汽车自动空调控制系统研究与开发

郑雅兰 张小燕

摘要：目前我国大部分轿车空调的自动控制技术较为落后，大多处于半自动状态或手动状态。因此，我国汽车产业应加强轿车自动空调控制技术的研究，以提升汽车驾驶的舒适度，增强我国汽车产业的核心竞争力。文章对微型汽车自动空调控制系统的研究与开发进行分析，以期为广大汽车企业提供有效性参考。

关键词：汽车自动空调；控制系统；人机交互；执行驱动；传感器；控制芯片 文献标识码：A

中图分类号：U463 文章编号：1009-2374（2016）06-0017-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.06.009

目前，我国汽车空调均为半自动控制或手动控制，其中大多数为传统的手动控制系统，其对车内温度的调节主要运用旋钮开关来实现，因此存在降低汽车动力性能、控制精度不高、增加能源耗损等缺点，且其检测功能低下，难以充分按照车内外环境变化来进行相应调整。为提升汽车驾驶的舒适度，增强我国汽车产业的核心竞争力，还应对汽车空调自动控制系统进行不断的深入研究。文章对我国某一微型汽车自动空调控制系统的设计进行了分析。

1 汽车自动空调控制系统的构成

微型汽车自动空调控制系统主要包括人机交互、执行驱动、传感器、控制芯片四个单元，其中所有执行器以及所有传感器均需经由CNA总线来连接控制芯片。该自动控制系统不仅可进行全自动化的控制模式工作，还可进行传统的手动控制模式工作。其中在开展全自动化控制模式过程中，传感器单元会实时监测车内温度、车外温度、日照强度、车内有害物质、车内湿度、水箱温度、蒸发器温度等环境参数，当车内有害气体超标或驾驶人员设定的温度大于或小于车内温度时，系统中的控制芯片会经由各驱动单元来对相应的执行机构进行控制，并自动调节车内温度、湿度等环境，而空调系统各部件状态和车内环境各参数会显示于液晶显示模块上，系统结构如图1所示。

2 自动空调控制系统硬件设计分析

2.1 控制芯片设计分析

本文主要研究的控制芯片为PIC18F2480单片机，该单片机会通过处理和转换传感器采集到的各种环境信号，并由其形成对自动控制系统中的新风、模式以及混合等风门执行机构的控制信号，至此实现系统控制目的。

2.2 系统温度检测电路

五路温度传感器，分别为一路搜集蒸发器温度、两路搜集车内湿度、一路搜集车外湿度、一路搜集发动机水温，而前四路均使用同一电路结构。本系统使用由某公司推出的SHT11温度传感器，其具有直接输出数字量的特点。该系统控制芯片主要有两个敏感器：其一为湿度敏感元件，可将湿度转化为电信号；其二为温度敏感器，可将温度转换为电信号。通过微弱信号放大器将电信号实行放大处理，之后传入A/D转换器中，当数字信号在二线串行接口输出后，再传输至芯片的同步串行口。详细电路连接图如图2所示：

2.3 系统空气质量检查电路

由于车内的各种有害气体会对驾驶人员的身体健康造成影响，因此需对车内各种有害气体进行检测，以及时对车内通风换气进行相应调节，确保车内空气质量良好。在检测NOX、CO2等有害气体时，均需通过专用的气体传感器进行检测。对工作电极以及对电极通过已知电阻进行连接实验，对该电阻电流进行测量便可准确测量出有害气体的浓度。该测量过程的电路图如图3所示：

2.4 系统鼓风机控制电路

在汽车自动空调控制系统中，主要以直流电机作为鼓风机电机，但要对鼓风机中的风量起到合理调节作用，则还需合理调整直流电机转速，本文中对电机转速的控制方法为脉宽调制法。在其输出脉宽调制信号后，再通过驱动芯片来对转速进行控制，从而达到调节风力的作用。

2.5 系统风门驱动控制电路

在汽车空气自动控制系统的风门驱动控制中，按照设定温度以及实际温度之间的不同，通过开闭混合风门的不同程度可实现相应的调节，从而实现对冷热风比例的改变，起到调节风温度的作用。由于混合风门与鼓风机同样需要直流电机进行带动作用，因此两者的电路原理和电路大致一样。在模式风门中主要有除霜、吹脚除霜等五个档位。而在新风风门中主要有内外循环及新风三个档位。由于新风与模式两个风门均以档位控制为主，因此两者均可通过电机对其执行机构进行带动。电机位置信号通过控制芯片采集读取，在电机位置发生非调节要求的异常现象时，可通过控制指令对其实行相应调节，使其恢复设定要求。

3 自动空调控制系统的软件设计分析

本文中研究系统程序编写主要以C语言为主，其对软件的升级维护和调试较便利，并且具有较强的可读性。按照其功能划分，可将其分为参数检测、鼓风机控制、按键检测等程序，其主程序流程图详见图4。控制系统在初始化后，会对车内温度、各风门位置、蒸发器温度等进行检测，然后对按键值进行扫描，若车内各项实时参数与驾驶人员设定的值存在差异，则可通过对鼓风机子程序以及风门子程序进行相应的调节，并驱动相应的执行机构。

4 实验结果

本文研究系统的制冷性能通过某汽车进行实车试验，试验条件：32℃的气温，0.85J/cm2·min的太阳辐射强度，试验车速控制为80km/h，车内乘坐5人，试验结果如表1显示。从试验各项数可得出，对车内温度可起到较好的控制效果。

5 结语

自动空调控制系统是衡量现代汽车舒适度的标准之一，也是现代汽车空调控制技术进步的重要标志，因此目前国内外均对该项技术进行不断研究与创新开发。本文主要以某微型汽车自动空调控制系统的设计为研究对象，对微型汽车的自动控制系统进行了更为深入的研究与设计，以期为我国汽车自动空调控制系统技术的研究与开发做出贡献。

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作者简介：郑雅兰（1987-），女，湖南人，上汽通用五菱汽车股份有限公司助理工程师，研究方向：供应商质量管理；张小燕（1985-），女，广西钦州人，上汽通用五菱汽车股份有限公司助理工程师，研究方向：供应商质量管理。

（责任编辑：周 琼）