|
作者：德州儀器 無(wú)論在酷暑還是寒冬，乘客始終可以通過(guò)汽車(chē)的加熱和制冷系統享受到舒適的車(chē)內環(huán)境。在不同類(lèi)別的車(chē)輛中，這些暖通空調（HVAC）系統的復雜性和自動(dòng)化程度也各不相同。經(jīng)濟型汽車(chē)可能需要駕駛員手動(dòng)旋轉旋鈕來(lái)控制溫度，而在高端車(chē)輛中，則可以通過(guò)傳感器同時(shí)自動(dòng)控制車(chē)內的溫度以及空氣的濕度和質(zhì)量。 空氣流動(dòng) 無(wú)論何種類(lèi)別的車(chē)輛，汽車(chē)HVAC系統都需要交換空氣，并在此過(guò)程中改變其溫度、濕度和質(zhì)量。 讓我們來(lái)看一下空氣流動(dòng)的原理�？諝饪梢詮能�(chē)廂外部或內部吸入系統。也可以通過(guò)蒸發(fā)器或換熱器進(jìn)入HVAC系統以進(jìn)行調節；經(jīng)過(guò)調節的空氣分布在整個(gè)車(chē)廂內，讓乘客腳部保暖，或者防止擋風(fēng)玻璃起霧。 空氣流動(dòng)的途徑有很多種：從外部到蒸發(fā)器再到擋風(fēng)玻璃，或從內部到熱交換器再到車(chē)廂底部的通風(fēng)口。那么HVAC系統是如何控制空氣流動(dòng)的方式呢？ 圖1所示為HVAC系統的側視圖。關(guān)鍵組件用數字標記，箭頭指示空氣流動(dòng)的方向。圖1中的部件4至8所示為風(fēng)門(mén)執行器。橙色虛線(xiàn)表示風(fēng)門(mén)移動(dòng)的區域，而橙色實(shí)線(xiàn)代表風(fēng)門(mén)。HVAC系統中的風(fēng)門(mén)執行器的數量取決于系統的整體復雜性——屬于單區域還是多區域HVAC。 
圖 1：由八個(gè)部件組成的汽車(chē)HVAC：1 =鼓風(fēng)機，2 =蒸發(fā)器，3 =加熱器，4 =進(jìn)氣風(fēng)門(mén)，5,6和7 =空氣分配風(fēng)門(mén)，8 =空氣混合風(fēng)門(mén) 風(fēng)門(mén)執行器 空氣通過(guò)管道在HVAC系統中流動(dòng)；風(fēng)門(mén)通過(guò)全部或部分打開(kāi)或關(guān)閉管道的分段，控制空氣的流動(dòng)方式。風(fēng)門(mén)執行器（也稱(chēng)為阻尼器）是移動(dòng)風(fēng)門(mén)的電氣設備。 汽車(chē)HVAC系統中有三類(lèi)風(fēng)門(mén)執行器： • 進(jìn)氣風(fēng)門(mén)執行器（圖1中的部件4）：該風(fēng)門(mén)執行器控制調節空氣源——車(chē)外空氣或車(chē)內的再循環(huán)空氣。該風(fēng)門(mén)執行器位置可由駕駛員使用再循環(huán)按鈕或由HVAC系統根據車(chē)內空氣質(zhì)量傳感器的數據進(jìn)行控制。 • 空氣混合風(fēng)門(mén)執行器（圖1中的部件8）：該風(fēng)門(mén)執行器將暖氣（熱交換器）和冷風(fēng)（蒸發(fā)器）混合，以達到設定的空氣溫度。 • 空氣分配風(fēng)門(mén)執行器（圖1中的部件5、6和7）：該類(lèi)風(fēng)門(mén)執行器的數量根據車(chē)輛類(lèi)別而不同，用于分配車(chē)廂內的空氣。 直流電機 哪些電氣設備負責驅動(dòng)風(fēng)門(mén)？正如空氣流動(dòng)的控制方式有多種一樣，汽車(chē)制造商在驅動(dòng)風(fēng)門(mén)的電氣設備上也有多種選擇。包括帶有電位器的有刷直流電機用于感測風(fēng)門(mén)的位置；使用反電動(dòng)勢（反EMF）測量位置或通過(guò)計算步數測量位置的步進(jìn)電機的三相無(wú)刷直流（BLDC）電機。這些直流電機通過(guò)不同尺寸的齒輪驅動(dòng)風(fēng)門(mén)。 更多選擇 選擇電機后，HVAC系統工程師還可以選擇驅動(dòng)電機的架構。如前所述，風(fēng)門(mén)執行器可以在本地或遠程控制。在本地控制中，控制電機的電子設備位于電機附近，即電機控制IC集成在電機所在的相同殼體中（見(jiàn)圖2中的風(fēng)門(mén)執行器控制）。諸如局域互連網(wǎng)絡(luò )（LIN）之類(lèi)的通信協(xié)議控制電機，將風(fēng)門(mén)驅動(dòng)到特定位置。在遠程控制中，控制電機的電子設備位于遠離風(fēng)門(mén)執行器的HVAC控制單元（見(jiàn)圖3）。HVAC控制單元上的電機驅動(dòng)器和微控制器之間的通信可以通過(guò)串行外設接口（SPI）實(shí)現，甚至可以通過(guò)并行數字控制接口實(shí)現。德州儀器（TI）公司的DRV8912-Q1是一個(gè)通過(guò)SPI與微控制器連接的設備示例，用于遠程驅動(dòng)風(fēng)門(mén)執行器。 圖2和圖3說(shuō)明了兩種可能的架構。圖2中的架構比圖3中的架構更復雜；然而，圖2中的架構提供了更大的設計可擴展性和靈活性。
圖2：風(fēng)門(mén)執行器電機的遠程控制
圖3：風(fēng)門(mén)執行器的集成電機驅動(dòng)器 更多選擇 我們來(lái)看一下微控制器和電機驅動(dòng)器控制集成電路之間的連接。HVAC系統設計人員在該連接上也有多種選擇。微控制器可以使用數字通信接口（如SPI）連接到電機驅動(dòng)器，也可以使用控制線(xiàn)直接連接到電機驅動(dòng)器。圖4和圖5說(shuō)明了這些選擇。
圖4：使用SPI與電機驅動(dòng)器通信的微控制器
圖5：直接控制電機驅動(dòng)器的微控制器 簡(jiǎn)化元件 用于BLDC和步進(jìn)電機的驅動(dòng)器電子元件比驅動(dòng)有刷直流電機所需的電子元件更為復雜。若您選擇使用有刷直流電機來(lái)移動(dòng)風(fēng)門(mén)，則使用直接驅動(dòng)風(fēng)門(mén)電機的電機驅動(dòng)器具有明顯的優(yōu)勢——在硬件和軟件方面都更簡(jiǎn)單。 |
