汽車空調系統電機耐久試驗裝置設計

易俊，李妮妮

(廣州機械科學研究院有限公司，廣東廣州 510700)

汽車空調系統電機耐久試驗裝置設計

易俊，李妮妮

(廣州機械科學研究院有限公司，廣東廣州 510700)

設計一種用于空調系統電機耐久試驗的裝置，該裝置主要由研華USB-4711A數據采集卡及繼電器(電磁繼電器及固態繼電器)組成。采集卡采集與執行電機相連的滑動變阻器的電壓，確定電機的運轉位置，實現電機自動換向，避免電機到極限位置后繼續轉動、碰到限位裝置而被卡住、電流突然增加而燒毀電機的危險。此試驗裝置通過數據采集卡控制固態繼電器，間接控制電磁繼電器通斷。通過合理設置電磁繼電器的接線方式，實現一個電磁繼電器通斷電就可以控制電機正反轉的功能。

電機耐久試驗；數據采集卡；電機自動換向；固態繼電器

0 引言

汽車空調包括內外循環執行器、溫度循環執行器、模式執行器，它們通過各自的電機控制實現空調內、外循環，制冷、制熱及吹臉、吹腳或者除霜等功能。這些功能幾乎在每次開車的時候都會用到，因此對其耐久性進行驗證非常必要。

內外循環執行器的電機一個工作循環為：從內循環到外循環，再反轉到內循環為一個工作循環，溫度循環執行器及模式執行器工作方式基本一致。

1 技術實現

1.1 原理及難點分析

此耐久試驗的難點在于：(1)控制電機的正反轉需要切換電機接線端電壓的極性，如圖1中電機接線端子A6和A22、A4和A20、A5和A21；(2)試驗中需要檢測電機旋轉的位置，使電機旋轉到規定的位置(內、外循環等)時進行換向，電機旋轉過度(極限位置時)就會被限位裝置卡住，電機電流會驟然增加，存在燒毀電機的危險；(3)耐久試驗裝置應能記錄當前電機循環耐久的次數，一旦電機出現故障應能記錄電機發生故障時已經完成的循環數量；(4)達到規定的耐久試驗次數后，裝置能自動斷電；(5)應客戶要求，當電機運行到兩個極限位置時應暫停給定的時間之后，再反向運轉。

對廠家提供的電機參數及其控制部件(見圖1)進行分析發現：(1)此電機有一個滑動變阻器與之相連，圖中最大5 kΩ的滑動變阻器，如果在其兩端(A8和A7端口)加載5 V的電壓，電機運轉過程中信號端電壓變化如圖2所示，當滑動變阻器一部分(A8和A14、A8和A25、A8和A9)之間電壓為0.3 V和4.7 V時，電機正好處于兩個極限位置。通過以上分析，決定采用研華USB-4711A數據采集卡對電機運動位置進行檢測、對電機運動方式進行控制。它具有16個模擬量輸入通道，可使用這些通道采集滑動變阻器一部分的電壓，確定電機的旋轉位置；12 b分辨率保證了高采樣精度的要求；采樣率高達150 kS/s，保證了采樣頻率的要求，防止電機旋轉到極限位置而被卡住的情況；8路DO通道可以輸出0或者5 V電壓，用以控制低壓固態繼電器的通斷電，從而控制電機正反轉。

圖1 電機接線端子定義

圖2 電機運轉過程中信號端電壓變化

1.2 電機自動正反轉實現

繼電器接線示意圖如圖3所示。此次耐久試驗由于需要同時測試2個樣品，每個樣品需要控制3個執行電機，共計6個執行電機均需單獨控制其正反轉。為減少繼電器使用量及接線的簡便性，采用單一繼電器通斷電控制電機正反轉。其接線方式為：如圖3所示，公共端5、6分別接入電機需要的電壓12 V，觸點1、4連接后接電機電源的一端，觸點2、3連接后接電機電源的另一端。當數據采集卡控制固態繼電器為低電平時，繼電器斷電，觸點1、5和2、6為常閉觸點，此時電機右端為正極。當數據采集卡控制固態繼電器為高電平時，繼電器得電，觸點3、5和4、6吸合，此時電機左端為正極。這樣就實現了電機的正反轉控制。

圖3 繼電器接線示意圖

接線示意圖如圖4所示。其工作原理為：電機旋轉過程中，與之相連的滑動變阻器阻值隨之改變，其信號端口A14、A25、A9與接地端口A7之間的電壓也隨之改變；通過研華USB-4711A數據采集卡的AI0、AI1、AI2端口分別采集這3個執行器信號端電壓，確定電機運轉位置。當檢測到任一信號端電壓小于0.3 V時，數據采集卡會控制其對應的輸出端口DO0、DO2、DO4輸出高電平(5 V)，固態繼電器得電，從而與之對應的電磁繼電器KM0、KM2、KM4也得電，控制電機反轉。此時信號端與接地端電阻增大，電壓增大。當數據采集卡檢測到電壓大于4.7 V時，說明電機已經旋轉到極限位置，此時數據采集卡控制其對應的輸出端口DO0、DO2、DO4輸出低電平(0 V)，固態繼電器斷電，從而與之對應的電磁繼電器KM0、KM2、KM4也斷電，控制電機正轉。此時信號端電壓會隨著電機的旋轉而變小，小于0.3 V時重復上述步驟。

1.3 電機運行到兩個極限啟停功能實現

電機運行到兩個極限位置時應暫停，這就需要在電機運行到極限位置時給電機斷電。具體實施方法為：當采集卡采集到的電壓為0.3 V或者4.7 V時控制研華USB-4711A數據采集卡DO1、DO3、DO5端口輸出低電平(電壓在0.3～4.7 V之間時輸入高電平)，同樣DO1、DO3、DO5端口只控制固態繼電器，再控制電磁繼電器。電機的電源線接在電磁繼電器的常開觸點上。DO1、DO3、DO5輸出高電平，固態繼電器導通，與之對應的電磁繼電器KM1、KM2、KM3吸合，常開觸點接觸，電路導通，電機得電運行。DO1、DO3、DO5輸出低電平，固態繼電器斷開，與之對應的電磁繼電器KM1、KM2、KM3也斷開，常開觸點斷開，電路斷開，電機斷電停止運行。當達到規定的暫停時間后，DO1、DO3、DO5輸出高電平，電機得電運行。以此反復，實現預期的結果。

另一個樣品接線方式同此，信號線分別接數據采集卡輸入端AI3、AI4、AI5端口，固態繼電器接數據采集卡輸出端DO6、DO7端口，由于USB-4711A數據采集卡只有8路DO口，故采用第二塊USB-4711A數據采集卡的DO0、DO1、DO2、DO3端口，接線及控制方式同前。

由于數據采集卡輸出端DO最大只能輸出5 V直流電壓，而電磁繼電器一般需要直流12 V、24 V或者交流220 V才可以驅動；而固態繼電器輸入功率小，靈敏度高，控制功率小，最低只需要3 V的直流電壓即可，電磁兼容性好，噪聲低和工作頻率高等，故此處在數據采集卡及電磁繼電器中間采用固態繼電器作為中繼繼電器，以控制電磁繼電器的吸合與斷開。

達到規定的循環次數裝置自動斷電。當數據采集卡DO1、DO3、DO5、DO7及第二塊數據采集卡的DO1、DO3端口一直輸出低電平，電機就會一直處于斷路狀態，試驗自動停止。

1.4 軟件實現

按以上所述完成硬件接線工作(見圖5)，軟件控制界面如圖6所示。接通電源可控制電機正反轉，達到試驗要求，證明了此檢測方法的正確性。

圖5 硬件接線圖

圖6 軟件運行界面

2 結束語

采用 Visual Studio等開發平臺，使用 C#程序開發語言編寫程序。此類平臺運行效率較高，功能豐富，可以隨心所欲地添加需要的功能及模塊。此軟件就添加了端口高低電平的顯示模塊，用以監控電機的正反轉運動狀態及位置狀態。詳細介紹了基于研華USB-4711A數據采集卡控制電機耐久試驗的接線方式及控制原理，以期為其他工程技術人員開發類似功能系統提供參考。

【1】魏長軍，吳青，陳興寶，等.基于工具包的研華PCI_1680通訊卡OPC服務器軟件的實現[J].河南理工大學學報(自然科學版)，2008，27(4):437-439. WEI C J,WU Q,CHEN X B,et al.The Realization of OPC Server for Yanhua PCI_1680 Communication Card Based on the Toolkit[J].Journal of Henan Polytechnic University(Natural Science),2008，27(4):437-439.

【2】研華科技.User’s Manual of PCI-1713 Analog Input Card[M].

【3】研華科技.USB-4711_user_manual(CH)[M].

【4】研華科技.USB4711A_User_Interface[M].

【5】陳元琰，鄧宗明，張睿哲，等.Visual C++6.0編程[M].北京:清華大學出版社,2001.

【6】JOHNSONBUGH R,KALIN M.Object-orinented Programming in C++[M].2nd Ed.

【7】曹毅，陳漫.探討研華32位DLL驅動程序[J].自動化技術與應用,2002,21(6):57-59. CAO Y,CHEN M.About the Advantech 32-Bit DLL Driver[J].Techniques of Automation and Applications,2002,21(6):57-59.

【8】李紅霞,曹順安.利用PCL-818HG卡快速開發數據采集軟件的方法[J].工業儀表與自動化裝置,2003(3):51-53.

Design of Automotive Air Conditioning System Motor Endurance Test Device

YI Jun, LI Nini

(Guangzhou Mechanical Engineering Research Institute Co., Ltd., Guangzhou Guangdong 510700,China)

A device was designed for air-conditioning system motor durability test. The device consisted of an Advantech USB-4711A data acquisition card and relays (electromagnetic relays and solid state relays). By detecting the voltage of the sliding rheostat which was connected with the motor, the motor reversing was controlled, to avoid the risk that motor continued to rotate after the limit position, hit the caging device, the current increased suddenly to burn the motor.In the test device, a data acquisition card was used to control the solid state relay,then to control the electromagnetic relay off indirectly. By setting reasonable electromagnetic relay wiring,the function that controlling an electromagnetic relay power can control motor reversing.

Motor durability test; Data acquisition cards; Motor automatic reversing; Solid state relays

2016-05-29

易俊(1988—)，男，碩士，工程師，從事汽車零件檢測、設備開發等工作。E-mail:779066802@qq.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.02.007

U463.85+1

B

1674-1986(2017)02-028-04