УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА В САЛОНЕ АВТОМОБИЛЯ

Полезная модель относится к электрооборудованию транспортных средств и может быть использована, в частности, в качестве устройства для автоматического поддержания заданной температуры воздуха в салоне автомобиля.
Известно устройство для управления отопителем автомобиля, содержащее датчик положения вала микромоторедуктора, датчик температуры воздуха в салоне, задатчик температуры воздуха салона, систему электропитания, центральный процессор, задатчик воздухораспределения и схему управления моторедуктором заслонок воздухораспределения (1).
В результате анализа выполнения известного устройства необходимо отметить, что при выключении замка зажигания в момент выполнения устройством процедуры управления заслонками воздухораспределения не сохраняется соответствие между записанным в память центрального процессора кодом и фактическим угловым положением заслонок воздухораспределения. Для устранения указанного несоответствия каждый раз после очередного включения замка зажигания центральный процессор автоматически путем управления несколькими подготовительными движениями штока моторедуктора заслонок воздухораспределения устанавливает указанные заслонки в крайнее исходное положение, что неудобно и сокращает ресурс как самого моторедуктора, так и элементов схемы управления воздухоподачей.
Наиболее близким к предложенному техническому решению является устройство для управления отопителем автомобиля, содержащее вход
электропитания, образованный потенциальной шиной и общим выводом, блок защиты от перенапряжений, связанный входом с потенциальной шиной, вычислительный блок, к первому и второму измерительным входам которого подключены соответственно выход задатчика температуры воздуха салона и выход задатчика воздухораспределения, а к третьему и четвертому измерительным входам упомянутого блока подключены соответствующие выводы устройства, предназначенные для подсоединения одного из них к выходу датчика температуры воздуха в салоне, другого - к выходу датчика угла поворота вала микромоторедуктора заслонки отопителя, узлы сопряжения, первый из которых включен между первым управляющим выходом вычислительного блока и выводом устройства, предназначенным для подключения к микромоторедуктору воздушной заслонки и к первому сигнальному входу вычислительного блока, второй узел включен между вторым управляющим выходом вычислительного блока и выводом устройства, предназначенным для подключения к моторедуктору заслонок воздухораспределения, и третий узел в виде интерфейса включен между последовательным портом ввода-вывода вычислительного блока и информационным выводом устройства, предназначенным для подключения к внешнему диагностическому оборудованию, переключатель режима работы вентилятора отопителя, включенный между потенциальной шиной и выводом устройства, предназначенным для подключения к вентилятору отопителя, стабилизатор напряжения, подключенный управляющим входом к третьему управляющему выходу вычислительного блока, выходом - к выводу устройства, предназначенному для подключения к электродвигателю вентилятора датчика температуры воздуха в салоне и ко второму сигнальному входу вычислительного блока, первый, второй и третий узлы сопряжения подключены выводами питания к выходу блока защиты от перенапряжений, блок стабилизированного бесперебойного электропитания, связанный входом с выходом блока защиты от перенапряжений, четвертый узел сопряжения, включенный между потенциальной шиной питания и
пятым измерительным входом вычислительного блока, к выходу блока стабилизированного бесперебойного питания питающими цепями подключены вычислительный блок, третий узел сопряжения в виде интерфейса, задатчик температуры воздуха салона, задатчик воздухораспределения, внешние датчики температуры воздуха салона и положения вала микромоторедуктора воздушной заслонки (2).
В результате анализа выполнения известного устройства необходимо отметить, что после выключения замка зажигания точное соответствие записанного в память вычислительного блока кода фактическому положению штока моторедуктора заслонок воздухораспределения может соблюдаться только при условии поддержания требуемого уровня напряжения питания моторедуктора в течение отрезка времени, достаточного для завершения выработки вычислительным блоком управляющих импульсов в количестве, соответствующем уставке задатчика воздухораспределения. Указанное условие предполагает выполнение цепи питания моторедуктора заслонок воздухораспределения с большой постоянной времени и, как следствие, применение в схеме устройства конденсаторов большой емкости и больших размеров. Это затрудняет миниатюризацию устройства и повышает его стоимость. Другой недостаток выражается в том, что при функционировании устройства не предусмотрена непрерывная проверка электрических цепей управления моторедуктором заслонок воздухораспределения на обрыв и замыкание, что не позволяет оперативно выявить причину нарушения функционирования системы воздухораспределения.
Задачей полезной модели является удешевление и улучшение эксплуатационных характеристик устройства за счет исключения возможности возникновения ошибки позиционирования заслонок воздухораспределения при выключении замка зажигания, а также за счет осуществления постоянного контроля исправности электрических цепей управления моторедуктором заслонок воздухораспределения.
Поставленная задача обеспечивается тем, что в устройство для регулирования температуры воздуха в салоне автомобиля, содержащее первый плюсовой и общий выводы питания, блок защиты от перенапряжений, связанный входом с первым плюсовым выводом питания, вычислительный блок, узлы сопряжения и согласования, разъем, контакты которого с первого по шестой предназначены для подключения к соответствующим внешним приводу воздушной заслонки, датчику положения вала привода воздушной заслонки, диагностическому оборудованию, датчику температуры воздуха в салоне, приводу вентилятора упомянутого датчика температуры и приводу заслонок воздухораспределения, при этом вычислительный блок подключен питающим выводом к выходу первого источника стабилизированного напряжения, подключенного входом к выходу блока защиты, и снабжен измерительными входами, первый из которых через первый узел согласования связан с первым плюсовым выводом питания, второй - со вторым контактом разъема, третьий - с задатчиком температуры воздуха салона, четвертый - с четвертым контактом разъема и пятый - с задатчиком воздухораспределения, управляющими выходами, первый из которых через первый узел сопряжения связан с первым контактом, второй через второй узел сопряжения - с пятым контактом и третий через третий узел сопряжения - к шестым контактом разъема, сигнальными входами, первый из которых связан с первым контактом, второй - с пятым контактом разъема, портом ввода-вывода, подключенным через четвертый узел сопряжения в виде интерфейса к третьему контакту разъема, узлы сопряжения подключены питающими выводами к потенциальной шине нестабилизированного напряжения, переключатель режима работы вентилятора, один из двух выводов которого предназначен для подключения к приводу вентилятора отопителя, введены второй плюсовой вывод питания, силовой ключ, второй источник стабилизированного напряжения, второй узел согласования, при этом вычислительный блок снабжен
четвертым управляющим выходом, третьим сигнальным и шестым измерительным входами, силовой ключ коммутируемыми выводами включен между выходом блока защиты и потенциальной шиной нестабилизированного напряжения, а управляющим входом подключен к четвертому управляющему выходу вычислительного блока, второй источник стабилизированного напряжения подключен входом к потенциальной шине нестабилизированного напряжения, выходом - к измерительным цепям задатчиков температуры воздуха салона и воздухораспределения, к опорным цепям третьего и четвертого узлов сопряжения, а также ко второму и четвертому контактам разъема, второй узел согласования включен между вторым плюсовым выводом питания и шестым измерительным входом вычислительного блока, подключенного третьим сигнальным входом к шестому контакту разъема, а переключатель режимов работы вентилятора отопителя подключен другим выводом ко второму плюсовому выводу питания, кроме того вычислительный блок может быть выполнен в виде соединенных друг с другом информационной шиной двух микроконтроллеров, один из которых предназначен для управления работой элементов контура отопления, другой, подключенный питающим выводом к выходу второго источника стабилизированного напряжения, предназначен для управления работой элементов контура воздухораспределения.
При проведении патентных исследований из уровня техники не выявлены решения, идентичные заявленному, а, следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию охраноспособности «новизна».
Сведений, приведенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления полезной модели. Для изготовления устройства используются известные блоки, узлы и элементы, в том числе аналогичные указанным в описании наиболее близкого аналога, соединяемые известным образом. С учетом степени раскрытия сущности заявленного устройства в описании его практическое осуществление для специалистов не вызывает каких-либо затруднений.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлена функциональная схема устройства для регулирования температуры воздуха в салоне автомобиля.
Устройство для регулирования температуры воздуха в салоне автомобиля содержит схему электропитания, образованную первым 1, вторым 2 Плюсовыми и общим 3 выводами. С первым 1 плюсовым выводом связан блок 4 защиты от перенапряжений. Устройство также содержит вычислительный блок 5, первый 6 узел согласования и разъем 7, контакты которого с первого 7.1 по шестой 7.6 предназначены для подключения к внешним приводу (микромоторедуктору) 8 воздушной заслонки, датчику 9 положения вала привода 8 воздушной заслонки, диагностическому оборудованию 10, датчику 11 температуры воздуха в салоне, приводу (электородвигателю) 12 вентилятора датчика 11 и к приводу (моторедуктору) 13 заслонок воздухораспределения. Вычислительный блок 5 подключен питающим выводом к выходу первого 14 источника стабилизированного напряжения, подключенного входом к выходу блока защиты 4 от перенапряжений. Кроме того, вычислительный блок 5 подключен шестью измерителными входами соответственно: первым через первый 6 узел согласования - к первому 1 плюсовому выводу питания, вторым - ко второму контакту 7.2 разъема 7, третьим - к задатчику 15 температуры воздуха салона, четвертым - к четвертому контакту 7.4 разъема 7, пятым - к задатчику 16 воздухораспределения и шестым через второй 17 узел согласования - ко второму 2 плюсовому выводу питания; четырьмя управляющими выходами соответственно: первым через первый 18 узел сопряжения - к первому контакту 7.1, вторым через второй 19 узел сопряжения - к пятому контакту 7.5, третьим через третий 20 узел сопряжения - к шестому контакту 7.6 разъема 7 и четвертым - к управляющему входу силового ключа 21, включенного коммутируемыми выводами между выходом блока защиты 4 и потенциальной шиной нестабилизированного напряжения; тремя сигнальными входами
соответственно: первым - к контакту 7.1, вторым - к контакту 7.5 и третьим - к контакту 7.6 разъема 7; портом ввода-вывода через четвертый 22 узел сопряжения в виде интерфейса - к контакту 7.3 разъема 7. Узлы сопряжения 18, 19, 20 и 22 подключены питающими выводами к потенциальной шине нестабилизированного напряжения и осуществляют защиту соответствующих выходов вычислительного блока 5 от внешних аномальных коммутаций. При этом первый 18 узел сопряжения понижает напряжение бортовой сети 12 В до напряжения 10 В и по управляющим сигналам вычислительного блока 5 обеспечивает изменение направления вращения вала микромоторедуктора (привод 8) воздушной заслонки, второй 19 - осуществляет сопряжение напряжения питания 1,2 В электродвигателя (привод 12) вентилятора датчика температуры воздуха в салоне с напряжением-бортовой сети 12 В, третий 20 - осуществляет преобразование постоянного напряжения бортовой сети 12 В в импульсное напряжение для питания шагового двигателя (привод 13) заслонок воздухораспределения; четвертый 22 - преобразует входные сигналы 5 В в выходные сигналы 12 В. Второй источник 23 стабилизированного напряжения подключен входом к потенциальной шине нестабилизированного напряжения, выходом - к цепям задатчиков 15,16,- третьему 20 и четвертому 22 узлам сопряжения, а также к контактам 7.2 и 7.4 разъема 7. Переключатель 24 режима работы вентилятора 25 подключен одним выводом ко второму 2 плюсовому выводу питания, другим - к внешнему приводу 25 вентилятора отопителя.
Вычислительный блок 5 может быть выполнен в виде двух микроконтроллеров 5.1, 5.2, связанных друг с другом информационной шиной.
Заявленное устройство функционирует следующим образом. В исходном состоянии устройства плюсовой вывод 1 питания подсоединен к плюсовому выводу аккумуляторной батареи, плюсовой вывод 2 питания подсоединен к замку зажигания, а общий вывод 3 питания
подсоединен к «массе» автомобиля. Внешние исполнительные элементы и датчики подсоединены к соответствующим выводам схемы устройства.
При включении замка зажигания и подаче напряжения на вывод 2 питания в состояние готовности приводятся вычислительный блок 5 и все другие входящие в состав устройства узлы и блоки. В процессе опроса состояний всех вышеуказанных узлов, блоков и внешних устройств микроконтроллер вычислительного блока 5 производит проверку на область допустимых значений величин для датчиков и задатчиков, оценивает параметры выходных сигналов первого 18, второго 19 и третьего 20 узлов сопряжения, характеризующих режимы работы привода 8 заслонки отопителя, привода 12 вентилятора датчика 11 температуры воздуха в салоне и привода 13 заслонок воздухораспределения. В случае наличия недопустимых отклонений микроконтроллер сохраняет информацию и через узел сопряжения 22 в виде интерфейса передает ее для анализа на диагностическое оборудование 10, которое в режиме реального времени проверяет состояние цепей и блоков устройства.
Регулирование температуры в салоне автомобиля осуществляется с помощью двух контуров регулирования: контура автоматического регулирования температуры воздуха в салоне, включающего задатчик 15 температуры воздуха салона, вычислительный блок 5, первый 18 узел сопряжения, привод 8 заслонки отопителя, датчик 9 положения вала привода 8, датчик 11 температуры воздуха в салоне; контура ручного регулирования воздухораспределения, включающего задатчик 16 воздухораспределения, вычислительный блок 5, третий 20 узел сопряжения и привод 13 воздухораспределения.
Регулирование температуры воздуха в салоне осуществляется вычислительным блоком 5, на второй и четвертый измерительные входы которого поступают сигналы с выходов датчиков 9, 11. По полученным параметрам указанных датчиков и задатчика 15 микроконтроллер блока 5 вычисляет требуемое положение воздушной заслонки и подает через узел
сопряжения 18 сигнал на включение привода 8 заслонки отопителя. При этом воздушная заслонка (не показана) поворачивается на соответствующий угол, который обеспечивает требуемое повышение или понижение температуры воздуха в салоне за счет изменения соотношения потоков горячего и холодного воздуха. В результате периодического опроса выходных данных датчиков 9, 11 и выработки соответствующих сигналов по первому управляющему выходу вычислительный блок 5 обеспечивает поддержание температуры воздуха в салоне на заданном задатчиком 15 уровне.
Регулирование воздухораспределения (управление направлением потока поступающего в салон воздуха) осуществляется следующим образом.
Заданное с помощью задатчика 16 соотношение воздухораспределения в виде конкретного значения напряжения поступает на пятый измерительный вход вычислительного блока 5. По результату измерения блок 5 по третьему управляющему выходу формирует сигнал в виде определенного количества импульсов, которые через узел сопряжения 20 поступают на привод 13 заслонок воздухораспределения и с помощью его штока перемещают на заданный угол заслонки воздухораспределения. В результате поток воздуха отопителя перемещается в пространстве салона и устанавливается в направлении, заданном задатчиком 16 воздухораспределения.
При выключении замка зажигания сигнал об этом через второй 17 узел согласования поступает на шестой измерительный вход вычислительного блока 5. По данному сигналу блок 5, оставаясь подключенным по питанию к аккумуляторной батарее через первый 14 источник стабилизированного напряжения, блок 4 защиты от перенапряжений и первый 1 плюсовой вывод питания, запускает программу штатного выключения питания. При этом момент выработки по четвертому управляющему выходу вычислительного блока 5 сигнала выключения силового ключа 21 наступает только тогда, когда микроконтроллер подаст на привод 13 воздухораспределения определенное количество импульсов напряжения, строго соответствующее
уставке задатчика 16 воздухораспределения. Кроме того, штатное выключение устройства предусматривает организацию записи в память указанного микроконтроллера числового значения, однозначно соответствующего фактическому положению исполнительного механизма (штока привода 13 заслонок воздухораспределения), в котором он находился в момент закрывания силового ключа 21. Благодаря этому, задатчики 15, 16, узлы 18, 19, 20 и 22 сопряжения, датчики 9, 11 и исполнительные элементы 8, 10, 12, 13 обесточиваются, вычислительный блок 5 переходит в «спящий» режим, а устройство в целом потребляет пренебрежимо малый ток, практически не вызывающий разрядку аккумуляторной батареи. При следующем включении замка зажигания и подаче напряжения питания на устройство установка штока моторедуктора 13 в исходное состояние не требуется, так как соответствующее фактическому положению штока в момент выключения силового ключа 21 числовое значение гарантированно сохраняется в памяти вычислительного блока 5. Это исключает необходимость выполнения калибровки после многократных выключений замка зажигания.
Кроме упомянутых свойств к числу достоинств устройства следует отнести его способность автоматически производить калибровку положения заслонок воздухораспределения после выключения замка зажигания и отсоединения первого 1 плюсового вывода питания от аккумуляторной батареи. Осуществляется калибровка автоматически благодаря тому, что в программном обеспечении устройства предусмотрена программа, с помощью которой микропроцессор вычислительного блока 5 после подключения первого 1 плюсового вывода питания к аккумуляторной батареи функционирует в режиме начальной установки, а затем после включения замка зажигания переходит в режим калибровки.
Если вычислительный блок 5 выполнен на двух микроконтроллерах 5.1, 5.2, то последние в процессе функционирования осуществляют непрерывный обмен информацией друг с другом. При этом микроконтроллер 5.1
используется в контуре управления приводом 8 воздушной заслонки, а микроконтроллер 5.2 используется в контуре управления приводом 13 заслонок воздухораспределения. Применение двух микроконтроллеров в вычислительном блоке 5 позволяет, во-первых, уменьшить стоимость устройства за счет применения дешевых микроконтроллеров с малым числом выводов, во-вторых, расширить эксплуатационные возможности устройства, так как при отказе одного из микроконтроллеров другой продолжает функционировать в своем контуре регулирования независимо от первого.
Таким образом, заявленное техническое решение выгодно отличается от прототипа, так как, благодаря вышеописанному алгоритму перевода устройства в «спящий» режим при выключении замке зажигания, позволяет гарантированно сохранить соответствие между положением заслонок воздухораспределения и уставкой задатчика воздухораспределения независимо от количества включений и выключений замка зажигания. Это позволяет улучшить эксплуатационные свойства и повысить надежность функционирования устройства.
Эксплуатационные испытания заявляемого технического решения, используемого в составе изделия 85.3763 производства ОАО «Автоэлектроника», показали его высокую надежность на автомобилях ВА3-2170 и его модификациях.
Источники информации:
1. Патент RU №47817 U1, МПК7 B60L 1/02, 2005 Бюл. №25
2. Патент RU №56865 U1, МПК7 B60R 16/02, 2006 Бюл. №27