一種基于PLC的汽車空調循環智能控制系統的研究

韓敬賢 高悅

安徽糧食工程職業學院機電工程系 安徽省合肥市 230013

隨著自動控制技術的進步，汽車上很多功能實現了智能化控制，比如：自動泊車、自動雨刮、自感應大燈等。汽車空調也開始進入自動空調的時代，但目前，自動空調僅是通過控制壓縮機啟停和風機風量大小來進行調節汽車內的空氣溫度，汽車空調的內外循環仍然主要是手動按鈕控制。汽車空調循環智能控制系統的研究針對的就是汽車空調內外循環的自動控制，該研究項目已列入2017年安徽高校省級科學研究項目。

1 汽車空調內外循環對于汽車空調的效能和車內空氣質量的影響

汽車空調內外循環對于汽車空調的效能和車內空氣質量均有較大的影響，主要影響有以下方面：

（1）當車外溫度大于車內溫度，空調處于制冷狀態時，車內循環工況比車外循環工況制冷效果好；當車外溫度小于車內溫度，空調處于制冷狀態時，車外循環工況比車內循環工況制冷效果好；

（2）當車外溫度大于車內溫度，空調處于制熱狀態時，車外循環工況比車內循環工況制熱效果好；當車外溫度小于車內溫度，空調處于制熱狀態時，車內循環工況比車內循環工況制熱效果好；

（3）當車外CO濃度大于車內CO濃度時，應當開啟車內循環工況，阻止車外CO進入車內，防止污染車內空氣；當車內CO濃度大于車內CO濃度時，應當開啟車外循環工況，將車內的CO迅速排出車內，引入車外新鮮空氣，改善車內空氣質量。

（4）車輛長時間閉窗駕駛，車內乘員呼吸造成的車內的二氧化碳濃度升高，容易讓駕駛員產生倦意，影響駕駛安全。

（5）當車外空氣中PM2.5濃度大于車內空氣PM2.5濃度時，應當開啟車內循環工況，防止車外空氣污染車內空氣；當車內PM2.5濃度大于車外PM2.5濃度時，應當開啟車外循環工況，引入車外新鮮空氣，降低車內PM2.5濃度，改善車內空氣質量。

2 系統的組成

汽車空調循環智能控制系統由檢測裝置、處理器和執行裝置3部分組成。

2.1 檢測裝置

系統工作開關、車外溫度傳感器、車內溫度傳感器、車外CO濃度傳感器、車內CO濃度傳感器、車外CO2濃度傳感器、車內CO2濃度傳感器、風量調節旋鈕、溫度調節旋鈕、空調壓縮機控制開關；

2.2 處理器

汽車空調循環智能控制系統中央處理器、自動空調控制模塊；

2.3 執行裝置

車外車內循環控制切換開關、系統工作指示燈、報警燈、蜂鳴報警器、HMI顯示屏；

將以上所有元件進行整合，做出實物如圖1所示。

圖1 組裝完畢模擬實驗平臺

3 工作原理

汽車空調循環智能控制系統結構示意圖如圖2所示，汽車空調循環智能控制系統工作流程圖如圖3所示。系統在工作過程中，采用汽車電瓶12V直流電源，利用DC-AC逆變電源轉220V交流電或利用DC-DC直流升壓模塊轉24V直流電給供控制器單元供電。

通過圖2和圖3，可以簡述一下汽車空調循環智能控制系統工作原理：

3.1 系統開啟

按下系統開關，旋轉空調風量調節旋鈕，空調循環智能控制系統開啟。

3.2 系統工作

溫度調節旋鈕提供溫度信號作為系統控制的目標值，車內外的CO濃度傳感器、CO2濃度傳感器、PM2.5濃度傳感器、溫度傳感器分別提供汽車空調循環智能控制系統中央處理器所需的各類信號。

圖2 汽車空調循環智能控制系統結構示意圖

圖3 汽車空調循環智能控制系統工作流程圖

空調壓縮機控制開關打開，該系統進入制冷狀態下的控制模式；空調壓縮機控制開關關閉，該系統進入制熱或自然進風狀態下的控制模式。

圖4 實驗結果

結合車內空氣質量對車內人員的影響，可以通過軟件程序控制，設定各個子程序的優先級別：CO濃度＞CO2濃度＞PM2.5濃度＞溫度。另外，由于CO濃度極有可能威脅人的生命安全，因此，特設定CO濃度報警裝置，通過危險顯示燈和蜂鳴器進行報警。

3.3 系統關閉

按下系統關閉開關，空調循環智能控制系統關閉。恢復到原車手動模式。

3.4 系統調試

利用PLC配套的STEP 7-MicroWIN S軟件進行編程，并將程序下載至PLC后進行調試，實驗結果滿足設計前的需求。其實驗結果如圖4所示。

4 可擴展功能

再此系統的基礎上，可以對其后期進行功能的擴展，比如：在CO濃度過高時，可以連接移動網絡，時直接撥打報警電話，也可以聯接汽車自動車窗控制模塊，自動降下車窗，強制通風。目前只是利用了PLC的部分簡單控制功能，后續還可以繼續開發。

5 結語

目前，也有廠家技術人員對汽車空調循環系統自動控制系統進行研究，但主要采用工作時間的設定來自動控制內外循環的切換。例如，夏天汽車空調剛開始工作進行制冷，采用空調系統車外循環，在工作幾分鐘后轉為車內循環，再工作1個小時后切換為車外循環，從而改善空氣質量，如此往復。這屬于定時控制，雖然也可起到改善空氣質量的效果，但是不能適時監測，精確控制，而此項目的研究正是為了更好的精確控制車內空氣質量，保障車內成員的身體健康，降低空調能耗，節能減排，同時減輕駕駛人員的工作強度，提升駕駛安全性能。