汽車(chē)自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)

鄭雅蘭 張小燕

摘要：目前我國(guó)大部分轎車(chē)空調(diào)的自動(dòng)控制技術(shù)較為落后，大多處于半自動(dòng)狀態(tài)或手動(dòng)狀態(tài)。因此，我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)應(yīng)加強(qiáng)轎車(chē)自動(dòng)空調(diào)控制技術(shù)的研究，以提升汽車(chē)駕駛的舒適度，增強(qiáng)我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。文章對(duì)微型汽車(chē)自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)進(jìn)行分析，以期為廣大汽車(chē)企業(yè)提供有效性參考。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)自動(dòng)空調(diào)；控制系統(tǒng)；人機(jī)交互；執(zhí)行驅(qū)動(dòng)；傳感器；控制芯片 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：U463 文章編號(hào)：1009-2374（2016）06-0017-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.06.009

目前，我國(guó)汽車(chē)空調(diào)均為半自動(dòng)控制或手動(dòng)控制，其中大多數(shù)為傳統(tǒng)的手動(dòng)控制系統(tǒng)，其對(duì)車(chē)內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)主要運(yùn)用旋鈕開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此存在降低汽車(chē)動(dòng)力性能、控制精度不高、增加能源耗損等缺點(diǎn)，且其檢測(cè)功能低下，難以充分按照車(chē)內(nèi)外環(huán)境變化來(lái)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。為提升汽車(chē)駕駛的舒適度，增強(qiáng)我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，還應(yīng)對(duì)汽車(chē)空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行不斷的深入研究。文章對(duì)我國(guó)某一微型汽車(chē)自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。

1 汽車(chē)自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)的構(gòu)成

微型汽車(chē)自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)主要包括人機(jī)交互、執(zhí)行驅(qū)動(dòng)、傳感器、控制芯片四個(gè)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(xiàn)來(lái)連接控制芯片。該自動(dòng)控制系統(tǒng)不僅可進(jìn)行全自動(dòng)化的控制模式工作，還可進(jìn)行傳統(tǒng)的手動(dòng)控制模式工作。其中在開(kāi)展全自動(dòng)化控制模式過(guò)程中，傳感器單元會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車(chē)內(nèi)溫度、車(chē)外溫度、日照強(qiáng)度、車(chē)內(nèi)有害物質(zhì)、車(chē)內(nèi)濕度、水箱溫度、蒸發(fā)器溫度等環(huán)境參數(shù)，當(dāng)車(chē)內(nèi)有害氣體超標(biāo)或駕駛?cè)藛T設(shè)定的溫度大于或小于車(chē)內(nèi)溫度時(shí)，系統(tǒng)中的控制芯片會(huì)經(jīng)由各驅(qū)動(dòng)單元來(lái)對(duì)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，并自動(dòng)調(diào)節(jié)車(chē)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(chē)內(nèi)環(huán)境各參數(shù)會(huì)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(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)分析

2.1 控制芯片設(shè)計(jì)分析

本文主要研究的控制芯片為PIC18F2480單片機(jī)，該單片機(jī)會(huì)通過(guò)處理和轉(zhuǎn)換傳感器采集到的各種環(huán)境信號(hào)，并由其形成對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的新風(fēng)、模式以及混合等風(fēng)門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號(hào)，至此實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制目的。

2.2 系統(tǒng)溫度檢測(cè)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(chē)內(nèi)濕度、一路搜集車(chē)外濕度、一路搜集發(fā)動(dòng)機(jī)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(diǎn)。該系統(tǒng)控制芯片主要有兩個(gè)敏感器：其一為濕度敏感元件，可將濕度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；其二為溫度敏感器，可將溫度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。通過(guò)微弱信號(hào)放大器將電信號(hào)實(shí)行放大處理，之后傳入A/D轉(zhuǎn)換器中，當(dāng)數(shù)字信號(hào)在二線(xiàn)串行接口輸出后，再傳輸至芯片的同步串行口。詳細(xì)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(chē)內(nèi)的各種有害氣體會(huì)對(duì)駕駛?cè)藛T的身體健康造成影響，因此需對(duì)車(chē)內(nèi)各種有害氣體進(jìn)行檢測(cè)，以及時(shí)對(duì)車(chē)內(nèi)通風(fēng)換氣進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)，確保車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量良好。在檢測(cè)NOX、CO2等有害氣體時(shí)，均需通過(guò)專(zhuān)用的氣體傳感器進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)工作電極以及對(duì)電極通過(guò)已知電阻進(jìn)行連接實(shí)驗(yàn)，對(duì)該電阻電流進(jìn)行測(cè)量便可準(zhǔn)確測(cè)量出有害氣體的濃度。該測(cè)量過(guò)程的電路圖如圖3所示：

2.4 系統(tǒng)鼓風(fēng)機(jī)控制電路

在汽車(chē)自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)中，主要以直流電機(jī)作為鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)，但要對(duì)鼓風(fēng)機(jī)中的風(fēng)量起到合理調(diào)節(jié)作用，則還需合理調(diào)整直流電機(jī)轉(zhuǎn)速，本文中對(duì)電機(jī)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(hào)后，再通過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，從而達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)力的作用。

2.5 系統(tǒng)風(fēng)門(mén)驅(qū)動(dòng)控制電路

在汽車(chē)空氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的風(fēng)門(mén)驅(qū)動(dòng)控制中，按照設(shè)定溫度以及實(shí)際溫度之間的不同，通過(guò)開(kāi)閉混合風(fēng)門(mén)的不同程度可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)冷熱風(fēng)比例的改變，起到調(diào)節(jié)風(fēng)溫度的作用。由于混合風(fēng)門(mén)與鼓風(fēng)機(jī)同樣需要直流電機(jī)進(jìn)行帶動(dòng)作用，因此兩者的電路原理和電路大致一樣。在模式風(fēng)門(mén)中主要有除霜、吹腳除霜等五個(gè)檔位。而在新風(fēng)風(fēng)門(mén)中主要有內(nèi)外循環(huán)及新風(fēng)三個(gè)檔位。由于新風(fēng)與模式兩個(gè)風(fēng)門(mén)均以檔位控制為主，因此兩者均可通過(guò)電機(jī)對(duì)其執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行帶動(dòng)。電機(jī)位置信號(hào)通過(guò)控制芯片采集讀取，在電機(jī)位置發(fā)生非調(diào)節(jié)要求的異常現(xiàn)象時(shí)，可通過(guò)控制指令對(duì)其實(shí)行相應(yīng)調(diào)節(jié)，使其恢復(fù)設(shè)定要求。

3 自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分析

本文中研究系統(tǒng)程序編寫(xiě)主要以C語(yǔ)言為主，其對(duì)軟件的升級(jí)維護(hù)和調(diào)試較便利，并且具有較強(qiáng)的可讀性。按照其功能劃分，可將其分為參數(shù)檢測(cè)、鼓風(fēng)機(jī)控制、按鍵檢測(cè)等程序，其主程序流程圖詳見(jiàn)圖4?？刂葡到y(tǒng)在初始化后，會(huì)對(duì)車(chē)內(nèi)溫度、各風(fēng)門(mén)位置、蒸發(fā)器溫度等進(jìn)行檢測(cè)，然后對(duì)按鍵值進(jìn)行掃描，若車(chē)內(nèi)各項(xiàng)實(shí)時(shí)參數(shù)與駕駛?cè)藛T設(shè)定的值存在差異，則可通過(guò)對(duì)鼓風(fēng)機(jī)子程序以及風(fēng)門(mén)子程序進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，并驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本文研究系統(tǒng)的制冷性能通過(guò)某汽車(chē)進(jìn)行實(shí)車(chē)試驗(yàn)，試驗(yàn)條件：32℃的氣溫，0.85J/cm2·min的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，試驗(yàn)車(chē)速控制為80km/h，車(chē)內(nèi)乘坐5人，試驗(yàn)結(jié)果如表1顯示。從試驗(yàn)各項(xiàng)數(shù)可得出，對(duì)車(chē)內(nèi)溫度可起到較好的控制效果。

5 結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)是衡量現(xiàn)代汽車(chē)舒適度的標(biāo)準(zhǔn)之一，也是現(xiàn)代汽車(chē)空調(diào)控制技術(shù)進(jìn)步的重要標(biāo)志，因此目前國(guó)內(nèi)外均對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行不斷研究與創(chuàng)新開(kāi)發(fā)。本文主要以某微型汽車(chē)自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，對(duì)微型汽車(chē)的自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了更為深入的研究與設(shè)計(jì)，以期為我國(guó)汽車(chē)自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)做出貢獻(xiàn)。

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作者簡(jiǎn)介：鄭雅蘭（1987-），女，湖南人，上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司助理工程師，研究方向：供應(yīng)商質(zhì)量管理；張小燕（1985-），女，廣西欽州人，上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司助理工程師，研究方向：供應(yīng)商質(zhì)量管理。

（責(zé)任編輯：周 瓊）