混合动力客车空调操纵器的设计

郭文明

（郑州新基业汽车电子有限公司，河南 郑州 450001）

为了实现节能减排，减少污染，气电混合的客车应运而生，其应用在国内各公交线路规模化运行，并达到了节油、降低碳排放量的预期。

根据气电混合动力客车的双动力 （发电机或蓄电池）供电方式，而设计的专门用于气电混合动力客车空调的操纵器，通过与主车发动机状态的相互检测，实现空调系统供电来源的自动切换，在不影响乘客舒适度的情况下同时达到既能源节约又环保的效果。

1 总体设计方案与思路

主要控制芯片采用STM8A系列，专门用于满足汽车应用的特殊需求的8位FLASH微控制器，自带内部AD转换，5路10位ADC，用来测量车内环境温度和空调蒸发芯体温度，以及对发动机运行状态的实时检测。操纵器原理框图如图1所示。

图1 操纵器原理框图

2 外观及操作设计

操纵器外观如图2所示，按键采用轻触按键，手感清晰、按压力度适中，寿命长高达10万次。操纵器具有多种工作模式如：自动、制冷、制冷化霜、通风。车内送风模式档位设定如：自动送风、低速送风、中速送风、高速送风、车内温度设定等，具有故障运行处理功能以及车内外新鲜空气循环控制功能。

图2 操纵器外观图

图3 操纵器供电电路

3 关键电路设计

3.1 操纵器供电部分

操纵器供电电路如图3所示，DC/DC转换集成电路采用LM2575-5.0，该集成电路只需极少几个外围器件即可构成一个高效的稳压电路，在无需散热片的情况下即可满足本控制电路供电需要，节约PCB板空间占用面积，内部集成完善的保护电路，例如：电流限制和热关断电路等，根据设计需要还可提供外部控制使能引脚，满足不同应用的需求。

3.2 发动机工作状态检测电路

如图4所示，为了抑制干扰，发动机工作状态检测采用光耦隔离，光耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。采用光耦隔离方式采集发动机工作状态防止因外部输入信号干扰引起单片机的误动作。当原边检测到电压时，副边将会导通，输出一个高电平。下拉电阻R8和R10可以有效防止在检测端悬空时保证其输出状态保持为低电平，确保信号的稳定和可靠。

图4 发动机工作状态检测电路

3.3 输出驱动电路

输出驱动电路 （图5）采用高压高电流的达林顿晶体管阵列ULN2003A，单个芯片集成了7个NPN达林顿管，单个达林顿管的集电极输出电流可以达到500 mA。内置输出嵌位二极管，可以有效防止感性负载通断瞬间的感应电动势对驱动电路的冲击。分别控制：压缩机、冷凝风机、蒸发风机低速、蒸发风机中速、蒸发风机高速、内外循环风、制冷请求等。

图5 输出驱动电路

4 软件设计

该操纵器软件程序设计包括：按键采集、显示驱动、温度采集、输出控制、状态检测、故障报警蜂鸣器提示等部分，本文主要讨论混合动力车型特有的发动机状态检测和切换部分。程序控制流程图如图6所示。

图6 程序控制流程图

当空调操纵器有制冷请求时，空调操纵器给整车控制器的信号为低电平，整车控制器收到此工作信号后会启动发动机工作，空调延时10 s工作，实现延时起动功能，减少电气冲击。整个制冷过程发动机不停机；当车内环境温度达到设定温度值时，空调操纵器给整车控制器的信号为高电平，此时根据混合动力系统要求发动机可以停机，发动机停机后整车控制器给空调的发动机停机信号为高电平，当空调操纵器检测到该信号后制冷请求输出24 V高电平，控制怠速的继电器吸合，实现空调低速通风的功能。当空调离合器工作 （制冷）时，空调操纵器输出给整车控制器的信号为高电平，整车控制器收到此工作信号 （高电平）后，会调整发动机的工作状态。

5 结束语

该混合动力空调操纵器采用的是STM8A汽车级单片机控制，抗干扰性能强，可靠性高，外观精美，按键布局清晰简洁，操作方便，调节功能一键操作。经实际装车使用证明，该混合动力操纵器抗干扰能力强，其控制策略可以满足能源节约和乘客舒适性两者兼顾且稳定工作的效果，其采用的四角螺钉固定的安装方式可以满足不同车型的仪表台布局及不同安装位置的需求。