混合動力客車空調操縱器的設計

郭文明

（鄭州新基業汽車電子有限公司，河南 鄭州 450001）

為了實現節能減排，減少污染，氣電混合的客車應運而生，其應用在國內各公交線路規模化運行，并達到了節油、降低碳排放量的預期。

根據氣電混合動力客車的雙動力 （發電機或蓄電池）供電方式，而設計的專門用于氣電混合動力客車空調的操縱器，通過與主車發動機狀態的相互檢測，實現空調系統供電來源的自動切換，在不影響乘客舒適度的情況下同時達到既能源節約又環保的效果。

1 總體設計方案與思路

主要控制芯片采用STM8A系列，專門用于滿足汽車應用的特殊需求的8位FLASH微控制器，自帶內部AD轉換，5路10位ADC，用來測量車內環境溫度和空調蒸發芯體溫度，以及對發動機運行狀態的實時檢測。操縱器原理框圖如圖1所示。

圖1 操縱器原理框圖

2 外觀及操作設計

操縱器外觀如圖2所示，按鍵采用輕觸按鍵，手感清晰、按壓力度適中，壽命長高達10萬次。操縱器具有多種工作模式如：自動、制冷、制冷化霜、通風。車內送風模式檔位設定如：自動送風、低速送風、中速送風、高速送風、車內溫度設定等，具有故障運行處理功能以及車內外新鮮空氣循環控制功能。

圖2 操縱器外觀圖

圖3 操縱器供電電路

3 關鍵電路設計

3.1 操縱器供電部分

操縱器供電電路如圖3所示，DC/DC轉換集成電路采用LM2575-5.0，該集成電路只需極少幾個外圍器件即可構成一個高效的穩壓電路，在無需散熱片的情況下即可滿足本控制電路供電需要，節約PCB板空間占用面積，內部集成完善的保護電路，例如：電流限制和熱關斷電路等，根據設計需要還可提供外部控制使能引腳，滿足不同應用的需求。

3.2 發動機工作狀態檢測電路

如圖4所示，為了抑制干擾，發動機工作狀態檢測采用光耦隔離，光耦合器的主要優點是：信號單向傳輸，輸入端與輸出端完全實現了電氣隔離，輸出信號對輸入端無影響，抗干擾能力強，工作穩定，無觸點，使用壽命長，傳輸效率高。采用光耦隔離方式采集發動機工作狀態防止因外部輸入信號干擾引起單片機的誤動作。當原邊檢測到電壓時，副邊將會導通，輸出一個高電平。下拉電阻R8和R10可以有效防止在檢測端懸空時保證其輸出狀態保持為低電平，確保信號的穩定和可靠。

圖4 發動機工作狀態檢測電路

3.3 輸出驅動電路

輸出驅動電路 （圖5）采用高壓高電流的達林頓晶體管陣列ULN2003A，單個芯片集成了7個NPN達林頓管，單個達林頓管的集電極輸出電流可以達到500 mA。內置輸出嵌位二極管，可以有效防止感性負載通斷瞬間的感應電動勢對驅動電路的沖擊。分別控制：壓縮機、冷凝風機、蒸發風機低速、蒸發風機中速、蒸發風機高速、內外循環風、制冷請求等。

圖5 輸出驅動電路

4 軟件設計

該操縱器軟件程序設計包括：按鍵采集、顯示驅動、溫度采集、輸出控制、狀態檢測、故障報警蜂鳴器提示等部分，本文主要討論混合動力車型特有的發動機狀態檢測和切換部分。程序控制流程圖如圖6所示。

圖6 程序控制流程圖

當空調操縱器有制冷請求時，空調操縱器給整車控制器的信號為低電平，整車控制器收到此工作信號后會啟動發動機工作，空調延時10 s工作，實現延時起動功能，減少電氣沖擊。整個制冷過程發動機不停機；當車內環境溫度達到設定溫度值時，空調操縱器給整車控制器的信號為高電平，此時根據混合動力系統要求發動機可以停機，發動機停機后整車控制器給空調的發動機停機信號為高電平，當空調操縱器檢測到該信號后制冷請求輸出24 V高電平，控制怠速的繼電器吸合，實現空調低速通風的功能。當空調離合器工作 （制冷）時，空調操縱器輸出給整車控制器的信號為高電平，整車控制器收到此工作信號 （高電平）后，會調整發動機的工作狀態。

5 結束語

該混合動力空調操縱器采用的是STM8A汽車級單片機控制，抗干擾性能強，可靠性高，外觀精美，按鍵布局清晰簡潔，操作方便，調節功能一鍵操作。經實際裝車使用證明，該混合動力操縱器抗干擾能力強，其控制策略可以滿足能源節約和乘客舒適性兩者兼顧且穩定工作的效果，其采用的四角螺釘固定的安裝方式可以滿足不同車型的儀表臺布局及不同安裝位置的需求。