汽车空调系统电机耐久试验装置设计

易俊，李妮妮

(广州机械科学研究院有限公司，广东广州 510700)

汽车空调系统电机耐久试验装置设计

易俊，李妮妮

(广州机械科学研究院有限公司，广东广州 510700)

设计一种用于空调系统电机耐久试验的装置，该装置主要由研华USB-4711A数据采集卡及继电器(电磁继电器及固态继电器)组成。采集卡采集与执行电机相连的滑动变阻器的电压，确定电机的运转位置，实现电机自动换向，避免电机到极限位置后继续转动、碰到限位装置而被卡住、电流突然增加而烧毁电机的危险。此试验装置通过数据采集卡控制固态继电器，间接控制电磁继电器通断。通过合理设置电磁继电器的接线方式，实现一个电磁继电器通断电就可以控制电机正反转的功能。

电机耐久试验；数据采集卡；电机自动换向；固态继电器

0 引言

汽车空调包括内外循环执行器、温度循环执行器、模式执行器，它们通过各自的电机控制实现空调内、外循环，制冷、制热及吹脸、吹脚或者除霜等功能。这些功能几乎在每次开车的时候都会用到，因此对其耐久性进行验证非常必要。

内外循环执行器的电机一个工作循环为：从内循环到外循环，再反转到内循环为一个工作循环，温度循环执行器及模式执行器工作方式基本一致。

1 技术实现

1.1 原理及难点分析

此耐久试验的难点在于：(1)控制电机的正反转需要切换电机接线端电压的极性，如图1中电机接线端子A6和A22、A4和A20、A5和A21；(2)试验中需要检测电机旋转的位置，使电机旋转到规定的位置(内、外循环等)时进行换向，电机旋转过度(极限位置时)就会被限位装置卡住，电机电流会骤然增加，存在烧毁电机的危险；(3)耐久试验装置应能记录当前电机循环耐久的次数，一旦电机出现故障应能记录电机发生故障时已经完成的循环数量；(4)达到规定的耐久试验次数后，装置能自动断电；(5)应客户要求，当电机运行到两个极限位置时应暂停给定的时间之后，再反向运转。

对厂家提供的电机参数及其控制部件(见图1)进行分析发现：(1)此电机有一个滑动变阻器与之相连，图中最大5 kΩ的滑动变阻器，如果在其两端(A8和A7端口)加载5 V的电压，电机运转过程中信号端电压变化如图2所示，当滑动变阻器一部分(A8和A14、A8和A25、A8和A9)之间电压为0.3 V和4.7 V时，电机正好处于两个极限位置。通过以上分析，决定采用研华USB-4711A数据采集卡对电机运动位置进行检测、对电机运动方式进行控制。它具有16个模拟量输入通道，可使用这些通道采集滑动变阻器一部分的电压，确定电机的旋转位置；12 b分辨率保证了高采样精度的要求；采样率高达150 kS/s，保证了采样频率的要求，防止电机旋转到极限位置而被卡住的情况；8路DO通道可以输出0或者5 V电压，用以控制低压固态继电器的通断电，从而控制电机正反转。

图1 电机接线端子定义

图2 电机运转过程中信号端电压变化

1.2 电机自动正反转实现

继电器接线示意图如图3所示。此次耐久试验由于需要同时测试2个样品，每个样品需要控制3个执行电机，共计6个执行电机均需单独控制其正反转。为减少继电器使用量及接线的简便性，采用单一继电器通断电控制电机正反转。其接线方式为：如图3所示，公共端5、6分别接入电机需要的电压12 V，触点1、4连接后接电机电源的一端，触点2、3连接后接电机电源的另一端。当数据采集卡控制固态继电器为低电平时，继电器断电，触点1、5和2、6为常闭触点，此时电机右端为正极。当数据采集卡控制固态继电器为高电平时，继电器得电，触点3、5和4、6吸合，此时电机左端为正极。这样就实现了电机的正反转控制。

图3 继电器接线示意图

接线示意图如图4所示。其工作原理为：电机旋转过程中，与之相连的滑动变阻器阻值随之改变，其信号端口A14、A25、A9与接地端口A7之间的电压也随之改变；通过研华USB-4711A数据采集卡的AI0、AI1、AI2端口分别采集这3个执行器信号端电压，确定电机运转位置。当检测到任一信号端电压小于0.3 V时，数据采集卡会控制其对应的输出端口DO0、DO2、DO4输出高电平(5 V)，固态继电器得电，从而与之对应的电磁继电器KM0、KM2、KM4也得电，控制电机反转。此时信号端与接地端电阻增大，电压增大。当数据采集卡检测到电压大于4.7 V时，说明电机已经旋转到极限位置，此时数据采集卡控制其对应的输出端口DO0、DO2、DO4输出低电平(0 V)，固态继电器断电，从而与之对应的电磁继电器KM0、KM2、KM4也断电，控制电机正转。此时信号端电压会随着电机的旋转而变小，小于0.3 V时重复上述步骤。

1.3 电机运行到两个极限启停功能实现

电机运行到两个极限位置时应暂停，这就需要在电机运行到极限位置时给电机断电。具体实施方法为：当采集卡采集到的电压为0.3 V或者4.7 V时控制研华USB-4711A数据采集卡DO1、DO3、DO5端口输出低电平(电压在0.3～4.7 V之间时输入高电平)，同样DO1、DO3、DO5端口只控制固态继电器，再控制电磁继电器。电机的电源线接在电磁继电器的常开触点上。DO1、DO3、DO5输出高电平，固态继电器导通，与之对应的电磁继电器KM1、KM2、KM3吸合，常开触点接触，电路导通，电机得电运行。DO1、DO3、DO5输出低电平，固态继电器断开，与之对应的电磁继电器KM1、KM2、KM3也断开，常开触点断开，电路断开，电机断电停止运行。当达到规定的暂停时间后，DO1、DO3、DO5输出高电平，电机得电运行。以此反复，实现预期的结果。

另一个样品接线方式同此，信号线分别接数据采集卡输入端AI3、AI4、AI5端口，固态继电器接数据采集卡输出端DO6、DO7端口，由于USB-4711A数据采集卡只有8路DO口，故采用第二块USB-4711A数据采集卡的DO0、DO1、DO2、DO3端口，接线及控制方式同前。

由于数据采集卡输出端DO最大只能输出5 V直流电压，而电磁继电器一般需要直流12 V、24 V或者交流220 V才可以驱动；而固态继电器输入功率小，灵敏度高，控制功率小，最低只需要3 V的直流电压即可，电磁兼容性好，噪声低和工作频率高等，故此处在数据采集卡及电磁继电器中间采用固态继电器作为中继继电器，以控制电磁继电器的吸合与断开。

达到规定的循环次数装置自动断电。当数据采集卡DO1、DO3、DO5、DO7及第二块数据采集卡的DO1、DO3端口一直输出低电平，电机就会一直处于断路状态，试验自动停止。

1.4 软件实现

按以上所述完成硬件接线工作(见图5)，软件控制界面如图6所示。接通电源可控制电机正反转，达到试验要求，证明了此检测方法的正确性。

图5 硬件接线图

图6 软件运行界面

2 结束语

采用 Visual Studio等开发平台，使用 C#程序开发语言编写程序。此类平台运行效率较高，功能丰富，可以随心所欲地添加需要的功能及模块。此软件就添加了端口高低电平的显示模块，用以监控电机的正反转运动状态及位置状态。详细介绍了基于研华USB-4711A数据采集卡控制电机耐久试验的接线方式及控制原理，以期为其他工程技术人员开发类似功能系统提供参考。

【1】魏长军，吴青，陈兴宝，等.基于工具包的研华PCI_1680通讯卡OPC服务器软件的实现[J].河南理工大学学报(自然科学版)，2008，27(4):437-439. WEI C J,WU Q,CHEN X B,et al.The Realization of OPC Server for Yanhua PCI_1680 Communication Card Based on the Toolkit[J].Journal of Henan Polytechnic University(Natural Science),2008，27(4):437-439.

【2】研华科技.User’s Manual of PCI-1713 Analog Input Card[M].

【3】研华科技.USB-4711_user_manual(CH)[M].

【4】研华科技.USB4711A_User_Interface[M].

【5】陈元琰，邓宗明，张睿哲，等.Visual C++6.0编程[M].北京:清华大学出版社,2001.

【6】JOHNSONBUGH R,KALIN M.Object-orinented Programming in C++[M].2nd Ed.

【7】曹毅，陈漫.探讨研华32位DLL驱动程序[J].自动化技术与应用,2002,21(6):57-59. CAO Y,CHEN M.About the Advantech 32-Bit DLL Driver[J].Techniques of Automation and Applications,2002,21(6):57-59.

【8】李红霞,曹顺安.利用PCL-818HG卡快速开发数据采集软件的方法[J].工业仪表与自动化装置,2003(3):51-53.

Design of Automotive Air Conditioning System Motor Endurance Test Device

YI Jun, LI Nini

(Guangzhou Mechanical Engineering Research Institute Co., Ltd., Guangzhou Guangdong 510700,China)

A device was designed for air-conditioning system motor durability test. The device consisted of an Advantech USB-4711A data acquisition card and relays (electromagnetic relays and solid state relays). By detecting the voltage of the sliding rheostat which was connected with the motor, the motor reversing was controlled, to avoid the risk that motor continued to rotate after the limit position, hit the caging device, the current increased suddenly to burn the motor.In the test device, a data acquisition card was used to control the solid state relay,then to control the electromagnetic relay off indirectly. By setting reasonable electromagnetic relay wiring,the function that controlling an electromagnetic relay power can control motor reversing.

Motor durability test; Data acquisition cards; Motor automatic reversing; Solid state relays

2016-05-29

易俊(1988—)，男，硕士，工程师，从事汽车零件检测、设备开发等工作。E-mail:779066802@qq.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.02.007

U463.85+1

B

1674-1986(2017)02-028-04