混合動(dòng)力客車空調(diào)操縱器的設(shè)計(jì)

郭文明

（鄭州新基業(yè)汽車電子有限公司，河南 鄭州 450001）

為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，減少污染，氣電混合的客車應(yīng)運(yùn)而生，其應(yīng)用在國內(nèi)各公交線路規(guī)模化運(yùn)行，并達(dá)到了節(jié)油、降低碳排放量的預(yù)期。

根據(jù)氣電混合動(dòng)力客車的雙動(dòng)力 （發(fā)電機(jī)或蓄電池）供電方式，而設(shè)計(jì)的專門用于氣電混合動(dòng)力客車空調(diào)的操縱器，通過與主車發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)的相互檢測，實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)供電來源的自動(dòng)切換，在不影響乘客舒適度的情況下同時(shí)達(dá)到既能源節(jié)約又環(huán)保的效果。

1 總體設(shè)計(jì)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(yīng)用的特殊需求的8位FLASH微控制器，自帶內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換，5路10位ADC，用來測量車內(nèi)環(huán)境溫度和空調(diào)蒸發(fā)芯體溫度，以及對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)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(shè)計(jì)

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(dá)10萬次。操縱器具有多種工作模式如：自動(dòng)、制冷、制冷化霜、通風(fēng)。車內(nèi)送風(fēng)模式檔位設(shè)定如：自動(dòng)送風(fēng)、低速送風(fēng)、中速送風(fēng)、高速送風(fēng)、車內(nèi)溫度設(shè)定等，具有故障運(yùn)行處理功能以及車內(nèi)外新鮮空氣循環(huán)控制功能。

圖2 操縱器外觀圖

圖3 操縱器供電電路

3 關(guān)鍵電路設(shè)計(jì)

3.1 操縱器供電部分

操縱器供電電路如圖3所示，DC/DC轉(zhuǎn)換集成電路采用LM2575-5.0，該集成電路只需極少幾個(gè)外圍器件即可構(gòu)成一個(gè)高效的穩(wěn)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(jié)約PCB板空間占用面積，內(nèi)部集成完善的保護(hù)電路，例如：電流限制和熱關(guān)斷電路等，根據(jù)設(shè)計(jì)需要還可提供外部控制使能引腳，滿足不同應(yīng)用的需求。

3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)檢測電路

如圖4所示，為了抑制干擾，發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)檢測采用光耦隔離，光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是：信號(hào)單向傳輸，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，輸出信號(hào)對(duì)輸入端無影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，無觸點(diǎn)，使用壽命長，傳輸效率高。采用光耦隔離方式采集發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)防止因外部輸入信號(hào)干擾引起單片機(jī)的誤動(dòng)作。當(dāng)原邊檢測到電壓時(shí)，副邊將會(huì)導(dǎo)通，輸出一個(gè)高電平。下拉電阻R8和R10可以有效防止在檢測端懸空時(shí)保證其輸出狀態(tài)保持為低電平，確保信號(hào)的穩(wěn)定和可靠。

圖4 發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)檢測電路

3.3 輸出驅(qū)動(dòng)電路

輸出驅(qū)動(dòng)電路 （圖5）采用高壓高電流的達(dá)林頓晶體管陣列ULN2003A，單個(gè)芯片集成了7個(gè)NPN達(dá)林頓管，單個(gè)達(dá)林頓管的集電極輸出電流可以達(dá)到500 mA。內(nèi)置輸出嵌位二極管，可以有效防止感性負(fù)載通斷瞬間的感應(yīng)電動(dòng)勢對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的沖擊。分別控制：壓縮機(jī)、冷凝風(fēng)機(jī)、蒸發(fā)風(fēng)機(jī)低速、蒸發(fā)風(fēng)機(jī)中速、蒸發(fā)風(fēng)機(jī)高速、內(nèi)外循環(huán)風(fēng)、制冷請(qǐng)求等。

圖5 輸出驅(qū)動(dòng)電路

4 軟件設(shè)計(jì)

該操縱器軟件程序設(shè)計(jì)包括：按鍵采集、顯示驅(qū)動(dòng)、溫度采集、輸出控制、狀態(tài)檢測、故障報(bào)警蜂鳴器提示等部分，本文主要討論混合動(dòng)力車型特有的發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)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(dāng)空調(diào)操縱器有制冷請(qǐng)求時(shí)，空調(diào)操縱器給整車控制器的信號(hào)為低電平，整車控制器收到此工作信號(hào)后會(huì)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作，空調(diào)延時(shí)10 s工作，實(shí)現(xiàn)延時(shí)起動(dòng)功能，減少電氣沖擊。整個(gè)制冷過程發(fā)動(dòng)機(jī)不停機(jī)；當(dāng)車內(nèi)環(huán)境溫度達(dá)到設(shè)定溫度值時(shí)，空調(diào)操縱器給整車控制器的信號(hào)為高電平，此時(shí)根據(jù)混合動(dòng)力系統(tǒng)要求發(fā)動(dòng)機(jī)可以停機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)后整車控制器給空調(diào)的發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)信號(hào)為高電平，當(dāng)空調(diào)操縱器檢測到該信號(hào)后制冷請(qǐng)求輸出24 V高電平，控制怠速的繼電器吸合，實(shí)現(xiàn)空調(diào)低速通風(fēng)的功能。當(dāng)空調(diào)離合器工作 （制冷）時(shí)，空調(diào)操縱器輸出給整車控制器的信號(hào)為高電平，整車控制器收到此工作信號(hào) （高電平）后，會(huì)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)。

5 結(jié)束語

該混合動(dòng)力空調(diào)操縱器采用的是STM8A汽車級(jí)單片機(jī)控制，抗干擾性能強(qiáng)，可靠性高，外觀精美，按鍵布局清晰簡潔，操作方便，調(diào)節(jié)功能一鍵操作。經(jīng)實(shí)際裝車使用證明，該混合動(dòng)力操縱器抗干擾能力強(qiáng)，其控制策略可以滿足能源節(jié)約和乘客舒適性兩者兼顧且穩(wěn)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(tái)布局及不同安裝位置的需求。