無論是酷暑還是寒冬，利用汽車加熱冷卻系統(tǒng)，乘客始終可以享受到舒適的車內環(huán)境。在不同類別的車輛中，這些暖通空調(HVAC)系統(tǒng)的復雜性和自動化程度也各不相同。經濟型汽車可能需要駕駛員手動旋轉旋鈕來控制溫度，而在高端車輛中，則可以通過傳感器同時自動控制車內的溫度以及空氣的濕度和質量。

空氣流動

無論何種類別的車輛，汽車HVAC系統(tǒng)都會交換空氣，并在此過程中改變其溫度、濕度和質量。

我們來看一下空氣流動的原理。空氣可以從車廂外部或內部吸入系統(tǒng)。也可以通過蒸發(fā)器或換熱器進入HVAC系統(tǒng)進行調節(jié);調節(jié)空氣分布在整個車廂內，讓乘客腳部保暖、防止擋風玻璃起霧。

空氣流動的途徑有很多種：從外部到蒸發(fā)器再到擋風玻璃，或從內部到熱交換器再到車廂底部的通風口。那么HVAC系統(tǒng)是如何控制空氣流動的方式呢?

圖1是HVAC系統(tǒng)的側視圖。關鍵組件用數(shù)字標記，箭頭指示空氣流動的方向。圖1中的部件4至8所示為風門執(zhí)行器。橙色虛線表示風門移動的區(qū)域，而橙色實線代表風門。HVAC系統(tǒng)中的風門執(zhí)行器的數(shù)量取決于系統(tǒng)的整體復雜性——屬于單區(qū)域還是多區(qū)域HVAC。

圖1：由八個部件組成的汽車HVAC：1 =鼓風機，2 =蒸發(fā)器，3 =加熱器，4 =進氣風門，5,6和7 =空氣分配風門，8 =空氣混合風門

風門執(zhí)行器

空氣通過管道在HVAC系統(tǒng)中流動;風門通過全部或部分打開或關閉管道的分段，控制空氣的流動方式。風門執(zhí)行器(也稱為阻尼器)是移動風門的電氣設備。

在汽車HVAC系統(tǒng)中有三類風門執(zhí)行器：

進氣風門執(zhí)行器(圖1中的部件4)：該風門執(zhí)行器控制調節(jié)空氣源-車外空氣或車內的再循環(huán)空氣。該風門執(zhí)行器位置可由駕駛員使用再循環(huán)按鈕或由HVAC系統(tǒng)根據(jù)車內空氣質量傳感器的數(shù)據(jù)進行控制。

空氣混合風門執(zhí)行器(圖1中的部件8)：該風門執(zhí)行器將暖氣(熱交換器)和冷風(蒸發(fā)器)混合，以達到設定的空氣溫度。

空氣分配風門執(zhí)行器(圖1中的部件5、6和7)：該類風門執(zhí)行器的數(shù)量根據(jù)車輛類別而不同，用于分配車廂內的空氣。

直流電機

哪些電氣設備負責驅動風門?正如空氣流動的控制方式有多種一樣，汽車制造商在驅動風門的電氣設備上也有多種選擇。包括帶有電位器的有刷直流電機用于感測風門的位置;使用反電動勢(反EMF)測量位置或通過計算步數(shù)測量位置的步進電機的三相無刷直流(BLDC)電機。這些直流電機通過不同尺寸的齒輪驅動風門。

更多選擇

選擇電機后，HVAC系統(tǒng)工程師還可以選擇驅動電機的架構。如前所述，風門執(zhí)行器可以在本地或遠程控制。在本地控制中，控制電機的電子設備位于電機附近，即電動機控制IC集成在電機所在的相同殼體中(見圖2中的風門執(zhí)行器控制)。諸如局域互連網絡(LIN)之類的通信協(xié)議控制電動機，將風門驅動到特定位置。在遠程控制中，控制電機的電子設備位于遠離風門執(zhí)行器的HVAC控制單元(見圖3)。HVAC控制單元上的電機驅動器和微控制器之間的通信可以通過串行外設接口(SPI)實現(xiàn)，甚至可以通過并行數(shù)字控制接口實現(xiàn)。

圖2和圖3說明了兩種可能的架構。圖2中的架構比圖3中的架構更復雜;然而，圖2中的架構提供了更大的設計可擴展性和靈活性。

圖2：風門執(zhí)行器電機的遠程控制

圖3：風門執(zhí)行器的集成電機驅動器

更多選擇

我們來看一下微控制器和電機驅動器控制集成電路之間的連接。HVAC系統(tǒng)設計人員在該連接上也有多種選擇。微控制器可以使用數(shù)字通信接口(如SPI)連接到電機驅動器，也可以使用控制線直接連接到電機驅動器。圖4和圖5說明了這些選擇。

圖4：使用SPI與電機驅動器通信的微控制器

圖5：直接控制電機驅動器的微控制器

簡化元件

用于BLDC和步進電機的驅動器電子元件比驅動有刷直流電機所需的電子元件更為復雜。若您選擇使用有刷直流電機來移動風門，則使用直接驅動風門電機的電機驅動器具有明顯的優(yōu)勢——在硬件和軟件方面都更簡單。