汽車空調(diào)控制器自動測試系統(tǒng)的設(shè)計

(長江大學(xué)電子信息學(xué)院，湖北 荊州434023）

習(xí)進(jìn)路(北京迪威爾石油天然氣技術(shù)開發(fā)有限公司，北京100085）

以微機(jī)、集成電路、電子控制單元、伺服電機(jī)作為控制源的智能化汽車空調(diào)[1]，其復(fù)雜的電子系統(tǒng)給汽車空調(diào)制造企業(yè)的生產(chǎn)帶來一定難度。老舊的測試系統(tǒng)，其體積龐大、測試流程繁瑣、維護(hù)困難、可靠性差，已難以滿足現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)要求。一套流程科學(xué)、報表規(guī)范、自動化程度高的功能測試系統(tǒng)，既是企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的有力保障，也提高了產(chǎn)品測試的效率。為此，筆者進(jìn)行了汽車空調(diào)控制器自動測試系統(tǒng)設(shè)計研究。

1 汽車空調(diào)控制器原理

汽車空調(diào)控制器結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。控制器的負(fù)載主要包括鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、混合風(fēng)門、模式風(fēng)門、內(nèi)外循環(huán)風(fēng)門、水溫傳感器、陽光傳感器、車內(nèi)溫度傳感器、環(huán)境溫度傳感器、蒸發(fā)器溫度傳感器及汽車后擋風(fēng)玻璃的化霜加熱絲等[2]。

圖1 汽車空調(diào)控制器結(jié)構(gòu)框圖

控制器通過LCD顯示器及鍵盤進(jìn)行人機(jī)交互，通過K線接口實現(xiàn)在線監(jiān)測及故障的在線診斷。控制器以微控器為核心；首先接收人機(jī)接口的指令、采樣各傳感器的數(shù)據(jù)、檢測各個反饋信號；然后通過運(yùn)算處理，輸出相應(yīng)的控制信號；控制鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、除霜裝置及各個風(fēng)門做出相應(yīng)的動作，以實現(xiàn)車內(nèi)環(huán)境、溫度的有效調(diào)節(jié)。

2 汽車空調(diào)控制器的測試原理

控制器的測試原理圖如圖2所示，其中Ux為電壓測試點，Ix為電流測試點，SWx為開關(guān)，Rx為模擬負(fù)載。測試系統(tǒng)必須對控制器的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行模擬，提供控制器運(yùn)行所必需的負(fù)載、控制信號、反饋信號等。通過工控機(jī)發(fā)出測控指令，測試控制器的相應(yīng)輸出，即可判斷控制器的功能模塊是否合格。

圖2 控制器的測試原理圖

2．1 系統(tǒng)模擬控制器運(yùn)行環(huán)境

1）傳感器 汽車所用的溫度傳感器為非線性的負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，陽光傳感器是一個阻值隨光照強(qiáng)度變化而變化的光敏二極管。溫度傳感器及陽光傳感器可以用一固定值的精密電阻來模擬。圖2中的R4、R5、R6、R7、R8分別是對車外溫度傳感器、車內(nèi)溫度傳感器、蒸發(fā)器溫度傳感器、水溫溫度傳感器、陽光傳感器的模擬器件。

2）風(fēng)門伺服電機(jī) 汽車空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)門伺服電機(jī)采用永磁式直流電機(jī)，為減小測試系統(tǒng)的重量體積，便于測試，風(fēng)門伺服電機(jī)采用一大功率電阻來模擬。圖2中控制器接插件11、12引腳用于連接模式風(fēng)門的伺服電機(jī)。當(dāng)12腳輸出高電平而11腳輸出低電平時，伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)；反之，伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)11、12腳同為低電平時，伺服電機(jī)停止運(yùn)動。R9、R10分別作為模式風(fēng)門伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)時的模擬負(fù)載。混合風(fēng)門伺服電機(jī)、內(nèi)外循環(huán)風(fēng)門伺服電機(jī)的模擬方法與上述過程類似。

3）壓縮機(jī)離合器及鼓風(fēng)機(jī)驅(qū)動器負(fù)載模擬 控制器對壓縮機(jī)的啟停控制是通過對壓縮機(jī)的電磁離合器的控制來實現(xiàn)的，因而要測試其驅(qū)動能力，必須對壓縮機(jī)的電磁離合器負(fù)載進(jìn)行模擬。控制器輸出的風(fēng)機(jī)驅(qū)動信號不是用于直接驅(qū)動風(fēng)機(jī)，而是輸出到風(fēng)機(jī)的調(diào)速模塊，由調(diào)速模塊對風(fēng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，因而測試系統(tǒng)要模擬的是風(fēng)機(jī)的調(diào)速模塊。壓縮機(jī)離合器及鼓風(fēng)機(jī)驅(qū)動器負(fù)載均用一個電阻來模擬。

4）車速信號及背光調(diào)節(jié)信號 測試系統(tǒng)中，用20Hz的方波信號來模擬30km／h的車速，用40Hz模擬60km／h，依此類推。用頻率固定為83Hz、占空比從10%～90%可調(diào)的PWM信號來模擬由汽車車身輸出到空調(diào)控制器用于調(diào)節(jié)控制器LCD背光亮度的控制信號。

5）各種反饋信號 反饋信號主要包括混合風(fēng)門位置反饋信號、模式風(fēng)門位置反饋信號、后除霜反饋信號、鼓風(fēng)機(jī)反饋信號。汽車空調(diào)控制器通過對混合風(fēng)門及模式風(fēng)門位置反饋信號的檢測來獲得2個風(fēng)門的開度信息，圖2中通過R17、R18、R19、R20對控制器接插件8腳輸出的5V電壓進(jìn)行分壓來模擬。控制器通過檢測后除霜反饋信號，在LCD顯示器上顯示相關(guān)信息，以便乘駕人員了解控制器的運(yùn)行情況。圖2中通過SW3來加載后除霜反饋信號。鼓風(fēng)機(jī)采用閉環(huán)控制，控制器采樣鼓風(fēng)機(jī)的電樞電流作為反饋信號，通過運(yùn)算比較，以求獲得穩(wěn)定的輸出風(fēng)量。圖2中通過R2、R3對電源電壓分壓以模擬風(fēng)機(jī)的反饋信號。

2．2 系統(tǒng)對空調(diào)控制器的測試

1）LCD顯示及按鍵功能 LCD顯示及按鍵功能的測試原理如圖3所示。控制器在上電之后，會通過診斷接口電路向工控機(jī)發(fā)出一串命令，請求進(jìn)入診斷模式，如果工控機(jī)不予應(yīng)答，則控制器進(jìn)入正常工作模式；如果工控機(jī)在20ms以內(nèi)向控制器發(fā)出允許進(jìn)入診斷模式命令，則控制器進(jìn)入診斷模式。

圖3 LCD顯示及鍵盤功能的測試原理

在空調(diào)控制器進(jìn)入診斷模式后，先操作控制器面板上的某個待測試的按鍵，等待1s后，工控機(jī)通過診斷接口電路向控制器發(fā)送該鍵功能檢測請求命令，待控制器返回所掃描到的鍵值數(shù)據(jù)后，工控機(jī)通過分析返回數(shù)據(jù)，即可判斷該鍵工作是否正常。

在空調(diào)控制器進(jìn)入診斷模式后，工控機(jī)通過診斷接口電路向控制器發(fā)送LCD顯示控制命令，然后通過觀察控制器LCD顯示內(nèi)容即可判斷出該功能模塊正常與否。

2）微電機(jī)驅(qū)動功能 微電機(jī)驅(qū)動功能測試原理如圖4所示。在空調(diào)控制器進(jìn)入診斷模式后，工控機(jī)通過診斷接口電路向控制器發(fā)出命令，令控制器輸出某個待測試電機(jī)的驅(qū)動信號；通過測量模擬負(fù)載上的電壓并與理論值對比，即可判斷出控制器該功能模塊是否合格。

3）傳感器及反饋信號 傳感器及各種反饋信號的測試原理如下：工控機(jī)通過診斷接口電路令控制器工作于診斷模式，并向控制器發(fā)送某傳感器或者反饋信號檢測命令，控制器將把檢測到的數(shù)據(jù)上傳給工控機(jī)，通過比對理論數(shù)據(jù)，從而可以判斷控制器該功能模塊工作是否正常。

圖4 微電機(jī)驅(qū)動功能測試原理

4）靜態(tài)電流 靜態(tài)電流的測試原理如圖5所示。接通控制器的BAT及模擬傳感器負(fù)載，斷開IGN，并通過工控機(jī)令控制器進(jìn)入休眠狀態(tài)。通過測量I1電流并比對理論值即可判斷控制器靜態(tài)電流是否在正常范圍內(nèi)。

圖5 靜態(tài)電流的測試原理

3 系統(tǒng)硬件實現(xiàn)方案

測試系統(tǒng)原理框圖如圖6所示。系統(tǒng)由1臺工控機(jī)、1臺夾具和1塊測試板所組成。

通過夾具將己裝配完工的控制器的接插件引腳信號引到測試板，從而測試板上的模擬負(fù)載、診斷接口電路及PWM信號可直接聯(lián)接到控制器相應(yīng)的接插件引腳，而測試板上的模擬傳感器、模擬反饋信號及電源則由微控器的DO接口經(jīng)開關(guān)量輸出電路來控制其與空調(diào)控制器的接通或斷開。

圖6 測試系統(tǒng)原理框圖

工控機(jī)通過測試板上的診斷接口電路與空調(diào)控制器進(jìn)行通信。以獲取空調(diào)控制器的各種自診斷數(shù)據(jù)，同時控制空調(diào)控制器來完成各種測試過程中所需的動作。

通過測試板微控器對模擬負(fù)載上電壓的采樣來完成對空調(diào)控制器的各種負(fù)載驅(qū)動能力的測試。測試板通過RS232電路與工控機(jī)進(jìn)行通信，測試板將測試過程中的各種數(shù)據(jù)上傳給工控機(jī)，同時工控機(jī)根據(jù)測控程序所設(shè)定好的測試流程控制測試板的相應(yīng)動作。

4 結(jié) 語

闡述汽車空調(diào)控制器的工作原理及測試原理，給出了汽車空調(diào)控制器自動測試系統(tǒng)的設(shè)計方案。該測試系統(tǒng)由工控機(jī)程序來控制測試流程，由測試板來執(zhí)行模擬負(fù)載的加載，工控機(jī)分別接收測試板的測試數(shù)據(jù)和控制器本身的自診斷數(shù)據(jù)。現(xiàn)場實際運(yùn)用表明，該測試系統(tǒng)自動化程度高，測試結(jié)果可靠。

[1]祁山．汽車空調(diào) [M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006．

[2]周齊，李寶成，王勇．淺談汽車空調(diào)系統(tǒng)控制和功能 [J]．城市公共交通，2004（3）：21-23．