汽车空调温度湿度控制一体化设计

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汽车空调温度湿度控制一体化设计
现行汽车发展方向与状况迫使汽车空调向标准化方向发展，并向全季节型的车厢气候控制方向发展。在现代汽车自动空调系统中，最主要是温度梯度控制和相对湿度控制两个方面。而空调ECU是根据外界气候条件及温度和湿度传感器检测车厢内信号，自动打开加热、制冷或去湿装置，使汽车车厢内的温湿度能维持在人体较舒适的范围内，而且能够根据车内外的温差进行自动除霜，避免挡风玻璃起雾致使能见度降低。
在开发汽车空调自动系统方面我国起步较晚，而空调传感器的研发更是落后于发达国家，现在国内品牌轿车所采用的全自动空调传感器都是依赖进口，这在一定程度上制约了我国汽车工业发展水平。鉴于现状，笔者提出一种一体化设计思想，并采用集成传感器结合强制风流方案。这一设计理念有助于提升我国在这一领域里创新水平。
1 设计思想

环境的相对湿度是受环境的温度变化而变化的，所以测量某点相对湿度时必须同时进行该点温度的测量。全面考虑汽车环境和传感器的灵敏度、频响特性、线性范围、稳定性和准确度等要求，温度传感器采用电流型集成温度传感器，湿度传感器采用IH3605集成湿度传感器。为了保证测量数据的真实可靠，并防止传感器表面结露及集灰，传感器表面空气应有一定的流动性，须配有风扇强制流动。风扇的电动机应是无刷直流电动机，这样才会避免电磁的干扰，并把这3个单元进行一体化设计。从而达到结构紧凑、体积小、测量准确、可靠性高等特点。传感器结构如图1所示。


汽车空调湿度、温度控制原理如图2所示。由于人体散发的水汽造成车厢内湿度增加，湿度测量单元便会检测到相对湿度的变化，当超过一定值时，空调控制器启动制冷压缩机，进而循环风机强制车厢内空气流过冷却器表面。经过冷却降温除湿后，再被加热到一定的温度，从而达到除雾的作用，并保持车厢内较舒适的环境；温度测量单元用于空调控制器测量车厢内温度变化，控制加热电磁阀打开循环水加热时机和加热时间。
2 集成湿度传感器
IH3605湿度传感器是一种电容式集成湿度传感器，它把电容式湿度传感器与调理电路一起制作在陶瓷基片上，空气中的水蒸气通过保护性聚醋层经过多孔铂层进入介质层，改变介质介电常数，从而使电容量发生变化。通过电容／频率和频率／电压的转换电路，将电容量变化转换为直流电压输出。在25℃时，输出直流电压Uo与相对湿度Ho成线性关系

式中：E—— IH3605的电源供电电压；H0——25℃时的相对湿度。
例如，当E=5 V，Ho=0～100%RH时，对应的U0=0.8-3.9 V。
在25℃时，可依照上式从输出电压Uo计算出被测的相对湿度值。但是当环境温度t变化，t≠25℃时，按上式从输出电压Uo计算出的相对湿度值Ho,并不等于实际的相对湿度H，应按下式进行湿度补偿，计算出实际的相对湿度值H。

式中：t——当前的摄氏温度值；H——当前的摄氏温度t≠25℃时的相对湿度值。
当t=25℃时，由上式可计算得H=Ho。
由于IH3605的输出电压较高且线性较好，因此，无需放大和非线性校正，可直接接到A/D转换器上，完成模拟量到数字量的转换。它可以直接用作电子触发开关的信号源，来启动压缩机工作。
3 集成温度传感器

该类传感器分为：电流型集成温度传感器、电压型集成温度传感器、频率型集成温度传感器、数字型集成温度传感器。该设计方案采用了电压型集成温度传感器，这一传感器的主要特点是电流电压比较低，一般在50μA以下。所以器件的自热很小，一体化设计时，该单元不会影响湿度测量单元，而且可以直接成为空调控制系统的输人信号，如图3所示。
图3中，T5 的基射结电压和基射结面积都与T3、T4相同，所以流过T5和R2的电流与流过T3, T2, R1及流过T4, T1 的电流都相同。因此，由△Ube=（KT/q )xln（A2/A1)得出输出电压为
式中：S——灵敏度系数。
由上式可以看出，只要R2/R1为一常数，就可以得出正比于绝对温度的输出电压。
4 风扇驱动电路设计
如图4所示，U2为US91型双绕阻无刷直流电动机专用驱动电路。它具有独特的恢复电路和抗干扰抑制能力，使其电磁辐射控制在可接受的范围内。12V电源直接由M 、M-端接入。
5 总结
该设计方案充分利用了集成优势。其分布电容小、抗电磁辐射能力强、成本低廉、体积小、结构紧凑，经试验测定其性能稳定、输出信号线性度好、精度级高、测量准确、调试及标定方便，可形成产品一致性，能够在-50-100℃的环境中连续工作，在温度为20%-90%时RH范围可达±0.5%的准确度。它特别适合汽车全自动空调对环境测量的要求。可以实施开发生产，替代现行进口产品。

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好资料。谢谢分享

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