卡車空調(diào)動力系統(tǒng)雙模驅(qū)動改造研究

中圖分類號：463 DOI：10.20042/j.cnki.1009-4903.2025.02.006

Abstract：Toadresstheenergywasteniseandvibratiocausedbytraditioaltruckaironditioingsystemsthatrequirecotinuous engine operation duringparking，this study proposesadual-mode drive retrofit solution.Byembedingapermanent magnet synchronousmotor （PMSM）moduleintotheoriginalbelt-drivencompressor，thesystemachievesseamlesswitchingbetween engine-drivenoperationduringtraveland grid-poweredoperationduringparking.Comparedtotheconventional“dual-system paralelappoach”hiivosistalnndioalstandaleparkingioditiongstem，tisetrofitinimstructural modificationstotheriginalvehicleeusesmostexistingcomponentseducescostsandsimplfiesperatioalproceduresthough centralizedcontrol.Experimentalresultsdemonstratethattheretrofitddual-modedrivesystemexhibitssignificantadvantagesin energyeficncyuseromfortandotfetivenss，tuhitngteelabiteesfurtlidatioisoide anfficientandpracticaltechnicalpathwayforupgradingtruckairconditioningsystems，withbroadmarketapplicationpotential. Keywords：Truckairconditioning;Beltdrivencompressor;Mechanicallydriven;Electricallydriven；Dual-modedrivesystem

0 前言

隨著汽車工業(yè)技術(shù)發(fā)展和用戶對舒適性需求的提升，車載空調(diào)早已從選配演變?yōu)檐囕v核心子系統(tǒng)，空調(diào)在調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度、濕度，過濾空氣雜質(zhì)等方面的作用愈發(fā)凸顯，極大地提升了駕乘舒適性。特別是在極端氣候條件下，不僅關(guān)乎駕乘體驗，更直接影響到駕駛安全與工作效率[。

對于卡車，尤其是特種車輛，在駐車工況下對空調(diào)制冷有著特殊且普遍的需求。市面上汽車空調(diào)多為皮帶驅(qū)動（部分為電機驅(qū)動一一編者注），駐車時受限于發(fā)動機停機即空調(diào)停止運行的固有特性，迫使駕駛員不得不維持發(fā)動機運轉(zhuǎn)，這不僅使制冷效果難以達到理想狀態(tài)，而且還浪費能源，同時發(fā)動機噪聲和車身振動也影響著車內(nèi)乘員的休息和工作體驗。對此，當(dāng)前市場應(yīng)對車輛駐車制冷需求主要采用“雙系統(tǒng)并行”方案，即在原車空調(diào)基礎(chǔ)上加裝頂置獨立空調(diào)或家用變頻空調(diào)2。然而此類方案存在諸多弊端，即：頂置空調(diào)占用駕駛室天窗，增加車輛風(fēng)阻系數(shù)，降低燃油經(jīng)濟性，且維護保養(yǎng)不便；而家用空調(diào)故障率高，占用空間，可靠性和耐久性也欠佳。這些技術(shù)瓶頸催生了對傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)進行創(chuàng)新性改造的迫切需求。

本研究提出的空調(diào)動力系統(tǒng)雙模驅(qū)動改造方案，是基于壓縮機功能的拓展，即在保留原皮帶驅(qū)動架構(gòu)的同時嵌入永磁同步電機驅(qū)動模塊，使得壓縮機在發(fā)動機停機時可切換至電機驅(qū)動模式工作。這種既可帶驅(qū)也能電驅(qū)的壓縮機，稱為雙驅(qū)壓縮機或雙模壓縮機。通過集成電機驅(qū)動模塊與機械驅(qū)動系統(tǒng)的協(xié)同控制機制，實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)在行車/駐車工況下的無縫切換，行車時借發(fā)動機動力驅(qū)動空調(diào)，駐車時通過市電或上裝電源驅(qū)動空調(diào)，實現(xiàn)全工況下的高效制冷，克服現(xiàn)有空調(diào)的局限性，為卡車空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化升級提供一種可行、經(jīng)濟的解決方案。

1雙模驅(qū)動系統(tǒng)的原理

在對原車空調(diào)動力系統(tǒng)開展雙模驅(qū)動改造進程中，將原帶驅(qū)壓縮機置換為雙模壓縮機。如圖1所示，改造后的系統(tǒng)依托控制中樞，能夠根據(jù)車輛運行狀態(tài)控制雙模壓縮機的模式切換。當(dāng)車輛在行車狀態(tài)下，系統(tǒng)自動選擇機械驅(qū)動模式，利用車輛行駛過程中的機械能驅(qū)動壓縮機運轉(zhuǎn)；而在駐車狀態(tài)下，若檢測到有市電接入，控制中樞即刻切換至電機驅(qū)動模式；若無市電輸入，系統(tǒng)依然維持機械驅(qū)動模式，以保障空調(diào)系統(tǒng)在不同工況下均能穩(wěn)定運行。

對比當(dāng)前市場“雙系統(tǒng)并行”方案，雙模驅(qū)動改造對原車結(jié)構(gòu)改動小，布局相對集中緊湊；可復(fù)用原車空調(diào)大部分部件，不僅節(jié)約成本，還能降低故障發(fā)生率。而“雙系統(tǒng)并行”方案結(jié)構(gòu)復(fù)雜、部件多，造成可靠性下降。此外，雙模驅(qū)動系統(tǒng)可根據(jù)車輛工況和需求精準切換驅(qū)動模式，操作控制簡單；而“雙系統(tǒng)并行”方案則需要操作2套獨立的控制系統(tǒng)，造成使用不便。對比原車空調(diào)，雙模驅(qū)動改造可避免發(fā)動機長時間運行，延長發(fā)動機使用壽命。

2雙模壓縮機結(jié)構(gòu)及性能優(yōu)勢概述

2.1外觀結(jié)構(gòu)

相較于原車帶驅(qū)壓縮機，雙模壓縮機的體積更大、長度更長（如圖2），這主要是由于其內(nèi)部增添了電驅(qū)模塊，外部集成了電控模塊。同時，雙模壓縮機的皮帶輪尺寸相對減小，通過增大傳動比，充分發(fā)揮壓縮機高轉(zhuǎn)速的優(yōu)勢，使壓縮機在常用轉(zhuǎn)速下高效運行，進而延長使用壽命。在進排氣口設(shè)計方面，原車帶驅(qū)壓縮機采用螺紋接頭型式，而雙模壓縮機則為壓板式進排氣口，這種設(shè)計使得安裝過程更為簡便快捷。

2.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

雙模壓縮機內(nèi)部運用渦旋式結(jié)構(gòu)對制冷劑進行壓縮（如圖3），其主要構(gòu)成部件包括皮帶輪、離合器、殼體、轉(zhuǎn)子、定子、靜渦盤以及動渦盤等。在外部結(jié)構(gòu)上，雙模壓縮機依舊保留皮帶輪，借助發(fā)動機帶動皮帶實現(xiàn)動力傳輸；而內(nèi)部則采用永磁同步電機，依靠市電提供驅(qū)動力。無論是皮帶輪還是電機，均可驅(qū)動壓縮機的主軸，進而帶動動渦盤旋轉(zhuǎn)，以此實現(xiàn)對制冷劑的壓縮操作。低壓氣態(tài)制冷劑從靜渦盤的外部被吸入，動渦盤隨著主軸做公轉(zhuǎn)運動；在此過程中，制冷劑在動靜渦盤所形成的月牙形空間內(nèi)被壓縮，經(jīng)壓縮后成為高壓氣態(tài)制冷劑，從靜渦盤中心排出，隨后離開壓縮機，進入冷凝器。

2.3性能優(yōu)勢

與原車帶驅(qū)壓縮機相比，雙模壓縮機采用動、靜渦盤相互嚙合的方式壓縮氣體，壓縮過程不僅更為連續(xù)和平穩(wěn)，而且運行時壓縮振動小、噪聲低，能為系統(tǒng)提供更穩(wěn)定的制冷量；同時，因內(nèi)部泄漏量小，雙模壓縮機容積效率可達 90% 以上，在壓縮效率方面表現(xiàn)更為出色。原車帶驅(qū)壓縮機為斜盤式壓縮機，其活塞、連桿等部件在高速往復(fù)運動過程中磨損較為嚴重。而雙模壓縮機的動、靜渦盤之間相對滑動速度低、磨損小，故而在使用壽命上更具優(yōu)勢。

2.4雙模壓縮機試驗項目

相較于原車帶驅(qū)壓縮機，雙模壓縮機增添了電驅(qū)模塊和電控模塊，這使得試驗項目有所增加。除常規(guī)測試項目，如性能、耐腐、耐壓、耐久和耐振動試驗等之外，新增項目涵蓋耐電壓波動、電磁兼容性、外殼防護等級以及驅(qū)動控制器相關(guān)的試驗項目等。經(jīng)試驗驗證，雙模壓縮機在常規(guī)項目上的表現(xiàn)均優(yōu)于原車帶驅(qū)壓縮機，新增項目也均滿足指標要求。

3系統(tǒng)臺架試驗

在完成空調(diào)動力系統(tǒng)的雙模驅(qū)動改造后，開展空調(diào)系統(tǒng)臺架試驗。嚴格遵循行業(yè)標準所規(guī)定的試驗方法，并將其制冷量與原車空調(diào)制冷量進行對比。試驗結(jié)果表明，在機械驅(qū)動模式下，雙模驅(qū)動系統(tǒng)的制冷量與原車空調(diào)基本相當(dāng)；而在電機驅(qū)動模式下，雙模驅(qū)動系統(tǒng)的制冷量較原車空調(diào)高出約 10% 。

4整車降溫試驗

4.1降溫試驗結(jié)果

對改造后的雙模驅(qū)動系統(tǒng)開展整車降溫試驗，試驗車型選用在產(chǎn)批量車，其駕駛艙內(nèi)容積約 6m³ 。在整車環(huán)境模擬實驗室中，模擬行業(yè)標準規(guī)定的環(huán)境條件：環(huán)境溫度 35^°C ，太陽輻射 ，相對濕度 40% 。先對車輛進行 90min 預(yù)熱升溫，之后開始測試。雙模驅(qū)動系統(tǒng)測試2個工況下的降溫性能，分別為機械驅(qū)動模式與電機驅(qū)動模式。在機械驅(qū)動模式下，發(fā)動機轉(zhuǎn)速設(shè)定為 1200r/min ，冷凝器依靠自帶風(fēng)機散熱，風(fēng)速 ≥5m/s; 而電機驅(qū)動模式下，不啟動發(fā)動機，僅供應(yīng)市電。試驗時，安排2名試驗人員進入車內(nèi)，緊閉駕駛室門窗，將空調(diào)打開并置于最大制冷模式，開啟內(nèi)循環(huán)，并選取吹面模式，試驗時間為 30min 。測試所用儀器有風(fēng)速儀、多點溫度計等。測溫點涵蓋主副駕出風(fēng)口、主副駕頭部、回風(fēng)口以及環(huán)境溫度。試驗結(jié)果見下表1和表2。

4.2試驗結(jié)果分析

原車空調(diào)動力系統(tǒng)經(jīng)雙模驅(qū)動改造后，在最大制冷模式下，其制冷效果滿足指標要求。在機械驅(qū)動模式下，與原車空調(diào)的降溫效果相近；而在電機驅(qū)動模式下，降溫效果相較于機械驅(qū)動模式更優(yōu)，制冷效果也比原車空調(diào)更好。因電機驅(qū)動模式的供電來源為市電，并非車輛蓄電池，所以無需擔(dān)憂系統(tǒng)續(xù)航時間。故本研究未對系統(tǒng)耗電量進行測試。

5 結(jié)論

在對原車空調(diào)動力系統(tǒng)實施雙模驅(qū)動改造后，該系統(tǒng)成功具備了在行車與駐車2種工況下的制冷能力。此改造方案充分利用了原車空調(diào)的大部分零部件，對原車結(jié)構(gòu)的改動幅度小，具有顯著的方案優(yōu)勢與較高的可行性。歷經(jīng)多輪試驗與對比分析，結(jié)果表明雙模驅(qū)動空調(diào)系統(tǒng)展現(xiàn)出良好的制冷效果，滿足預(yù)期的設(shè)計要求。然而，鑒于目前雙模壓縮機在市場上的應(yīng)用案例相對較少，其可靠性和耐久性仍有待進一步驗證，以確保能夠適應(yīng)惡劣工況下的實際應(yīng)用，并充分滿足市場的多元化需求。

隨著技術(shù)的持續(xù)優(yōu)化和改進，相信經(jīng)過雙模驅(qū)動改造后的空調(diào)系統(tǒng)將更加契合市場需求，為用戶提供更為優(yōu)質(zhì)的舒適性體驗，在相關(guān)領(lǐng)域發(fā)揮更大的應(yīng)用價值。

參考文獻

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