汽車自動空調控制系統研究與開發(fā)

鄭雅蘭 張小燕

摘要：目前我國大部分轎車空調的自動控制技術較為落后，大多處于半自動狀態(tài)或手動狀態(tài)。因此，我國汽車產業(yè)應加強轎車自動空調控制技術的研究，以提升汽車駕駛的舒適度，增強我國汽車產業(yè)的核心競爭力。文章對微型汽車自動空調控制系統的研究與開發(fā)進行分析，以期為廣大汽車企業(yè)提供有效性參考。

關鍵詞：汽車自動空調；控制系統；人機交互；執(zhí)行驅動；傳感器；控制芯片 文獻標識碼：A

中圖分類號：U463 文章編號：1009-2374（2016）06-0017-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.06.009

目前，我國汽車空調均為半自動控制或手動控制，其中大多數為傳統的手動控制系統，其對車內溫度的調節(jié)主要運用旋鈕開關來實現，因此存在降低汽車動力性能、控制精度不高、增加能源耗損等缺點，且其檢測功能低下，難以充分按照車內外環(huán)境變化來進行相應調整。為提升汽車駕駛的舒適度，增強我國汽車產業(yè)的核心競爭力，還應對汽車空調自動控制系統進行不斷的深入研究。文章對我國某一微型汽車自動空調控制系統的設計進行了分析。

1 汽車自動空調控制系統的構成

微型汽車自動空調控制系統主要包括人機交互、執(zhí)行驅動、傳感器、控制芯片四個單元，其中所有執(zhí)行器以及所有傳感器均需經由CNA總線來連接控制芯片。該自動控制系統不僅可進行全自動化的控制模式工作，還可進行傳統的手動控制模式工作。其中在開展全自動化控制模式過程中，傳感器單元會實時監(jiān)測車內溫度、車外溫度、日照強度、車內有害物質、車內濕度、水箱溫度、蒸發(fā)器溫度等環(huán)境參數，當車內有害氣體超標或駕駛人員設定的溫度大于或小于車內溫度時，系統中的控制芯片會經由各驅動單元來對相應的執(zhí)行機構進行控制，并自動調節(jié)車內溫度、濕度等環(huán)境，而空調系統各部件狀態(tài)和車內環(huán)境各參數會顯示于液晶顯示模塊上，系統結構如圖1所示。

2 自動空調控制系統硬件設計分析

2.1 控制芯片設計分析

本文主要研究的控制芯片為PIC18F2480單片機，該單片機會通過處理和轉換傳感器采集到的各種環(huán)境信號，并由其形成對自動控制系統中的新風、模式以及混合等風門執(zhí)行機構的控制信號，至此實現系統控制目的。

2.2 系統溫度檢測電路

五路溫度傳感器，分別為一路搜集蒸發(fā)器溫度、兩路搜集車內濕度、一路搜集車外濕度、一路搜集發(fā)動機水溫，而前四路均使用同一電路結構。本系統使用由某公司推出的SHT11溫度傳感器，其具有直接輸出數字量的特點。該系統控制芯片主要有兩個敏感器：其一為濕度敏感元件，可將濕度轉化為電信號；其二為溫度敏感器，可將溫度轉換為電信號。通過微弱信號放大器將電信號實行放大處理，之后傳入A/D轉換器中，當數字信號在二線串行接口輸出后，再傳輸至芯片的同步串行口。詳細電路連接圖如圖2所示：

2.3 系統空氣質量檢查電路

由于車內的各種有害氣體會對駕駛人員的身體健康造成影響，因此需對車內各種有害氣體進行檢測，以及時對車內通風換氣進行相應調節(jié)，確保車內空氣質量良好。在檢測NOX、CO2等有害氣體時，均需通過專用的氣體傳感器進行檢測。對工作電極以及對電極通過已知電阻進行連接實驗，對該電阻電流進行測量便可準確測量出有害氣體的濃度。該測量過程的電路圖如圖3所示：

2.4 系統鼓風機控制電路

在汽車自動空調控制系統中，主要以直流電機作為鼓風機電機，但要對鼓風機中的風量起到合理調節(jié)作用，則還需合理調整直流電機轉速，本文中對電機轉速的控制方法為脈寬調制法。在其輸出脈寬調制信號后，再通過驅動芯片來對轉速進行控制，從而達到調節(jié)風力的作用。

2.5 系統風門驅動控制電路

在汽車空氣自動控制系統的風門驅動控制中，按照設定溫度以及實際溫度之間的不同，通過開閉混合風門的不同程度可實現相應的調節(jié)，從而實現對冷熱風比例的改變，起到調節(jié)風溫度的作用。由于混合風門與鼓風機同樣需要直流電機進行帶動作用，因此兩者的電路原理和電路大致一樣。在模式風門中主要有除霜、吹腳除霜等五個檔位。而在新風風門中主要有內外循環(huán)及新風三個檔位。由于新風與模式兩個風門均以檔位控制為主，因此兩者均可通過電機對其執(zhí)行機構進行帶動。電機位置信號通過控制芯片采集讀取，在電機位置發(fā)生非調節(jié)要求的異常現象時，可通過控制指令對其實行相應調節(jié)，使其恢復設定要求。

3 自動空調控制系統的軟件設計分析

本文中研究系統程序編寫主要以C語言為主，其對軟件的升級維護和調試較便利，并且具有較強的可讀性。按照其功能劃分，可將其分為參數檢測、鼓風機控制、按鍵檢測等程序，其主程序流程圖詳見圖4。控制系統在初始化后，會對車內溫度、各風門位置、蒸發(fā)器溫度等進行檢測，然后對按鍵值進行掃描，若車內各項實時參數與駕駛人員設定的值存在差異，則可通過對鼓風機子程序以及風門子程序進行相應的調節(jié)，并驅動相應的執(zhí)行機構。

4 實驗結果

本文研究系統的制冷性能通過某汽車進行實車試驗，試驗條件：32℃的氣溫，0.85J/cm2·min的太陽輻射強度，試驗車速控制為80km/h，車內乘坐5人，試驗結果如表1顯示。從試驗各項數可得出，對車內溫度可起到較好的控制效果。

5 結語

自動空調控制系統是衡量現代汽車舒適度的標準之一，也是現代汽車空調控制技術進步的重要標志，因此目前國內外均對該項技術進行不斷研究與創(chuàng)新開發(fā)。本文主要以某微型汽車自動空調控制系統的設計為研究對象，對微型汽車的自動控制系統進行了更為深入的研究與設計，以期為我國汽車自動空調控制系統技術的研究與開發(fā)做出貢獻。

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作者簡介：鄭雅蘭（1987-），女，湖南人，上汽通用五菱汽車股份有限公司助理工程師，研究方向：供應商質量管理；張小燕（1985-），女，廣西欽州人，上汽通用五菱汽車股份有限公司助理工程師，研究方向：供應商質量管理。

（責任編輯：周 瓊）