汽車空調控制器測試系統的設計

袁體春，翁惠輝

（長江大學電子信息學院，湖北 荊州434023）

汽車空調是改善汽車乘駕環境的功能部件，其控制技術由早期使用手動拉線和真空驅動器的人工控制發展到至今的電動控制。而電動控制包括不考慮外界環境的半自動控制以及考慮外界環境溫度、光照等的全自動控制。日益自動化的汽車空調，其復雜的電子系統和本身功能的復雜性和智能性給汽車空調制造企業的生產質量帶來了一定的困難，老舊的功能測試系統，由于其測試流程繁瑣、體積龐大、可靠性差、維護困難等缺陷，己難以滿足現代企業的生產要求。因此，擁有一套流程科學、報表規范、自動化程度高的空調功能測試系統是企業產品質量有力保障的必要條件。

1 汽車空調控制器的原理

以標致雪鐵龍某一車型的汽車空調控制器為例介紹其控制原理，其結構框圖如圖1所示。控制器主要完成人機交互、與車身控制模塊之間的信息交互以及空調系統控制對象的有效控制。其中人機交互包括按鍵輸入信號和LCD狀態顯示；與車身控制模塊的信息交互包括背光輸入信號、壓縮機開啟請求信號、壓縮機功率請求信號、后除霜請求信號和后除霜狀態反饋信號；空調系統控制對象主要包括內外循環風門、混合風門、模式風門和鼓風機。

圖1 汽車空調控制器結構框圖

該控制器以飛思卡爾8位單片機微處理器為核心，其控制過程如下：單片機根據按鍵狀態、車身的反饋信號和空調本身的控制邏輯，在進行運算處理后輸出相應的控制信號，控制鼓風機風量、壓縮機啟停及各個風門的位置，以實現車內環境、溫度的有效調節。

2 汽車空調控制器的測試原理

由于控制器產品必須在經過嚴格的功能檢測后才能出產銷售，所以必須設計出相應的測試系統來完成空調控制器出廠前的功能測試。而測試系統必須對控制器的運行環境進行模擬，提供控制器運行所必需的電源信號、控制輸出信號、反饋輸入信號以及等效負載等。

控制器的功能測試原理圖如圖2所示，其中電壓測試點用Ui標示，電流測試點用Ii標示，模擬負載用Ri標示，車身交互輸入信號的開斷用SWi標示。

圖2 汽車空調控制器功能測試原理圖

測試系統需要模擬控制器的運行環境，主要包括以下3方面。

2.1 鼓風機驅動器負載模擬

控制器輸出的風機驅動信號不是用于直接驅動風機，而是用來驅動風機的調速模塊，由調速模塊對風機進行驅動，調速模塊的控制信號有PWM控制和直流的線性控制2種，筆者采用的是PWM控制型的調速模塊，其控制頻率為400 HZ，風量檔位對應不同的占空比。所以檢測設備必須對調速模塊的PWM信號的頻率和占空比進行測試。該測試系統中，要模擬的是風機的調速模塊。鼓風機驅動器負載即調速模塊用一個電阻來模擬。

2.2 風門步進電機的模擬

汽車空調系統的風門驅動電機采用的是四相步進電機，為減小測試系統的重量體積，便于測試，風門步進電機采用4個大功率電阻來模擬。圖2中控制器接插件J2－5、J2－6、J2－7、J2－8引腳用于連接內外循環風門的步進電機。當按固定頻率200 Hz、正轉控制時序驅動步進電機時，電機正轉；反之，用固定頻率、反轉時序驅動步進電機時電機反轉。R1、R2、R3、R4分別作為循環風門內部線圈的模擬負載，當J2－5對應的單向輸出控制脈沖為低時，U2電壓為0 V；反之，U2輸出電壓約為電源電壓。混合風門伺服電機、模式風門步進電機的模擬方法類似。

2.3 與車身模塊的交互信號模擬

與車身模塊交互的信號主要有：后除霜反饋信號、鼓風機風速狀態信號、壓縮機請求信號、后除霜請求信號、背光信號以及電源輸入信號。汽車空調控制器通過開關SW1、SW3來模擬車身電源信號的送給，其中V＋，V－是對車身電源信號的模擬 ；控制器通過檢測后除霜反饋信號，在LCD顯示器上顯示相關信息，給乘駕人員提供后除霜的動作信息，圖2中通過SW2來模擬后除霜反饋信號；壓縮機請求信號、后除霜請求信號等的模擬方法類似。

圖3 空調控制器功能測試系統原理框圖

圖4 功能檢測流程圖

3 測試系統硬件實現方案

測試系統原理框圖如圖3所示。測試系統由1臺工控機、1塊測試板和1臺夾具所組成。

通過夾具可以將己裝配完工的控制器的接插件引腳信號直接引到測試板，從而測試板上的模擬負載、診斷接口電路等可直接連接到控制器相應的管腳上，而測試板上的模擬的車身輸入信號則由微控器的普通I／O來控制輸入信號的通斷。

上位機是通過測試板上的診斷接口來實現與空調控制器的實時通信，以此來實現測試過程中空調控制器所需要執行的各種指定動作以及獲取與空調控制器相關對象的狀態數據。

測試板通過RS232電路來完成與工控機的實時通信，測試版完成對模擬負載電壓和電流的測量，并將測試過程中的各種采樣數據上傳給工控機，同時上位機根據程序所設定好的測試流程控制測試板上的各種動作。

4 測試軟件

測試開始后，給控制器上電，并與工控機建立通信連接，通信連接成功后，系統會按照程序預定給操作工發出按鍵檢測命令進行按鍵字符檢測，然后進行LCD檢測和性能檢測。每次測試數據與標準數據對比，如果數值在標準范圍內的話，則判斷控制器合格，打印合格標簽；否則測試結果不合格，測試中止。功能檢測流程如圖4所示。

圖5 上位機界面

5 人機界面

該系統采用Lab View組態軟件作為上位機人機界面開發工具，利用Lab View強大的人機接口功能及搭建積木式的模塊化功能，整個軟件系統可以輕易的實現各種實時信號的輸入采集及對各種輸出信號的控制。軟件具有檢測狀態實時監測，對檢測的狀態用戶可直觀的在監控界面中監視，檢測過程中會進行步驟提示；檢測完成后可以進行標簽打印，并進行合格品與不合格品計數，其人機界面如圖5所示。

6 結 語

筆者設計的測試系統由上位機程序來控制測試流程，由測試板來執行模擬負載的加載，工控機分別接收測試板的測試數據和控制器本身的自診斷數據，自動化程度高，投入生產使用3個月來，運行穩定可靠，達到項目預期要求。

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