УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ОТОПИТЕЛЕМ АВТОМОБИЛЯ

Полезная модель относится к электрооборудованию транспортных средств и может быть использована, в частности, в качестве устройства для автоматического управления отопителем салона автомобиля.
Известно устройство для управления отопителем автомобиля, содержащее микропроцессор, таймер измерения временных интервалов, задатчик температуры, переключатель режимов работы вентилятора, узлы сопряжения с исполнительными механизмами (1).
Недостаток известного технического решения заключается в том, что оно не удовлетворяет в полной мере современным требованиям по обеспечению комфортных условий в салоне автомобиля из-за нереализованной в нем функции ручного регулирования направления воздушного потока, создаваемого вентилятором отопителя.
Наиболее близким к предложенному техническому решению является устройство для управления отопителем автомобиля, осуществляющее для поддержания заданной температуры в салоне автомобиля автоматическое управление заслонкой отопителя по сигналам от датчика положения вала микромоторедуктора, датчика температуры воздуха в салоне, задатчика температуры воздуха салона, содержащее систему электропитания, центральный процессор, на который поступают сигналы с датчика
положения вала микромоторедуктора управления заслонкой отопителя, датчика температуры воздуха в салоне, задатчика температуры воздуха салона, схему управления микромоторедуктором заслонки отопителя, управляемую с центрального процессора, переключатель режимов работы вентилятора отопителя для ручного управления вентилятором отопителя, задатчик температуры воздуха салона и систему выдачи диагностической информации на внешнее диагностическое оборудование, задатчик режимов работы заслонок воздухораспределения и схему управления моторедуктором заслонок воздухораспределения, связанные с соответствующими измерительными и сигнальными выводами центрального процессора (2).
Известное устройство обладает недостатками, состоящими в следующем.
При выключении зажигания и отключении устройства от бортовой сети автомобиля нарушается однозначное соответствие между последним записанным в память центрального процессора числовым значением, используемым для управления моторедуктором заслонок воздухораспределения, и фактическим угловым положением указанных заслонок. В результате при последующем включении замка зажигания и подаче напряжения на вход электропитания устройства каждый раз выполняется процедура обеспечения синхронизации, состоящая в том, что сначала шток моторедуктора устанавливается в крайнее исходное положение до упора и только после этого путем пошагового поступательного перемещения штока заслонки устанавливаются в положение, однозначно соответствующее задатчику воздухораспределения.. Это сопряжено с лишними подготовительными движениями заслонок и соответственно с нерациональным использованием ресурса как самого моторедуктора, так и всех элементов системы управления воздухоподачей. Кроме того, необходимость выполнения указанных манипуляций не позволяет уменьшить время установки заслонок в положение, предписанное задатчиком воздухораспределения.
Указанные обстоятельства существенно ухудшают эксплуатационные характеристики устройства и снижают надежность системы управления отопителем в целом.
Задачей полезной модели является улучшение эксплуатационных характеристик подобного устройства. Технический результат связан в конечном счете с повышением надежности функционирования системы управления отопителем в целом.
Поставленная задача решается тем, что в устройство для управления отопителем автомобиля, содержащее вход электропитания, образованный потенциальной шиной и общим выводом, предназначенным для подключении к «массе» автомобиля, 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 воздушной заслонки, узлы сопряжения, первый из которых включен между первым управляющим выходом вычислительного блока и выводом устройства, предназначенным для подключения к микромоторедуктору заслонки отопителя и к первому сигнальному входу вычислительного блока, второй узел сопряжения включен между вторым управляющим выходом вычислительного блока и выводом устройства, предназначенным для подключения к моторедуктору заслонок воздухораспределения, третий узел сопряжения в виде интерфейса, включен между последовательным портом ввода-вывода вычислительного блока и информационным входом-выходом 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, упомянутые первый, второй и третий узлы сопряжения подключены выводами питания к выходу блока защиты от перенапряжений, введены блок стабилизированного бесперебойного электропитания, связанный входом с выходом блока защиты от перенапряжений, и четвертый узел сопряжения, при этом вычислительный блок снабжен пятым измерительным входом, соединенным с потенциальной шиной питания через четвертый узел сопряжения, а к выходу блока стабилизированного бесперебойного электропитания питающими цепями подключены вычислительный блок, третий узел сопряжения в виде интерфейса, задатчик температуры воздуха салона, задатчик воздухораспределения, внешние датчики температуры воздуха в салоне и положения вала микромоторедуктора заслонки отопителя.
Решению поставленной задачи способствуют частные существенные признаки полезной модели.
Вычислительный блок выполнен в виде микроконтроллера с возможностью перепрограммирования.
Стабилизатор напряжения, управляемый от вычислительного блока, выполнен в виде широтно-импульсного преобразователя.
На чертеже (фиг.1) представлена схема электрическая функциональная предложенного устройства для управления отопителем автомобиля.
В состав устройства входят следующие элементы. Вход электропитания, образованный потенциальной шиной 1 и общим выводом 2, предназначенным для подключения к «массе» автомобиля. Блок 3 защиты от перенапряжений, связанный входом с потенциальной шиной 1 и выполненный, например, на базе использования ограничительного диода
типа 1,5OД22. Вычислительный блок 4 с возможностью перепрограммирования, выполненный, например, на базе микроконтроллера типа 16F690, к первому и второму измерительным входам которого подключены соответственно выход задатчика 5 температуры воздуха салона и выход задатчика 6 воздухораспределения, а к третьему и четвертому измерительным входам упомянутого блока подключены соответствующие выводы устройства, предназначенные для подсоединения одного из них к выходу датчика 7 температуры воздуха в салоне, другого - к выходу датчика 8 угла поворота вала микромоторедуктора 9 заслонки отопителя. Узлы сопряжения, первый 10 из которых, выполненный, например, на базе микросхемы типа К1040УД4П, включен между первым управляющим выходом вычислительного блока 4 и выводом устройства, предназначенным для подключения к микромоторедуктору 9 заслонки отопителя и к первому сигнальному входу вычислительного блока 4, второй узел 11, выполненный, например, на базе микросхемы типа L6219, включен между вторым управляющим выходом вычислительного блока 4 и выводом устройства, предназначенным для подключения к моторедуктору 12 воздухораспределения, и третий узел 13 в виде интерфейса, выполненный, например, на базе микросхемы МС33290, включен между последовательным портом ввода-вывода вычислительного блока 4 и информационным входом-выходом устройства, предназначенным для подключения к внешнему диагностическому оборудованию 14. Переключатель 15 режима работы вентилятора 16 отопителя, включенный между потенциальной шиной 1 и выводом устройства, предназначенным для подключения к вентилятору 16 отопителя. Стабилизатор напряжения 17, выполненный, например, в виде широтно-импульсного преобразователя и подключенный управляющим входом к третьему управляющему выходу вычислительного блока 4, выходом - к выводу устройства, предназначенному для подключения к электродвигателю вентилятора датчика 7 температуры воздуха в салоне и ко второму сигнальному входу вычислительного блока 4. Первый 10, второй 11
и третий 13 узлы сопряжения подключены выводами питания к выходу блока 3 защиты от перенапряжений. Блок 18 стабилизированного бесперебойного электропитания, выполненный, например, с использованием буферного конденсатора или гальванического элемента в качестве резервного источника электропитания и связанный входом с выходом блока защиты 3 от перенапряжений. Четвертый узел 19 сопряжения, выполненный, например, в виде резистивного делителя напряжения и включенный между потенциальной шиной 1 питания и пятым измерительным входом вычислительного блока 4. К выходу блока 18 стабилизированного бесперебойного питания питающими цепями подключены вычислительный блок 4, третий узел 13 сопряжения в виде интерфейса, задатчик 5 температуры воздуха салона, задатчик 6 воздухораспределения, внешние датчики 7 температуры воздуха в салоне и 8 положения вала микромоторедуктора 9 заслонки отопителя.
Аппаратная часть заявляемого устройства предназначена для приема и обработки сигналов от датчиков 7 температуры воздуха в салоне и 8 положения вала микромоторедуктора 9 заслонки отопителя и формирования сигналов управления исполнительными механизмами по заданным алгоритмам.
Вычислительный блок 4 со штатным программным управлением в составе заявляемого устройства предназначен выполнять следующие основные функции:
- управление микромоторедуктором воздушной заслонки отопителя;
- управление моторедуктором заслонок воздухораспределения;
- обеспечение взаимосвязи с внешним диагностическим оборудованием;
- выполнение алгоритма сохранения данных после выключения замка зажигания.
Принцип действия заявляемого технического решения состоит в следующем.
При подсоединенных к устройству внешних исполнительных устройствах и датчиках и подаче на потенциальную шину 1 и общий вывод 2 напряжения бортовой сети автомобиля совместно с внешними исполнительными механизмами в исходное состояние приводятся вычислительный блок 4 и все другие входящие в состав устройства узлы и блоки. В процессе опроса состояний всех вышеуказанных узлов, блоков и внешних устройств микроконтроллер вычислительного блока 4 производит проверку на область допустимых значений величин для датчиков и задатчиков, оценивает параметры выходных сигналов первого узла 10 сопряжения и стабилизатора напряжения 17, характеризующих режимы работы электродвигателя микромоторедуктора 9 заслонки отопителя и электродвигателя датчика 7 температуры воздуха в салоне. В случае наличия недопустимых отклонений микроконтроллер сохраняет информацию об этом в памяти для последующего считывания с помощью диагностического оборудования 14.
Процессы регулирования в системе управления отопителем осуществляются с помощью двух контуров регулирования: одного замкнутого контура автоматического регулирования температуры воздуха в салоне автомобиля, включающего задатчик 5 температуры воздуха салона, вычислительный блок 4, узел 10 сопряжения, микромоторедуктор 9 заслонки отопителя, датчик 8 положения вала микромоторедуктора 9 заслонки отопителя, датчик 7 температуры воздуха в салоне; другого разомкнутого контура ручного регулирования воздухораспределения, включающего задатчик 6 воздухораспределения, вычислительный блок 4, узел 11 сопряжения и моторедуктор 12 воздухораспределения.
Регулирование температуры воздуха в салоне автомобиля осуществляется с помощью программного обеспечения вычислительного блока 4, на третий и четвертый измерительные входы которого поступают сигналы с выходов соответственно датчика 7 температуры воздуха в салоне и датчика 8 положения вала микроэлектродвигателя 9 заслонки отопителя. По данным
указанных датчиков 7, 8 и задатчика 5 температуры воздуха салона микроконтроллер вычисляет требуемое положение воздушной заслонки и подает через узел сопряжения 10 сигнал на включение микромоторедуктора 9 заслонки отопителя. Затем по данным датчика 8 положения вала микромоторедуктора 9 заслонки отопителя микроконтроллер поворачивает вал микромоторедуктора 9 на необходимый угол. При этом механически связанная с валом микромоторедуктора 9 воздушная заслонка также 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 7, 8 и выработки соответствующих управляющих сигналов по первому и второму выходам вычислительный блок 4 поддерживает температуру воздуха в салоне автомобиля на заданном задатчиком 5 уровне.
Регулирование воздухораспределения (управление направлением потока поступающего в салон автомобиля воздуха) осуществляется вручную в следующем порядке.
Заданное с помощью задатчика 6 соотношение воздухораспределения в виде конкретного значения напряжения поступает на второй измерительный вход вычислительного блока 4. По результату измерения вычислительный блок 4 по второму управляющему выходу формирует сигнал в виде определенного количества импульсов, которые через узел 11 сопряжения прикладываются к моторедуктору 12 заслонок воздухораспределения. При этом шток моторедуктора перемещается на количество шагов, соответствующих количеству поданных на моторедуктор импульсов напряжения, и перемещает на заданный угол механически связанные с ним заслонки воздухораспределения. В результате поток воздуха отопителя перемещается в пространстве салона автомобиля и устанавливается в направлении, заданном задатчиком 6 воздухораспределения.
При выключении замка зажигания сигнал об отключении питания через четвертый узел 19 сопряжения поступает на четвертый измерительный вход вычислительного блока 4. С этого момента времени вычислительный блок 4 осуществляет подготовку устройства к выключению, а его питание обеспечивается блоком 18 стабилизированного бесперебойного питания. При этом микроконтроллер вычислительного блока 4 по сигналу о выключении замка зажигания, поступающему с выхода узла 19 сопряжения, завершает свою работу по штатной программе, предусматривающей организацию записи в его память числового значения, однозначно соответствующего положению штока моторедуктора 12 в момент выключения замка зажигания. Благодаря этому, при следующем включении замка зажигания и подаче напряжения питания на устройство установка штока моторедуктора 12 в исходное состояние не требуется, так как соответствующее фактическому положению штока в момент выключения замка зажигания числовое значение гарантированно сохраняется в памяти микроконтроллера вычислительного блока 4.
Таким образом, заявляемая полезная модель выгодно отличается от прототипа, так как, благодаря наличию в ней блока стабилизированного бесперебойного питания, после выключения замка зажигания сохраняется работоспособность микроконтроллера вычислительного блока в течение времени, достаточного для осуществления им корректного завершения программы с сохранением необходимых данных. Кроме того, предотвращается возможность возникновения сбоев в вычислительном процессе микроконтроллера при внезапных кратковременных понижениях напряжения в бортсети автомобиля, например, при включении мощных потребителей
Лабораторные и эксплуатационные испытания заявляемого технического решения, используемого, например, в составе изделия 1343.3854 производства ОАО «Автоэлектроника», показали его высокую надежность и
приемлемость применения в составе системы автоматического управления отопителем автомобиля ВАЗ-2170 и его модификаций.
Источники информации:
1. Свидетельство RU №12814, кл. В 60 R 16/02, 1999
2. Патент RU №47817 U1, МПК7 В 60 L 1/02,2005 Бюл. №25