廣西師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院　尹本雄廣西河池學(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)院　陸正杰

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基于MAP的汽車空調(diào)急加速自動(dòng)啟?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)

廣西師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院尹本雄
廣西河池學(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)院陸正杰

【摘要】該控制器采集汽車進(jìn)氣歧管壓力傳感器（MAP傳感器）的輸出數(shù)據(jù)，經(jīng)過單片機(jī)處理，控制汽車壓縮機(jī)的斷開與接通，實(shí)現(xiàn)了在汽車起步、急加速和爬坡時(shí)自動(dòng)斷開壓縮機(jī)負(fù)荷，消除了這些情形下空調(diào)對(duì)動(dòng)力的影響。由于利用了原車傳感器，故成本低廉、電路簡單。并且斷開壓縮機(jī)負(fù)荷的延時(shí)時(shí)長、介入靈敏度可調(diào)。經(jīng)過多種不同車型車主的實(shí)際使用，基本不再感受到空調(diào)對(duì)汽車動(dòng)力的影響。

【關(guān)鍵詞】進(jìn)氣歧管壓力傳感器（MAP）；汽車空調(diào)；單片機(jī)；急加速；啟?？刂?；STC15F204EA

目前國家提倡家庭用小汽車購買節(jié)能減排的小排量車型，但小排量車型動(dòng)力較弱，特別是1.8L以下的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)。一般情況下，非獨(dú)立式空調(diào)壓縮機(jī)工作以后，汽車動(dòng)力性能下降10%～15%[1]，在夏天開啟空調(diào)制冷后，空調(diào)壓縮機(jī)占用發(fā)動(dòng)機(jī)功率的比例過大。在汽車轉(zhuǎn)速較低的起步和提速階段，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率又只有其最大功率的幾分之一，因而起步和提速時(shí)空調(diào)對(duì)動(dòng)力的影響尤為明顯。

考察常見的解決方案，其中一種方案的原理為當(dāng)油門踏板踩至90%后，會(huì)觸發(fā)一個(gè)行程開關(guān)從而停止空調(diào)的工作，這種控制方式的缺點(diǎn)是顯而易見的，小于90%油門深度的急加速它沒辦法觸發(fā)。簡單來說，起步和急加速時(shí)油門深度不一定超過90%；而油門深度超過90%時(shí)也不一定是要提速，比如說在高速上勻速行駛。另一種方案是增設(shè)一個(gè)壓力開關(guān)，用氣管連接至進(jìn)氣歧管處，當(dāng)壓力變化到某個(gè)閾值時(shí)觸發(fā)壓力開關(guān)，從而斷開壓縮機(jī)負(fù)載。該方案也有幾個(gè)明顯的不足，一是介入靈敏度無法調(diào)整；二是壓縮機(jī)斷開的延時(shí)長度不可調(diào)整，可能造成壓力開關(guān)在臨界點(diǎn)附近震蕩；三是由于連接氣管長度的原因，從而造成靈敏度和響應(yīng)滯后時(shí)間不理想。也有采用加速度傳感器檢測車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的方案[2]，但安裝復(fù)雜、成本較高，并且空調(diào)對(duì)動(dòng)力的影響正好表現(xiàn)為車輛的加速度變化跟不上油門，因此通過檢測車輛加速度的變化來控制空調(diào)的關(guān)閉與開啟，不能很好解決空調(diào)對(duì)動(dòng)力的影響，正如該方案的設(shè)計(jì)目的所述，它主要是解決空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)車輛的狀態(tài)來運(yùn)作，以實(shí)現(xiàn)空調(diào)的節(jié)能。

1　設(shè)計(jì)原理的分析

現(xiàn)在的汽車基本為電噴系統(tǒng)，它在進(jìn)氣歧管內(nèi)設(shè)置有一個(gè)進(jìn)氣歧管壓力傳感器（MAP傳感器）。急加速時(shí)，進(jìn)氣歧管里的真空度會(huì)出現(xiàn)較大變化，這時(shí)MAP傳感器會(huì)輸出一個(gè)與真空度成反比的電壓信號(hào)。利用單片機(jī)檢測出這個(gè)突變的信號(hào)，在急加速時(shí)斷開空調(diào)電磁離合的供電，延遲一定時(shí)間后再恢復(fù)供電。也就是說，在轉(zhuǎn)速提升跟不上油門的時(shí)候，進(jìn)氣歧管里的真空度會(huì)突然產(chǎn)生較大的變化，而這種情形正是動(dòng)力不足的一個(gè)表現(xiàn)，多發(fā)生在起步、急加速、爬陡坡等重負(fù)荷場合。下圖示例了正常加速和急加速時(shí)兩種情況下的MAP傳感器波形，可以看到，正常加速時(shí)的波形，不管是上升沿的斜率還是波峰幅值，都比急加速時(shí)的波形小得多。

圖1　正常加速與急加速時(shí)的MAP波形

2　控制器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

考慮到控制器需要能夠連續(xù)調(diào)整介入靈敏度和延遲時(shí)間，因此需要采用具有兩路以上ADC的單片機(jī)，這里選用了STC15F204EA。

延遲時(shí)間調(diào)整電位器可調(diào)整范圍為0～60s，為了簡化用戶對(duì)延遲時(shí)間的調(diào)整，還增加了一組三位的撥碼開關(guān)J2，用以實(shí)現(xiàn)5s、10s、20s、30s的快速設(shè)置。單片機(jī)程序設(shè)計(jì)上主要考慮兩點(diǎn)：一是對(duì)進(jìn)氣壓力傳感器來的信號(hào)進(jìn)行處理，包括濾波、斜率檢測，用以判斷在合適的時(shí)機(jī)觸發(fā)控制器。二是將觸發(fā)器設(shè)計(jì)為可重觸發(fā)模式，在延遲期間如果再次滿足觸發(fā)條件，則延遲時(shí)間順延，以適應(yīng)連續(xù)的急加速情況。

由于正常駕駛過程中，起步和急加速等情形是頻繁存在的，為了延長控制器的壽命和可靠性，沒有采用繼電器，而是使用一個(gè)MOS管IRFZ44來實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮機(jī)電磁離合線圈的通斷控制。為了方便駕駛員對(duì)壓縮機(jī)工作狀態(tài)的觀察，設(shè)置了一個(gè)壓縮機(jī)工作狀態(tài)指示燈，通過跳線帽的方式外接led2實(shí)現(xiàn)。

最后，設(shè)置了一個(gè)自鎖按鍵開關(guān)S，用以實(shí)現(xiàn)關(guān)閉和開啟該控制器功能作用。

圖2　控制器電路原理圖

3　控制器功能的測試

控制器與外部只有4根連接線，分別是MAP傳感器信號(hào)線、壓縮機(jī)電磁離合線圈負(fù)極線OUT、電源正極線Vcc、地線GND，因此安裝比較簡單。采用原車專用線束插頭做轉(zhuǎn)接后，用戶將控制器插頭與MAP傳感器、壓縮機(jī)插頭直接對(duì)插即可完成安裝。根據(jù)駕駛員平時(shí)偏激烈或者偏溫和的駕駛風(fēng)格、駕駛習(xí)慣，適當(dāng)調(diào)整控制器的介入靈敏度和延遲時(shí)間。從具體路試結(jié)果來看，該控制器達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)：①平路上行駛時(shí)，平緩起步控制器不介入，快速起步則控制器介入并自動(dòng)關(guān)閉空調(diào)，延遲設(shè)定時(shí)間后再自動(dòng)恢復(fù)。②在較陡的坡上行駛時(shí)，控制器會(huì)隨之介入。③在路況好的路段測試超車，控制器能夠快速響應(yīng)駕駛員的超車意圖。

4　結(jié)論

通過多名不同車型車主的實(shí)際使用，該控制器較好地解決了小排量汽車在開啟空調(diào)制冷后對(duì)動(dòng)力影響較大的問題，特別是在起步、急加速、爬坡等重負(fù)荷下，控制器能夠快速地響應(yīng)，釋放空調(diào)壓縮機(jī)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的占用，恢復(fù)不開空調(diào)時(shí)的動(dòng)力表現(xiàn)。由于空調(diào)蒸發(fā)器的熱慣性，暫時(shí)中斷短時(shí)間的壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，并不會(huì)影響司乘人員的溫度舒適性感受。另外，汽車制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不同于家用空調(diào)，它具備完善的過熱、過壓保護(hù)[3]，汽車空調(diào)蒸發(fā)器上裝有溫度傳感器，低于某一溫度時(shí)（比如2℃），則分離壓縮機(jī)，高于某一溫度時(shí)（比如5℃），則結(jié)合壓縮機(jī)，因此，汽車空調(diào)設(shè)計(jì)是適于頻繁啟停工作的，不用擔(dān)心壓縮機(jī)頻繁啟停對(duì)制冷系統(tǒng)造成的傷害。綜合來看，這是一種簡單經(jīng)濟(jì)而又有效解決空調(diào)對(duì)小排量汽車動(dòng)力影響的方案。

參考文獻(xiàn)

[1]曾壯.基于R134a的汽車空調(diào)壓縮機(jī)功率消耗估算[J].客車技術(shù),2004(4):13-15.

[2]賀萍.一種新型汽車空調(diào)節(jié)能控制器的設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2008(1):51-55.

[3]凌晨.汽車空調(diào)系統(tǒng)的組成與原理[J].汽車電器,2009(5).

尹本雄，講師，目前研究方向?yàn)榍度胧郊夹g(shù)開發(fā)、電子技術(shù)應(yīng)用。

The design of the automobile air conditioner controller based on the MAP

Yin Benxiong1Lu Zhengjie2
(1.College of Education Science Guangxi Normal University，Guilin,Guangxi 541004；
2.College of physics and Mechanical & Electrical Engineering Guangxi Hechi Universiry，Hechi Guangxi 546300）

Abstract：By processing of the MAP sensor ‘s output data collected by MCU，The controller can make the compressor is turned on and off ,and eliminate the influence of compressor for car’s power. Due to the use of the original car sensor，the controller has the advantages of low cost，simple circuit. It has a adjustable delay-time and adjustable sensitivity. When drive the car installed the contoller，those driver no longer feel the impact of air conditioner on the vehicle’s power.

Keywords：MAP；automobile air-condition；singlechip；Rapid acceleration；Start-stop control；STC15F204EA

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