一種基于PLC的汽車空調(diào)循環(huán)智能控制系統(tǒng)的研究

韓敬賢 高悅

安徽糧食工程職業(yè)學院機電工程系 安徽省合肥市 230013

隨著自動控制技術(shù)的進步，汽車上很多功能實現(xiàn)了智能化控制，比如：自動泊車、自動雨刮、自感應大燈等。汽車空調(diào)也開始進入自動空調(diào)的時代，但目前，自動空調(diào)僅是通過控制壓縮機啟停和風機風量大小來進行調(diào)節(jié)汽車內(nèi)的空氣溫度，汽車空調(diào)的內(nèi)外循環(huán)仍然主要是手動按鈕控制。汽車空調(diào)循環(huán)智能控制系統(tǒng)的研究針對的就是汽車空調(diào)內(nèi)外循環(huán)的自動控制，該研究項目已列入2017年安徽高校省級科學研究項目。

1 汽車空調(diào)內(nèi)外循環(huán)對于汽車空調(diào)的效能和車內(nèi)空氣質(zhì)量的影響

汽車空調(diào)內(nèi)外循環(huán)對于汽車空調(diào)的效能和車內(nèi)空氣質(zhì)量均有較大的影響，主要影響有以下方面：

（1）當車外溫度大于車內(nèi)溫度，空調(diào)處于制冷狀態(tài)時，車內(nèi)循環(huán)工況比車外循環(huán)工況制冷效果好；當車外溫度小于車內(nèi)溫度，空調(diào)處于制冷狀態(tài)時，車外循環(huán)工況比車內(nèi)循環(huán)工況制冷效果好；

（2）當車外溫度大于車內(nèi)溫度，空調(diào)處于制熱狀態(tài)時，車外循環(huán)工況比車內(nèi)循環(huán)工況制熱效果好；當車外溫度小于車內(nèi)溫度，空調(diào)處于制熱狀態(tài)時，車內(nèi)循環(huán)工況比車內(nèi)循環(huán)工況制熱效果好；

（3）當車外CO濃度大于車內(nèi)CO濃度時，應當開啟車內(nèi)循環(huán)工況，阻止車外CO進入車內(nèi)，防止污染車內(nèi)空氣；當車內(nèi)CO濃度大于車內(nèi)CO濃度時，應當開啟車外循環(huán)工況，將車內(nèi)的CO迅速排出車內(nèi)，引入車外新鮮空氣，改善車內(nèi)空氣質(zhì)量。

（4）車輛長時間閉窗駕駛，車內(nèi)乘員呼吸造成的車內(nèi)的二氧化碳濃度升高，容易讓駕駛員產(chǎn)生倦意，影響駕駛安全。

（5）當車外空氣中PM2.5濃度大于車內(nèi)空氣PM2.5濃度時，應當開啟車內(nèi)循環(huán)工況，防止車外空氣污染車內(nèi)空氣；當車內(nèi)PM2.5濃度大于車外PM2.5濃度時，應當開啟車外循環(huán)工況，引入車外新鮮空氣，降低車內(nèi)PM2.5濃度，改善車內(nèi)空氣質(zhì)量。

2 系統(tǒng)的組成

汽車空調(diào)循環(huán)智能控制系統(tǒng)由檢測裝置、處理器和執(zhí)行裝置3部分組成。

2.1 檢測裝置

系統(tǒng)工作開關(guān)、車外溫度傳感器、車內(nèi)溫度傳感器、車外CO濃度傳感器、車內(nèi)CO濃度傳感器、車外CO2濃度傳感器、車內(nèi)CO2濃度傳感器、風量調(diào)節(jié)旋鈕、溫度調(diào)節(jié)旋鈕、空調(diào)壓縮機控制開關(guān)；

2.2 處理器

汽車空調(diào)循環(huán)智能控制系統(tǒng)中央處理器、自動空調(diào)控制模塊；

2.3 執(zhí)行裝置

車外車內(nèi)循環(huán)控制切換開關(guān)、系統(tǒng)工作指示燈、報警燈、蜂鳴報警器、HMI顯示屏；

將以上所有元件進行整合，做出實物如圖1所示。

圖1 組裝完畢模擬實驗平臺

3 工作原理

汽車空調(diào)循環(huán)智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，汽車空調(diào)循環(huán)智能控制系統(tǒng)工作流程圖如圖3所示。系統(tǒng)在工作過程中，采用汽車電瓶12V直流電源，利用DC-AC逆變電源轉(zhuǎn)220V交流電或利用DC-DC直流升壓模塊轉(zhuǎn)24V直流電給供控制器單元供電。

通過圖2和圖3，可以簡述一下汽車空調(diào)循環(huán)智能控制系統(tǒng)工作原理：

3.1 系統(tǒng)開啟

按下系統(tǒng)開關(guān)，旋轉(zhuǎn)空調(diào)風量調(diào)節(jié)旋鈕，空調(diào)循環(huán)智能控制系統(tǒng)開啟。

3.2 系統(tǒng)工作

溫度調(diào)節(jié)旋鈕提供溫度信號作為系統(tǒng)控制的目標值，車內(nèi)外的CO濃度傳感器、CO2濃度傳感器、PM2.5濃度傳感器、溫度傳感器分別提供汽車空調(diào)循環(huán)智能控制系統(tǒng)中央處理器所需的各類信號。

圖2 汽車空調(diào)循環(huán)智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 汽車空調(diào)循環(huán)智能控制系統(tǒng)工作流程圖

空調(diào)壓縮機控制開關(guān)打開，該系統(tǒng)進入制冷狀態(tài)下的控制模式；空調(diào)壓縮機控制開關(guān)關(guān)閉，該系統(tǒng)進入制熱或自然進風狀態(tài)下的控制模式。

圖4 實驗結(jié)果

結(jié)合車內(nèi)空氣質(zhì)量對車內(nèi)人員的影響，可以通過軟件程序控制，設定各個子程序的優(yōu)先級別：CO濃度＞CO2濃度＞PM2.5濃度＞溫度。另外，由于CO濃度極有可能威脅人的生命安全，因此，特設定CO濃度報警裝置，通過危險顯示燈和蜂鳴器進行報警。

3.3 系統(tǒng)關(guān)閉

按下系統(tǒng)關(guān)閉開關(guān)，空調(diào)循環(huán)智能控制系統(tǒng)關(guān)閉?；謴偷皆囀謩幽Ｊ?。

3.4 系統(tǒng)調(diào)試

利用PLC配套的STEP 7-MicroWIN S軟件進行編程，并將程序下載至PLC后進行調(diào)試，實驗結(jié)果滿足設計前的需求。其實驗結(jié)果如圖4所示。

4 可擴展功能

再此系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，可以對其后期進行功能的擴展，比如：在CO濃度過高時，可以連接移動網(wǎng)絡，時直接撥打報警電話，也可以聯(lián)接汽車自動車窗控制模塊，自動降下車窗，強制通風。目前只是利用了PLC的部分簡單控制功能，后續(xù)還可以繼續(xù)開發(fā)。

5 結(jié)語

目前，也有廠家技術(shù)人員對汽車空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)進行研究，但主要采用工作時間的設定來自動控制內(nèi)外循環(huán)的切換。例如，夏天汽車空調(diào)剛開始工作進行制冷，采用空調(diào)系統(tǒng)車外循環(huán)，在工作幾分鐘后轉(zhuǎn)為車內(nèi)循環(huán)，再工作1個小時后切換為車外循環(huán)，從而改善空氣質(zhì)量，如此往復。這屬于定時控制，雖然也可起到改善空氣質(zhì)量的效果，但是不能適時監(jiān)測，精確控制，而此項目的研究正是為了更好的精確控制車內(nèi)空氣質(zhì)量，保障車內(nèi)成員的身體健康，降低空調(diào)能耗，節(jié)能減排，同時減輕駕駛?cè)藛T的工作強度，提升駕駛安全性能。