Независимо дали е навън горещо или студено, пътниците вътре в колата се чувстват комфортно благодарение на автомобилните системи за отопление и охлаждане. Тези системи за отопление, вентилация и климатизация (HVAC) варират по сложност и ниво на автоматизация в зависимост от класа на превозното средство. Докато икономичният автомобил изисква водачът да завърта ръчно копчетата, за да контролира температурата, автомобил от по-висок клас използва сензори, за да контролира автоматично не само температурата, но и влажността и качеството на въздуха вътре в кабината.

Преместване на въздуха

Независимо от класа на превозното средство, автомобилната система HVAC е насочена към преместването на въздуха от едно място до друго. Той също така кондиционира въздуха, променяйки температурата, влажността и качеството му, докато го движи.

Нека да разгледаме движението на въздуха. Въздухът може да се вкара в системата отвън или от кабината. Той също може да бъде насочен вътре в системата за HVAC чрез изпарителя или топлообменника за кондициониране; този кондициониран въздух се разпределя в цялата кабина, независимо дали е за подгряване на краката на пътниците или за предотвратяване на замъгляване на предното стъкло.

Начините, по които може да премине въздухът, са много: отвън към изпарителя до предното стъкло или отвътре към топлообменника до вентилационния отвор в краката. И така, как система HVAC контролира по кой път преминава въздухът?

Фигура 1 е страничен изглед на HVAC система. Цифрите отбелязват основните компоненти, докато стрелките показват посоката на разпределение на въздуха. Компонентите от 4 до 8 на фигура 1 показват задвижванията на клапата. Оранжевите пунктирани линии представляват областта, в която се движат клапите, а плътните оранжеви линии представляват клапите. Броят на задвижванията на клапите в система за HVAC зависи от общата сложност на системата – има еднозонови или многозонови климатични системи.

Задвижвания на клапите

Въздухът тече в HVAC системата през тръби; клапите се използва за отваряне или затваряне, изцяло или частично, на определени части от тръбата, за да се контролира по кой път да преминава въздухът. Задвижването на клапата е просто електрически механизъм, който движи клапата.

Има три типа задвижвания на клапите в автомобилна система за климатизация:

• Задвижващ механизъм за клапата за всмукване на въздух (компонент 4 на фигура 1): Този механизъм контролира дали източникът на въздух за климатизация ще бъде външен или рециркулиран въздух от кабината. Тази позиция на задвижването на клапата се управлява от водача, използвайки бутона за рециркулация, или от системата HVAC, използвайки данни от сензори за качество на въздуха в кабината.
• Задвижващ механизъм за клапата за смесване на въздух (компонент 8 на фигура 1): Този механизъм смесва топлия (от топлообменника) и хладния (от изпарителя) въздух, за да постигне желаната температура на въздуха.
• Задвижващ механизъм на клапата за разпределение на въздуха (компоненти 5, 6 и 7 на фигура 1): Тези механизми, които могат да варират по брой в зависимост от класа на превозното средство, разпределят въздуха вътре в кабината.

DC мотор

Каква електрическа машина движи клапата? Точно както има избор за контрол на потока на въздуха, автопроизводителите имат избор за електрическите машини, които движат клапите. Потенциалният избор включва четкови постояннотокови двигатели  с потенциометри, за да се следи позицията на клапата, трифазни безчеткови постояннотокови (BLDC) двигатели, които използват обратната електродвигателна сила (обратна EMF) за измерване на позиции или стъпкови двигатели, които отчитат броя стъпки. Тези двигатели с постоянен ток задвижват клапата чрез зъбни колела с различни размери.

Повече възможности за избор

След като са избрали двигателя, инженерите на HVAC системи имат и избор на архитектура за задвижване на двигателя. Задвижването на клапата може да се управлява локално или дистанционно. За локално управление електрониката за управление на моторчето е разположена в близост до него, което означава, че е интегриран в същия корпус, в който е разположен самият двигател (вижте управлнието на задвижването на клапата на фигура 2).

Комуникационните протоколи като Local Interconnect Network (LIN) контролират двигателя, така че клапата да бъде задвижена до определено положение. За дистанционно управление, електрониката за управление на мотора е разположена в устройството за управление HVAC, което е далеч от задвижването на клапата. Комуникация между управлението на мотора и микроконтролера на HVAC управляващото устройство може да се реализира със сериен периферен интерфейс (SPI) или дори по-опростен с паралелен интерфейс за цифров контрол.

Още повече избор

Нека да поговорим за връзката между микроконтролера и интегрираното управление на двигателя. Дизайнерите на HVAC системи имат избор и по отношение на тази връзка. Микроконтролерът може да се свърже към управлението на двигателя, използвайки цифров комуникационен интерфейс като SPI или директно да се свърже към него, като използва контролни линии.

Електрониката за управление за BLDC и стъпкови двигатели е по-сложна от електрониката, необходима за задвижване на четков двигател с постоянен ток. Ако решението е да се използват четкови двигатели с постоянен ток за задвижване на клапата, използването на управление на двигателя, който директно задвижва клапата, има явно предимство – по-просто е както в хардуера, така и в софтуера.

Източник: Texas Instruments