汽车空调控制器测试系统的设计

袁体春，翁惠辉

（长江大学电子信息学院，湖北 荆州434023）

汽车空调是改善汽车乘驾环境的功能部件，其控制技术由早期使用手动拉线和真空驱动器的人工控制发展到至今的电动控制。而电动控制包括不考虑外界环境的半自动控制以及考虑外界环境温度、光照等的全自动控制。日益自动化的汽车空调，其复杂的电子系统和本身功能的复杂性和智能性给汽车空调制造企业的生产质量带来了一定的困难，老旧的功能测试系统，由于其测试流程繁琐、体积庞大、可靠性差、维护困难等缺陷，己难以满足现代企业的生产要求。因此，拥有一套流程科学、报表规范、自动化程度高的空调功能测试系统是企业产品质量有力保障的必要条件。

1 汽车空调控制器的原理

以标致雪铁龙某一车型的汽车空调控制器为例介绍其控制原理，其结构框图如图1所示。控制器主要完成人机交互、与车身控制模块之间的信息交互以及空调系统控制对象的有效控制。其中人机交互包括按键输入信号和LCD状态显示；与车身控制模块的信息交互包括背光输入信号、压缩机开启请求信号、压缩机功率请求信号、后除霜请求信号和后除霜状态反馈信号；空调系统控制对象主要包括内外循环风门、混合风门、模式风门和鼓风机。

图1 汽车空调控制器结构框图

该控制器以飞思卡尔8位单片机微处理器为核心，其控制过程如下：单片机根据按键状态、车身的反馈信号和空调本身的控制逻辑，在进行运算处理后输出相应的控制信号，控制鼓风机风量、压缩机启停及各个风门的位置，以实现车内环境、温度的有效调节。

2 汽车空调控制器的测试原理

由于控制器产品必须在经过严格的功能检测后才能出产销售，所以必须设计出相应的测试系统来完成空调控制器出厂前的功能测试。而测试系统必须对控制器的运行环境进行模拟，提供控制器运行所必需的电源信号、控制输出信号、反馈输入信号以及等效负载等。

控制器的功能测试原理图如图2所示，其中电压测试点用Ui标示，电流测试点用Ii标示，模拟负载用Ri标示，车身交互输入信号的开断用SWi标示。

图2 汽车空调控制器功能测试原理图

测试系统需要模拟控制器的运行环境，主要包括以下3方面。

2.1 鼓风机驱动器负载模拟

控制器输出的风机驱动信号不是用于直接驱动风机，而是用来驱动风机的调速模块，由调速模块对风机进行驱动，调速模块的控制信号有PWM控制和直流的线性控制2种，笔者采用的是PWM控制型的调速模块，其控制频率为400 HZ，风量档位对应不同的占空比。所以检测设备必须对调速模块的PWM信号的频率和占空比进行测试。该测试系统中，要模拟的是风机的调速模块。鼓风机驱动器负载即调速模块用一个电阻来模拟。

2.2 风门步进电机的模拟

汽车空调系统的风门驱动电机采用的是四相步进电机，为减小测试系统的重量体积，便于测试，风门步进电机采用4个大功率电阻来模拟。图2中控制器接插件J2－5、J2－6、J2－7、J2－8引脚用于连接内外循环风门的步进电机。当按固定频率200 Hz、正转控制时序驱动步进电机时，电机正转；反之，用固定频率、反转时序驱动步进电机时电机反转。R1、R2、R3、R4分别作为循环风门内部线圈的模拟负载，当J2－5对应的单向输出控制脉冲为低时，U2电压为0 V；反之，U2输出电压约为电源电压。混合风门伺服电机、模式风门步进电机的模拟方法类似。

2.3 与车身模块的交互信号模拟

与车身模块交互的信号主要有：后除霜反馈信号、鼓风机风速状态信号、压缩机请求信号、后除霜请求信号、背光信号以及电源输入信号。汽车空调控制器通过开关SW1、SW3来模拟车身电源信号的送给，其中V＋，V－是对车身电源信号的模拟 ；控制器通过检测后除霜反馈信号，在LCD显示器上显示相关信息，给乘驾人员提供后除霜的动作信息，图2中通过SW2来模拟后除霜反馈信号；压缩机请求信号、后除霜请求信号等的模拟方法类似。

图3 空调控制器功能测试系统原理框图

图4 功能检测流程图

3 测试系统硬件实现方案

测试系统原理框图如图3所示。测试系统由1台工控机、1块测试板和1台夹具所组成。

通过夹具可以将己装配完工的控制器的接插件引脚信号直接引到测试板，从而测试板上的模拟负载、诊断接口电路等可直接连接到控制器相应的管脚上，而测试板上的模拟的车身输入信号则由微控器的普通I／O来控制输入信号的通断。

上位机是通过测试板上的诊断接口来实现与空调控制器的实时通信，以此来实现测试过程中空调控制器所需要执行的各种指定动作以及获取与空调控制器相关对象的状态数据。

测试板通过RS232电路来完成与工控机的实时通信，测试版完成对模拟负载电压和电流的测量，并将测试过程中的各种采样数据上传给工控机，同时上位机根据程序所设定好的测试流程控制测试板上的各种动作。

4 测试软件

测试开始后，给控制器上电，并与工控机建立通信连接，通信连接成功后，系统会按照程序预定给操作工发出按键检测命令进行按键字符检测，然后进行LCD检测和性能检测。每次测试数据与标准数据对比，如果数值在标准范围内的话，则判断控制器合格，打印合格标签；否则测试结果不合格，测试中止。功能检测流程如图4所示。

图5 上位机界面

5 人机界面

该系统采用Lab View组态软件作为上位机人机界面开发工具，利用Lab View强大的人机接口功能及搭建积木式的模块化功能，整个软件系统可以轻易的实现各种实时信号的输入采集及对各种输出信号的控制。软件具有检测状态实时监测，对检测的状态用户可直观的在监控界面中监视，检测过程中会进行步骤提示；检测完成后可以进行标签打印，并进行合格品与不合格品计数，其人机界面如图5所示。

6 结 语

笔者设计的测试系统由上位机程序来控制测试流程，由测试板来执行模拟负载的加载，工控机分别接收测试板的测试数据和控制器本身的自诊断数据，自动化程度高，投入生产使用3个月来，运行稳定可靠，达到项目预期要求。

［1］薛迎成 .工控机及组态控制技术原理与应用［M］.北京：中国电力出版社，2007.

［2］张凤珊 .电气控制及可编程序控制器［M］.第2版 .北京：中国轻工业出版社，2003.

［3］陈树学，刘萱.Lab VIEW宝典［M］.北京：电子工业出版社，2011.

［4］（美）布鲁姆.Lab VIE W编程样式［M］.刘章发，依法臻 等译 .北京：电子工业出版社，2009.