图解：关于风门执行器及汽车HVAC系统你一定要了解的事

时间: 2024-07-04 04:59:05 |   作者: 行业新闻

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　　无论是酷暑还是寒冬，利用汽车加热冷却系统，乘客始终能够轻松的享受到舒适的车内环境。在不同类别的车辆中，这些暖通空调（HVAC）系统的复杂性和自动化程度也各不相同。经济型汽车在大多数情况下要驾驶员手动旋转旋钮来控制温度，而在高端车辆中，则能够最终靠传感器自动控制车内的温度和空气的湿度和质量。

　　无论何种类别的车辆，汽车HVAC系统都会交换空气，并在此过程中改变其温度、湿度和质量。

　　空气流动的原理就是空气可以从车厢外部或内部吸入系统，也能够最终靠蒸发器或换热器进入HVAC系统来进行调节；调节空气分布在整个车厢内，让乘客脚部保暖、防止挡风玻璃起雾。

　　空气流动的途径有很多种：从外部到蒸发器再到挡风玻璃，或从内部到热交换器再到车厢底部的通风口。

　　图1是HVAC系统的侧视图。关键组件用数字标记，箭头指示空气流动的方向。图1中的部件4至8所示为风门执行器。橙色虚线表示风门移动的区域，而橙色实线代表风门。HVAC系统中的风门执行器的数量取决于系统的整体复杂性，即属于单区域还是多区域HVAC。

　　图1：由八个部件组成的汽车HVAC：1 =鼓风机，2 =蒸发器，3 =加热器，4 =进气风门，5,6和7 =空气分配风门，8 =空气混合风门

　　空气通过管道在HVAC系统中流动；风门通过全部或部分打开或关闭管道的分段，控制空气的流动方式。风门执行器（也称为阻尼器）是移动风门的电气设备。

　　·     进气风门执行器（图1中的部件4）：该风门执行器控制调节空气源，也就是车外空气或车内的再循环空气。该风门执行器位置可由驾驶员使用再循环按钮或由HVAC系统根据车内空气质量传感器的数据来进行控制。

　　·     空气混合风门执行器（图1中的部件8）：该风门执行器将暖气（热交换器）和冷风（蒸发器）混合，以达到设定的空气温度。

　　·     空气分配风门执行器（图1中的部件5、6和7）：该类风门执行器的数量根据车辆类别而不同，用于分配车厢内的空气。

　　哪些电气设备负责驱动风门？正如空气流动的控制方式有多种一样，汽车制造商在驱动风门的电气设备上也有多种选择。包括带有电位器的有刷直流电机用于感测风门的位置；使用反电动势（反EMF）测量位置或通过计算步数测量位置的步进电机的三相无刷直流（BLDC）电机，这些直流电机通过不一样的尺寸的齿轮驱动风门。

　　选择电机后，HVAC系统工程师还可以再一次进行选择驱动电机的架构。如前所述，风门执行器可以在本地或远程控制。在本地控制中，控制电机的电子设备位于电机附近，即电动机控制IC集成在电机所在的相同壳体中（见图2中的风门执行器控制）。诸如局域互连网络（LIN）之类的通信协议控制电动机，将风门驱动到特定位置。在远程控制中，控制电机的电子设备位于远离风门执行器的HVAC控制单元（见图3）。HVAC控制单元上的电机驱动器和微控制器之间的通信能够最终靠串行外设接口（SPI）实现，还可以通过并行数字控制接口实现。

　　图2和图3说明了两种可能的架构。图2中的架构比图3中的架构更复杂；然而，图2中的架构提供了更大的设计可扩展性和灵活性。

　　我们来看一下微控制器和电机驱动器控制集成电路之间的连接。HVAC系统模块设计人员在该连接上也有多种选择。微控制器能够正常的使用数字通信接口（如SPI）连接到电机驱动器，也能够正常的使用控制线直接连接到电机驱动器。图4和图5说明了这些选择。

　　用于BLDC和步进电机的驱动器电子元件比驱动有刷直流电机所需的电子元件更复杂。若选择使用有刷直流电机来移动风门，则使用直接驱动风门电机的电机驱动器有着非常明显的优势，在硬件和软件方面都更简单。