基于MAP的汽车空调急加速自动启停控制器的设计

广西师范大学教育科学学院　尹本雄广西河池学院物理与机电工程学院　陆正杰



基于MAP的汽车空调急加速自动启停控制器的设计

广西师范大学教育科学学院尹本雄
广西河池学院物理与机电工程学院陆正杰

【摘要】该控制器采集汽车进气歧管压力传感器（MAP传感器）的输出数据，经过单片机处理，控制汽车压缩机的断开与接通，实现了在汽车起步、急加速和爬坡时自动断开压缩机负荷，消除了这些情形下空调对动力的影响。由于利用了原车传感器，故成本低廉、电路简单。并且断开压缩机负荷的延时时长、介入灵敏度可调。经过多种不同车型车主的实际使用，基本不再感受到空调对汽车动力的影响。

【关键词】进气歧管压力传感器（MAP）；汽车空调；单片机；急加速；启停控制；STC15F204EA

目前国家提倡家庭用小汽车购买节能减排的小排量车型，但小排量车型动力较弱，特别是1.8L以下的自然吸气发动机。一般情况下，非独立式空调压缩机工作以后，汽车动力性能下降10%～15%[1]，在夏天开启空调制冷后，空调压缩机占用发动机功率的比例过大。在汽车转速较低的起步和提速阶段，发动机输出的功率又只有其最大功率的几分之一，因而起步和提速时空调对动力的影响尤为明显。

考察常见的解决方案，其中一种方案的原理为当油门踏板踩至90%后，会触发一个行程开关从而停止空调的工作，这种控制方式的缺点是显而易见的，小于90%油门深度的急加速它没办法触发。简单来说，起步和急加速时油门深度不一定超过90%；而油门深度超过90%时也不一定是要提速，比如说在高速上匀速行驶。另一种方案是增设一个压力开关，用气管连接至进气歧管处，当压力变化到某个阈值时触发压力开关，从而断开压缩机负载。该方案也有几个明显的不足，一是介入灵敏度无法调整；二是压缩机断开的延时长度不可调整，可能造成压力开关在临界点附近震荡；三是由于连接气管长度的原因，从而造成灵敏度和响应滞后时间不理想。也有采用加速度传感器检测车辆运动状态的方案[2]，但安装复杂、成本较高，并且空调对动力的影响正好表现为车辆的加速度变化跟不上油门，因此通过检测车辆加速度的变化来控制空调的关闭与开启，不能很好解决空调对动力的影响，正如该方案的设计目的所述，它主要是解决空调系统根据车辆的状态来运作，以实现空调的节能。

1　设计原理的分析

现在的汽车基本为电喷系统，它在进气歧管内设置有一个进气歧管压力传感器（MAP传感器）。急加速时，进气歧管里的真空度会出现较大变化，这时MAP传感器会输出一个与真空度成反比的电压信号。利用单片机检测出这个突变的信号，在急加速时断开空调电磁离合的供电，延迟一定时间后再恢复供电。也就是说，在转速提升跟不上油门的时候，进气歧管里的真空度会突然产生较大的变化，而这种情形正是动力不足的一个表现，多发生在起步、急加速、爬陡坡等重负荷场合。下图示例了正常加速和急加速时两种情况下的MAP传感器波形，可以看到，正常加速时的波形，不管是上升沿的斜率还是波峰幅值，都比急加速时的波形小得多。

图1　正常加速与急加速时的MAP波形

2　控制器的设计实现

考虑到控制器需要能够连续调整介入灵敏度和延迟时间，因此需要采用具有两路以上ADC的单片机，这里选用了STC15F204EA。

延迟时间调整电位器可调整范围为0～60s，为了简化用户对延迟时间的调整，还增加了一组三位的拨码开关J2，用以实现5s、10s、20s、30s的快速设置。单片机程序设计上主要考虑两点：一是对进气压力传感器来的信号进行处理，包括滤波、斜率检测，用以判断在合适的时机触发控制器。二是将触发器设计为可重触发模式，在延迟期间如果再次满足触发条件，则延迟时间顺延，以适应连续的急加速情况。

由于正常驾驶过程中，起步和急加速等情形是频繁存在的，为了延长控制器的寿命和可靠性，没有采用继电器，而是使用一个MOS管IRFZ44来实现对压缩机电磁离合线圈的通断控制。为了方便驾驶员对压缩机工作状态的观察，设置了一个压缩机工作状态指示灯，通过跳线帽的方式外接led2实现。

最后，设置了一个自锁按键开关S，用以实现关闭和开启该控制器功能作用。

图2　控制器电路原理图

3　控制器功能的测试

控制器与外部只有4根连接线，分别是MAP传感器信号线、压缩机电磁离合线圈负极线OUT、电源正极线Vcc、地线GND，因此安装比较简单。采用原车专用线束插头做转接后，用户将控制器插头与MAP传感器、压缩机插头直接对插即可完成安装。根据驾驶员平时偏激烈或者偏温和的驾驶风格、驾驶习惯，适当调整控制器的介入灵敏度和延迟时间。从具体路试结果来看，该控制器达到了设计目标：①平路上行驶时，平缓起步控制器不介入，快速起步则控制器介入并自动关闭空调，延迟设定时间后再自动恢复。②在较陡的坡上行驶时，控制器会随之介入。③在路况好的路段测试超车，控制器能够快速响应驾驶员的超车意图。

4　结论

通过多名不同车型车主的实际使用，该控制器较好地解决了小排量汽车在开启空调制冷后对动力影响较大的问题，特别是在起步、急加速、爬坡等重负荷下，控制器能够快速地响应，释放空调压缩机对发动机动力的占用，恢复不开空调时的动力表现。由于空调蒸发器的热惯性，暂时中断短时间的压缩机运转，并不会影响司乘人员的温度舒适性感受。另外，汽车制冷系统的设计不同于家用空调，它具备完善的过热、过压保护[3]，汽车空调蒸发器上装有温度传感器，低于某一温度时（比如2℃），则分离压缩机，高于某一温度时（比如5℃），则结合压缩机，因此，汽车空调设计是适于频繁启停工作的，不用担心压缩机频繁启停对制冷系统造成的伤害。综合来看，这是一种简单经济而又有效解决空调对小排量汽车动力影响的方案。

参考文献

[1]曾壮.基于R134a的汽车空调压缩机功率消耗估算[J].客车技术,2004(4):13-15.

[2]贺萍.一种新型汽车空调节能控制器的设计[J].电子技术应用,2008(1):51-55.

[3]凌晨.汽车空调系统的组成与原理[J].汽车电器,2009(5).

尹本雄，讲师，目前研究方向为嵌入式技术开发、电子技术应用。

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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