汽車自動空調(diào)控制系統(tǒng)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(diào)的自動控制技術(shù)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(chǎn)業(yè)應加強轎車自動空調(diào)控制技術(shù)的研究，以提升汽車駕駛的舒適度，增強我國汽車產(chǎn)業(yè)的核心競爭力。文章對微型汽車自動空調(diào)控制系統(tǒng)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(guān)鍵詞：汽車自動空調(diào)；控制系統(tǒng)；人機交互；執(zhí)行驅(qū)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(diào)均為半自動控制或手動控制，其中大多數(shù)為傳統(tǒng)的手動控制系統(tǒng)，其對車內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)主要運用旋鈕開關(guān)來實現(xiàn)，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(nèi)外環(huán)境變化來進行相應調(diào)整。為提升汽車駕駛的舒適度，增強我國汽車產(chǎn)業(yè)的核心競爭力，還應對汽車空調(diào)自動控制系統(tǒng)進行不斷的深入研究。文章對我國某一微型汽車自動空調(diào)控制系統(tǒng)的設計進行了分析。

1 汽車自動空調(diào)控制系統(tǒng)的構(gòu)成

微型汽車自動空調(diào)控制系統(tǒng)主要包括人機交互、執(zhí)行驅(qū)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(jīng)由CNA總線來連接控制芯片。該自動控制系統(tǒng)不僅可進行全自動化的控制模式工作，還可進行傳統(tǒng)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(nèi)溫度、車外溫度、日照強度、車內(nèi)有害物質(zhì)、車內(nèi)濕度、水箱溫度、蒸發(fā)器溫度等環(huán)境參數(shù)，當車內(nèi)有害氣體超標或駕駛?cè)藛T設定的溫度大于或小于車內(nèi)溫度時，系統(tǒng)中的控制芯片會經(jīng)由各驅(qū)動單元來對相應的執(zhí)行機構(gòu)進行控制，并自動調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度、濕度等環(huán)境，而空調(diào)系統(tǒng)各部件狀態(tài)和車內(nèi)環(huán)境各參數(shù)會顯示于液晶顯示模塊上，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 自動空調(diào)控制系統(tǒng)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(zhuǎn)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(tǒng)中的新風、模式以及混合等風門執(zhí)行機構(gòu)的控制信號，至此實現(xiàn)系統(tǒng)控制目的。

2.2 系統(tǒng)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(nèi)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(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)使用由某公司推出的SHT11溫度傳感器，其具有直接輸出數(shù)字量的特點。該系統(tǒng)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(zhuǎn)化為電信號；其二為溫度敏感器，可將溫度轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器中，當數(shù)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(tǒng)空氣質(zhì)量檢查電路

由于車內(nèi)的各種有害氣體會對駕駛?cè)藛T的身體健康造成影響，因此需對車內(nèi)各種有害氣體進行檢測，以及時對車內(nèi)通風換氣進行相應調(diào)節(jié)，確保車內(nèi)空氣質(zhì)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(tǒng)鼓風機控制電路

在汽車自動空調(diào)控制系統(tǒng)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(diào)節(jié)作用，則還需合理調(diào)整直流電機轉(zhuǎn)速，本文中對電機轉(zhuǎn)速的控制方法為脈寬調(diào)制法。在其輸出脈寬調(diào)制信號后，再通過驅(qū)動芯片來對轉(zhuǎn)速進行控制，從而達到調(diào)節(jié)風力的作用。

2.5 系統(tǒng)風門驅(qū)動控制電路

在汽車空氣自動控制系統(tǒng)的風門驅(qū)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(xiàn)相應的調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)對冷熱風比例的改變，起到調(diào)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(nèi)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(gòu)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(diào)節(jié)要求的異常現(xiàn)象時，可通過控制指令對其實行相應調(diào)節(jié)，使其恢復設定要求。

3 自動空調(diào)控制系統(tǒng)的軟件設計分析

本文中研究系統(tǒng)程序編寫主要以C語言為主，其對軟件的升級維護和調(diào)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(shù)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(tǒng)在初始化后，會對車內(nèi)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(nèi)各項實時參數(shù)與駕駛?cè)藛T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(diào)節(jié)，并驅(qū)動相應的執(zhí)行機構(gòu)。

4 實驗結(jié)果

本文研究系統(tǒng)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(nèi)乘坐5人，試驗結(jié)果如表1顯示。從試驗各項數(shù)可得出，對車內(nèi)溫度可起到較好的控制效果。

5 結(jié)語

自動空調(diào)控制系統(tǒng)是衡量現(xiàn)代汽車舒適度的標準之一，也是現(xiàn)代汽車空調(diào)控制技術(shù)進步的重要標志，因此目前國內(nèi)外均對該項技術(shù)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(diào)控制系統(tǒng)的設計為研究對象，對微型汽車的自動控制系統(tǒng)進行了更為深入的研究與設計，以期為我國汽車自動空調(diào)控制系統(tǒng)技術(shù)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(zhì)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(zhì)量管理。

（責任編輯：周 瓊）