客車車窗加熱系統研究及應用

夏正強

客車車窗加熱系統研究及應用

夏正強

（金龍聯合汽車工業（蘇州）有限公司豪華車技術部，江蘇蘇州 215026）

介紹客車車窗加熱系統的定時加熱控制及應用，闡述該系統的工作原理、基本組成及不同的控制方式。

客車；車窗加熱；定時控制

客車作為公共交通運載工具，其安全性要求不斷提高。在遇到風霜雨雪的日子里，客車駕駛員最為煩惱的恐怕是視線不清的問題，不良天氣乘坐過大巴車的人都有過印象：車窗上霧汽朦朧，車外一片混沌，駕駛員為了看清路況，不時騰出手來，拿抹布檫幾下前擋或側窗。這種行為潛伏著極大的安全隱患，若不檫，駕駛員看不清道路狀況，同樣充斥著危險。

如果給車窗裝上電加熱絲，就能解決這個問題。僅僅給車窗進行加熱，一般設計只是用一個翹板開關接通或斷開電熱絲電源，這種方式簡單，但存在安全隱患。當駕駛員接通開關對車窗進行加熱后，事后往往會忘記斷開電源，這樣電熱絲一直處于通電狀態。車窗電熱絲功率一般在150～200 W，如此大的功耗既浪費能源，又有發熱起火的潛在危險。曾經在某地就發生過此類故障引起的燒車事故，幸虧駕駛員處置得當，及時停車斷開了總電源，并疏散乘客，才避免事故進一步擴大。

1 控制器控制加熱

鑒于以上情況，筆者考慮采用定時控制的策略。經過試驗，得出一個相對合理的加熱時間，既可以在這個時間段有效除霜除霧，又可以避免加熱回路過熱引發事故，最終確定一次最長加熱時間為60 min。按此思路，首先需要開發一款控制器，加上外圍電路，形成既節約能源，又減少安全隱患的車窗加熱控制系統。

加熱控制器及接線如圖1所示。電源經電源總開關通過插件接到加熱控制器。加熱控制開關是帶回位功能的三位開關，也連接到控制器。加熱控制器輸出電流到車窗加熱絲。該控制器具有定時功能，接通加熱開關，加熱器開始加熱；斷開開關，加熱器斷電停止加熱。一次接通開關而不斷開，加熱器保持連續加熱60min，然后控制器自動斷開電源。如果60min后駕駛員需要繼續加熱，可以再次按下加熱開關。這樣就可以避免長時間加熱，導致線路過度發熱。如果駕駛員認為加熱時間不需要60min，比如30min時達到除霜除霧的效果，駕駛員可以通過開關斷開電源。

圖1 車窗加熱控制器及接線示意圖

車窗加熱控制器電路由4個部分組成，分別是：電源模塊部分（過壓保護電路），加熱控制模塊部分（過流保護電路），CPU控制模塊部分（延時控制電路），開關控制接口模塊部分。其電路組成如圖2所示。

1.1 電源部分（過壓保護電路）

電源部分電路如圖3所示。當電壓達到42V時，D6、D7、D8二極管導通，接著Q3導通，Q1和Q2截止，電源關閉，起到過壓保護作用。同時通過Q4送一個過壓信號到CPU U3的OV端，U3同時輸出一個控制信號CONL，使得Q5、Q6、Q7導通，從而繼電器K1線圈得電而斷開繼電器觸點，導致加熱絲電源關閉。

1.2 過流保護電路

過流保護電路見圖4。電流經過RA1進行電流檢測，當電流增大時，通過電流檢測放大器U2輸出的ADC電壓隨之增高，CPU的12腳接收到此電壓信號后，CPU進行采樣并控制輸出電壓。

圖2 車窗加熱控制器電路組成圖

圖3 電源部分電路

圖4 過流保護電路

1.3 CPU控制部分（延時控制電路）

CPU控制電路見圖5。CPU采用單片機12C5404AD，其主要功能用來控制電壓和電流輸入過高時，對電壓電路進行保護。同時也有定時保護功能，目前時間設定60min，60min后自動切斷電源。

圖5 CPU控制電路

1.4 開關控制接口部分

開關控制接口電路見圖6。開關控制信號分別經過TJC3－03A的1、2腳，經D13和D15穩壓后，由Q9、Q10給CPU的15、16腳輸入控制信號，經CPU處理后，控制加熱器電源的開和關。

在實際應用中，為減輕駕駛員的操作，并充分發揮控制器的作用及加熱裝置的協同性，可以考慮將駕駛員側窗、前擋及后視鏡加熱電路整合在一起；除了駕駛員窗電熱絲功率大外，前擋電熱絲單邊功率一般也有150～200 W，所以需要通過繼電器轉換控制，如圖7所示。

圖6 開關控制接口電路

2 CAN總線模塊控制加熱

如果整車應用了CAN總線模塊，車窗加熱的控制則可通過CAN總線實現，控制程序就更為簡單方便了，不但加熱裝置的控制組合及線路設計更為容易，而且還可通過編程靈活設定連續加熱時間。CAN模塊控制車窗加熱系統原理見圖8。加熱邏輯控制程序如圖9所示。

圖8所示仍然是一個開關同時控制幾個加熱裝置，在電源總開關接通的前提下，接通加熱開關，經模塊程序處理并定時控制，輸出加熱電源到加熱裝置。斷開電源總開關或加熱裝置開關，經模塊復位程序處理，斷開加熱電源，停止加熱裝置工作。如果希望幾個加熱裝置相互獨立工作，例如駕駛室窗及后視鏡和前擋分開控制，可以在圖8的基礎上增加一個控制開關，如圖10所示。相應的線路設計這里不再贅述。

圖7 車窗加熱系統原理圖

圖9 車窗加熱邏輯控制程序圖

圖10 CAN模塊控制車窗加熱系統原理圖

為達到修改程序的目的，相應邏輯控制程序如圖11所示。考慮到加熱裝置的功率以及CAN模塊針腳輸出能力，該方案將后視鏡及駕駛員側窗為一組，前擋為單獨一組。

兩種不同的應用，分別在A系列和Touring系列車型上驗證并批量裝車，產品已經通過了俄羅斯西伯利亞及北歐地區酷寒氣候的考驗。

圖11 車窗加熱邏輯控制程序圖

［1］夏正強.豪華客車車門控制系統工作原理［J］．汽車電器，2015（3）：5-9.

［2］廈華電子有限公司.加熱器控制盒使用說明［Z］．

［3］夏正強．春蘭NCL系列載貨汽車電氣原理圖［J］．汽車電器，2004（4）：20-24.

［4］Thoreb-ELSY［Z］．

（編輯 心翔）

圖7 開關、模擬信號及狀態指示后面板

參考文獻：

［1］蒲磊.電動汽車試驗臺電機驅動及控制系統技術研究［D］.西安：長安大學，2008.

［2］陳曉明.電動汽車試驗臺測控系統研究與開發［D］.西安：長安大學，2006.

［3］閆亞林.純電動汽車電力驅動測試系統平臺研究［D］.天津：天津職業技術師范大學，2014.

［4］張金美.基于虛擬儀器的電機自動測試系統研究［D］.江蘇：江南大學，2008.

［5］閆亞林，方沂，李小鵬.基于LabVIEW純電動汽車電機空載測試試驗［J］.電子技術與軟件工程，2014（5）：123.

（編輯 楊景）

Research and Application of Window Heating System on Passenger Bus

XIA Zheng-qiang
（Luxury Coach Technical Department，Higer Bus Co.，Ltd.，Suzhou 215026，China）

Thearticleintroducesthetimedwindowheatingsystemonbuses，demonstratingitsworking principle，composition and different controlling processes.

bus；window heating；timing control

U463.835

A

1003－8639（2016）11－0016－04

2016－06－12

夏正強（1970－），男，高級工程師，主要從事汽車電器系統及零部件的設計開發工作。