道之间需要海绵或者其他填充物来保持密封且风口与风道所在的平面必须平行且留有2-6mm的配合间隙。

在3D数据验证环节，需要整理收集HVAC总成数据与周边部件的数据进行DMU校核分析，具体结果以图3、图4为例进行说明。

4 结束语

汽车空调系统设计是汽车产品开发当中的最重要的环节之一。空调系统的开发流程时间跨度较长，而且包含的开发设计内容较多，本文作者是结合自身的工作经历对其开发过程就其中的重点部分（HVAC总成）进行了部分说明，事实上空调系统数据阶段设计完成后还要进行单体验证、整车环模试验、除霜除雾公告试验等一系列试验验证工作。总之，空调系统设计非常重要，与整车空调舒适性以及乘员舱驾乘主观感受有密切关联，在汽车产品开发过程中对空调系统开发必须给予高度重视。

参考文献：

[1]GB11555，汽车风窗玻璃除雾系统的性能要求及试验方法，2009.

[2]GB11556，汽车风窗玻璃除霜系统的性能要求及试验方法，2009.

[3]GB11552，轿车内部凸出物，2009.

[4]No.78/317/EEC 机动车玻璃表面的除霜和除雾系统.

[5]No.74/60/EEC 关于车辆内部安装件认证的统一规定.

[6]US Federal-MVSS 103挡风玻璃除霜除雾系统.

[7]US Federal-MVSS 201关于整车内部碰撞保护的统一规定.