装备定排量空调压缩机的汽车空调系统抗结霜研究

．

基础研究．

装备定排量空调压缩机的汽车空调系统抗结霜研究

郑国胜 王灿２韩晓波 葛如炜

（１．泛亚汽车技术中心有限公司；２．上海市计量测试技术研究院）

【摘要】描述了采用定排量空调压缩机的汽车空调系统抗结霜常规开发流程，以某改进型汽车空调系统抗结霜

开发过程为例．通过试验测量手段和ＣＦＤ虚拟分析手段．直观再现了开发过程中所发现问题的根源。分析了ＥＡＴ传

感器类型和位置及设定值、空调箱的结构差异、单体试验台架、系统试验台架和整车试验等因素对定排量压缩机空

调系统抗结霜开发的影响

主题词：空调系统定排量压缩机结霜性能

中图分类号：Ｕ４６３．８５＋１ 文献标识码：Ａ文章编号：１０００—３７０３（２０１３）１２—００２４—０４

Ａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ａｎｔｉ—．ｆｒｏｓｔｉｎｇ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ＡＣ Ｓｙｓｔｅｍ

ｗｉｔｈ Ｆｉｘｅｄ Ｃａｐａｃｉｔｙ Ａｉｒ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ

Ｚｈｅｎｇ Ｇｕｏｓｈｅｎｇ ，Ｗａｎｇ Ｃａｎ２，Ｈａｎ Ｘｉａｏｂｏ ，Ｇｅ Ｒｕｗｅｉ

（１．Ｐａｎ Ａｓｉａ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｃｅｎｔｅｒ；２．Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）

【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｆｉｒｓｔｌｙ ａ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ａｎｔｉ－ｆｒｏｓｔｉｎｇ ｉｎ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ＡＣ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｆｉｘｅｄ ｃａｐａｃｉｔｙ

ａｉｒ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｉｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ａｎｔｉ－ｆｒｏｓｔｉｎｇ ｉｎ ａ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ＡＣ

ｓｙｓｔｅｍ ａｓ ｅｘａｍｐｌｅ，ａｎｄ ｗｉｔｈ ｔｅｓｔ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ＣＦＤ ｖｉｔｕａｌｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｒｏｏｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｄｕｒｉｎｇ

ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｃｏｕｒｓｅ ｉｓ ｒｅｐｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎｔｕｉｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ，ｉ．ｅ．ＥＡＴ ｓｅｎｓｏｒ ｔｙｐｅ ａｎｄ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｓｅｔ ｖａｌｕｅ，

ＡＣ ｕｎｉｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ，ｍｏｎｏｍｅｒｉｃ ｔｅｓｔ ｒｉｇ，ｓｙｓｔｅｍ ｔｅｓｔ ｒｉｇ ａｎｄ ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｅｓｔ，ｅｔｃ，ｗｈｉｃｈ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ

ａｎｔｉ－ｆｒｏｓｔｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ＡＣ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｆｉｘｅｄ ｃａｐａｃｉｔｙ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＡＣ Ｓｙｓｔｅｍ，Ｆｉｘｅｄ ｃａｐａｃｉｔｙ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ，Ｆｒｏｓｔｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ

１前言Ｉ＝１ ２装备定排量压缩机的汽车空调系统抗结

由于成本优势．定排量空调压缩机在传统的经

济型轿车空调系统上被广泛应用。装备定排量空调

压缩机的汽车空调系统需要在蒸发器出口设置一个

霜常规开发流程

图１是装备定排量空调压缩机的汽车空调系

统抗结霜常规开发流程 首先。在零部件级的试验

ＥＡＴ ｓｅｎｓｏｒ（蒸发器出口温度传感器）来测量蒸发器

出风口温度．而ＥＣＭ（发动机控制模块）或ＢＣＭ（车

身控制模块）根据ＥＡＴ ｓｅｎｓｏｒ采集到的电压信号来

台架上对供应商提供的空调箱和蒸发器单体进行

性能复测：若单体性能满足ＳＳＴＳ（子系统技术指

标）要求．则进一步根据泛亚汽车技术中心内部规

判断蒸发器表面是否可能已结霜．据此控制空调压

缩机电磁离合器的接合与分离．达到控制制冷效果

范对空调箱和蒸发器单体在零部件级的试验台架

上进行蒸发器出风温度场扫频．据此在蒸发器出口

和防止压缩机液击（保护压缩机）的目的 对装备定

排量空调压缩机的汽车空调系统抗结霜研究的关键

是找出ＥＡＴ ｓｅｎｓｏｒ在蒸发器出口的最佳设置位置

表面处初步确定 个较为可能的ＥＡＴ ｓｅｎｓｏｒ布置

位置：将ＥＡＴ ｓｅｎ￥ｏｒ放置在其中一个可能的布置位

置，其设定值为２￣Ｃ分离压缩机／４ｏＣ接合压缩机．

和最合理的设定值．用于判断定排量空调压缩机的

接合与分离，最终使该空调系统在保证使用安全性

的前提下制冷效果最佳

一

然后在真正的系统性能试验台或ＩＶ（集成车１上进

行抗结霜工况扫频．若温度扫频试验通过则进行下

一

步的空调性能测试评估，否则将ＥＡＴ ｓｅｎｓｏｒ更换

汽车技术

２４一

．

基础研究．

１５０ｆ

措施来防止蒸发器表面深度结霜。图５和图６表明

系统此时已严重结霜．即ｓｅｎｓｏｒ３不能使空调系统安

全可靠运行。

４０

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３０

…一

ｐ４２

…

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０ ４００ ８００ １２００ １６００ ２０００

试验时间／ｓ

图５ ＩＶ实车试验时蒸发器表面温度分布曲线（ｓｅｎｓｏｒ３）

箍

试验时阃／ｓ

图６ ＩＶ实车试验时蒸发器前空调箱壳体内

空气静压力曲线（ｓｅｎｓｏｒ３）

鉴于在ＩＶ实车上更换零件的复杂性和开发

试验的紧迫性．尝试将零部件级的试验台架上确

定的但其对应抗结霜能力仅居中的ｓｅｎｓｏｒ２作为

另一方案．进行ＩＶ实车试验．试验结果如图７和

图８所示 图７是ＩＶ实车试验时蒸发器表面温度

分布曲线．试验时长为ＧＭＷ１５７７５规定的２２０

ｍｉｎ．试验过程没有结霜：图８是Ｉｖ实车试验时蒸

发器前空调箱壳体内空气静压力．该压力值未增

加，说明蒸发器芯体表面没有结霜。图７、图８表

明此时空调系统没有结霜．即ｓｅｎｓｏｒ２能使空调系

统安全可靠运行 图９是ｓｅｎｓｏｒ２方案对应的空调

制冷性能测试评估试验曲线（ＧＭＷ３０３７）．显示其

空调系统制冷效果达到了ＶＴＳ（整车技术指标）。

在ＩＶ实车的热带夏季路试中复现了ＩＶ实车在环

境模拟风洞中的情景ｆｓｅｎｓｏｒ３对应的空调系统抗

结霜能力比ｓｅｎｓｏｒ２对应的空调系统抗结霜能力

差极多）

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箍

试验时间／

图７ ＩＶ实车试验时蒸发器表面温度分布曲线（ｓｅｎｓｏｒ２）

一

２６一

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０ ２０００ ４０００ ６０００ ８０００ １００００ １２０００

试验时间／ｓ

图８ ＩＶ实车试验时蒸发器前空调箱壳体内

空气静压力曲线（ｓｅｎｓｏｒ２）

７Ｏ

６Ｏ

５Ｏ

４０

３０

２Ｏ

ｌＯ

Ｏ

图９ ＩＶ实车空调制冷性能测试评估试验曲￣（ｓｅｎｓｏｒ２）

综上可知．在该型汽车的空调系统抗结霜开发

过程中．依据其常规开发流程却出现了零部件级台

架试验和整车级环境模拟风洞试验结果严重不一致

的现象。

４零部件级台架试验和整车级环境模拟风

洞试验等不一致原因分析

图ｌ０是该款空调箱的设计原型剖面图．图ｌ１

是该款空调箱的设计改进型剖面图 两者明显的

设计差异是在吹脸及全冷模式下温度风门的关闭

区域不同 原型空调箱采用平板温度风门和实体

墙接触配合．加热器前没有冷空气流入和热空气

流出：对于改进型空调箱，由于车内空间压缩导致

空调箱壳体在 向被压缩．其蒸发器和加热器之

间的 向距离减小．原型采用的平板温度风门不

能被沿用．否则将与蒸发器发生干涉．因此采用了

蝶形风门．该蝶形风门的后半段堵住加热器加热

后热空气的流出．前半段却未与实体墙接触配合．

导致加热器前有冷空气流入和热空气流出现象。

所以．在吹脸及全冷模式下原型空调箱的ｈｅａｔ

ｐｉｃｋｕｐ（热能回升）将优于改进型空调箱。另一关键

是原型空调箱的ｈｅａｔ Ｄｉｃｋｕｐ基本不会对ＥＡＴ

．

基础研究．

基于结构力识别的车内噪声结构路径贡献量分析

徐猛１，２张俊红１孔传旭２何伟举２翟乃斌ｚ

（１．天津大学内燃机国家重点实验室；２．天津一汽夏利汽车股份有限公司产品开发中心）

★

【摘要】阐述传递路径分析原理及结构力识别的多种估计方法，重点阐明了逆矩阵法载荷识别的原理及其关键

参数（奇异值阈值１的意义。通过应用实例介绍传递路径分析的具体步骤，对比不同奇异值阈值的载荷力识别结果，并

经测试得到传递函数，同时分析关键转速下各路径对车内噪声的贡献量。结果表明，车内１５０Ｈｚ噪声主要由后悬置

Ｚ向路径引起：贡献量过大由载荷过大导致．而不是激励路径放大引起的。

主题词：车内噪声传递路径分析结构力识别

中图分类号：Ｕ４６７．４文献标识码：Ａ文章编号：１０００—３７０３（２０１３）１２—００２８—０４

Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｐａｔｈ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ

Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｎｏｉｓｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｆｏｒｃｅ Ｉｄｅｎｔｉｉｃａｔｉｆｏｎ

Ｘｕ Ｍｅｎｇ ｌ＿，Ｚｈａｎｇ Ｊｕｎｈｏｎｇ ，Ｋｏｎｇ Ｃｈｕａｎｘｕ２，Ｈｅ Ｗｅｉｊｕ ，Ｚｈａｉ Ｎａｉｂｉｎ

（１．Ｓｔａｔｅ ｋｅｙ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｓ，Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ；２．Ｔｉａｎｊｉｎ ＦＡＷ Ｘｉａｌｉ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ＣＯ．，ＬＴＤ Ｒ＆Ｄ Ｃｅｎｔｒｅ）

【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｎｏｉｓｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｐａｔｈ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｍａｎｙ ｆｏｒｃｅ ｉｄｅｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｉｎ ｐａｒｔｉｃｕｌａｒ ｔｈｅ

ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｉｎｖｅｒｓｅ ｍａｒｘ ｌｏａｄ ｉｄｅｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｃｅ ｏｆ ｉｔｓ ｋｅｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ（ｓｉｎｇｕｌａｒ ｖ￣ｕｅｓ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｖａｌｕｅ）ａｒｅ

ｅｌａｂｏｒａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｎ ｗｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｔｈｅ ｓｔｅｐｓ ｏｆ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｐａｔｈ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎ ｄｅｔａｉｌｓ ｗｉｔｈ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｅｘａｍｐｌｅｓ，ａｎｄ

ｃｏｍｐａｒｅ ｌｏａｄｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｓｉｎｇｕｌａｒ ｖａｌｕｅ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｖａｌｕｅ，ａｎｄ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ

ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｅｓｔ，ｗｅ ａｌｓｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｒｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ａｌｌ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｐａｔｈｓ ｔｏ ｉｎｔｅｒｉｏｒ ｎｏｉｓｅ ａｔ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｓｐｅｅｄｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ

ｔｈａｔ ｔｈｅ １５０Ｈｚ ｉｎｔｅｒｉｏｒ ｎｏｉｓｅ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｂｙ ｒｅａｒ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ Ｚ－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｐａｔｈ；ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｉｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ

ｏｖｅｒｌｏａｄｉｎｇ，ｎｏｔ ｂｙ ｅｎｌａｒｇｅｄ ｅｘｃｉｔｉｎｇ ｐａｔｈ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｉｎｔｅｒｉｏｒ ｎｏｉｓｅ，Ｔｒａｎｓｆｅｒ ｐａｔｈ ａｎａｌｙｓｉｓ，Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｆｏｒｃｅ ｉｄｅｎｔｉｉｃａｔｉｆｏｎ

１前言

传递路径分析技术是解决车辆ＮＶＨ问题的重

量大小．为针对性的解决车辆ＮＶＨ问题提供依据．

在国、内外得到广泛的研究与应用［２－７］。而在传递路

径方法应用中．载荷力的精度是传递路径分析优劣

的关键因素 在多种辨识载荷力方法中，逆矩阵法

由于考虑各个路径之间的耦合．且通过奇异值分解

技术获取超定方程的最小二乘解．因此辨识精度较

高．但载荷识别中合适的奇异值与条件数对结果影

要方法。整车振动噪声响应可以看作是由多个激励

源通过不同路径的衰减而传递到响应点的矢量叠

；￣ｔｌｔｌｌ。传递路径方法通过建立激励源、传递路径与响

应的模型．可得到不同激励源和路径对响应的贡献

｛基金项目：国家自然科学基金（基金编号：２Ｏ１２ＡＡ１１１７０６４）。

参考 文 献

Ａｐｐｌｉｅｄ Ｔｈｅｒｍ Ｅｎｇ，２００４，（２４）：７５９－７７６１．

５ Ｋａｒｉｍ Ｊ．Ｎａｓｒ，Ｂａｓｈａｒ ＡｂｄｕｌＮｏｕｒ．Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ

ｏｆ ａ Ｖｅｈｉｃｌｅ’Ｓ Ｗｉｎｄｓｈｉｅｌｄ Ｕｓｉｎｇ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ．ＳＡＥ Ｎｏ．

２００２—０１—０２２１．

１ 周健．邢小邗．基于平行流蒸发器结霜问题的试验研究及

解决方案．汽车电器，２０１１，（０７）：２３ ２６．

２李夔宁，廖强，吕妮娜，等．汽车空调温度传感器位置

及控制参数优化研究．汽车工程，２００７，２９（２１）：１００２～

１００４．

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析和实验研究．低温工程．２００３．１３３（０３）：４９ ５３．

３仲华，唐双波，陈芝久。等．轿车空调蒸发器除霜实验研究．

流体机械，２００１，２９（０１）：４４～４６．

４ ＴＵＳＨＡＲ ＫＵＬＫＡＲＮＩ．ＢＵＬＬＡＲＤ ＣＬＡＲＫ Ｗ．ＫＥＵＭＮＡＭ

ＣＨＯ．Ｈｅａｄｅｒ ｄｅｓｉｇｎ ｔｒａｄｅｏｆｆｓ ｉｎ ｍｉｃｒｏ ｃｈａｎｎｅｌ ｅｖａｐｏｒａｔｏｒｓ．

一

７马骏．汪晓钧．邹宗峰．变排量汽车空调系统结霜试验研究．

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（责任编辑帘青）

修改稿收到日期为２０１３年９月１ Ｅｔ

汽车技术

２８一