現(xiàn)行汽車發(fā)展方向與狀況迫使汽車空調(diào)向標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展，并向全季節(jié)型的車廂氣候控制方向發(fā)展。在現(xiàn)代汽車自動空調(diào)系統(tǒng)中，最主要是溫度梯度控制和相對濕度控制兩個方面。而空調(diào)ECU是根據(jù)外界氣候條件及溫度和濕度傳感器檢測車廂內(nèi)信號，自動打開加熱、制冷或去濕裝置，使汽車車廂內(nèi)的溫濕度能維持在人體較舒適的范圍內(nèi)，而且能夠根據(jù)車內(nèi)外的溫差進(jìn)行自動除霜，避免擋風(fēng)玻璃起霧致使能見度降低。

在開發(fā)汽車空調(diào)自動系統(tǒng)方面我國起步較晚，而空調(diào)傳感器的研發(fā)更是落后于發(fā)達(dá)國家，現(xiàn)在國內(nèi)品牌轎車所采用的全自動空調(diào)傳感器都是依賴進(jìn)口，這在一定程度上制約了我國汽車工業(yè)發(fā)展水平。鑒于現(xiàn)狀，筆者提出一種一體化設(shè)計(jì)思想，并采用集成傳感器結(jié)合強(qiáng)制風(fēng)流方案。這一設(shè)計(jì)理念有助于提升我國在這一領(lǐng)域里創(chuàng)新水平。

1 設(shè)計(jì)思想

環(huán)境的相對濕度是受環(huán)境的溫度變化而變化的，所以測量某點(diǎn)相對濕度時必須同時進(jìn)行該點(diǎn)溫度的測量。全面考慮汽車環(huán)境和傳感器的靈敏度、頻響特性、線性范圍、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度等要求，溫度傳感器采用電流型集成溫度傳感器，濕度傳感器采用IH3605集成濕度傳感器。為了保證測量數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠，并防止傳感器表面結(jié)露及集灰，傳感器表面空氣應(yīng)有一定的流動性，須配有風(fēng)扇強(qiáng)制流動。風(fēng)扇的電動機(jī)應(yīng)是無刷直流電動機(jī)，這樣才會避免電磁的干擾，并把這3個單元進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。從而達(dá)到結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、測量準(zhǔn)確、可靠性高等特點(diǎn)。傳感器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

汽車空調(diào)濕度、溫度控制原理如圖2所示。由于人體散發(fā)的水汽造成車廂內(nèi)濕度增加，濕度測量單元便會檢測到相對濕度的變化，當(dāng)超過一定值時，空調(diào)控制器啟動制冷壓縮機(jī)，進(jìn)而循環(huán)風(fēng)機(jī)強(qiáng)制車廂內(nèi)空氣流過冷卻器表面。經(jīng)過冷卻降溫除濕后，再被加熱到一定的溫度，從而達(dá)到除霧的作用，并保持車廂內(nèi)較舒適的環(huán)境；溫度測量單元用于空調(diào)控制器測量車廂內(nèi)溫度變化，控制加熱電磁閥打開循環(huán)水加熱時機(jī)和加熱時間。

2 集成濕度傳感器

IH3605濕度傳感器是一種電容式集成濕度傳感器，它把電容式濕度傳感器與調(diào)理電路一起制作在陶瓷基片上，空氣中的水蒸氣通過保護(hù)性聚醋層經(jīng)過多孔鉑層進(jìn)入介質(zhì)層，改變介質(zhì)介電常數(shù)，從而使電容量發(fā)生變化。通過電容／頻率和頻率／電壓的轉(zhuǎn)換電路，將電容量變化轉(zhuǎn)換為直流電壓輸出。在25℃時，輸出直流電壓Uo與相對濕度Ho成線性關(guān)系

式中：E—— IH3605的電源供電電壓；H0——25℃時的相對濕度。

例如，當(dāng)E=5 V，Ho=0～100%RH時，對應(yīng)的U0=0.8-3.9 V。

在25℃時，可依照上式從輸出電壓Uo計(jì)算出被測的相對濕度值。但是當(dāng)環(huán)境溫度t變化，t≠25℃時，按上式從輸出電壓Uo計(jì)算出的相對濕度值Ho,并不等于實(shí)際的相對濕度H，應(yīng)按下式進(jìn)行濕度補(bǔ)償，計(jì)算出實(shí)際的相對濕度值H。

式中：t——當(dāng)前的攝氏溫度值；H——當(dāng)前的攝氏溫度t≠25℃時的相對濕度值。

當(dāng)t=25℃時，由上式可計(jì)算得H=Ho。

由于IH3605的輸出電壓較高且線性較好，因此，無需放大和非線性校正，可直接接到A/D轉(zhuǎn)換器上，完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。它可以直接用作電子觸發(fā)開關(guān)的信號源，來啟動壓縮機(jī)工作。

3 集成溫度傳感器

該類傳感器分為：電流型集成溫度傳感器、電壓型集成溫度傳感器、頻率型集成溫度傳感器、數(shù)字型集成溫度傳感器。該設(shè)計(jì)方案采用了電壓型集成溫度傳感器，這一傳感器的主要特點(diǎn)是電流電壓比較低，一般在50μA以下。所以器件的自熱很小，一體化設(shè)計(jì)時，該單元不會影響濕度測量單元，而且可以直接成為空調(diào)控制系統(tǒng)的輸人信號，如圖3所示。

圖3中，T5 的基射結(jié)電壓和基射結(jié)面積都與T3、T4相同，所以流過T5和R2的電流與流過T3, T2, R1及流過T4, T1 的電流都相同。因此，由△Ube=（KT/q )xln（A2/A1)得出輸出電壓為

式中：S——靈敏度系數(shù)。

由上式可以看出，只要R2/R1為一常數(shù)，就可以得出正比于絕對溫度的輸出電壓。

4 風(fēng)扇驅(qū)動電路設(shè)計(jì)

如圖4所示，U2為US91型雙繞阻無刷直流電動機(jī)專用驅(qū)動電路。它具有獨(dú)特的恢復(fù)電路和抗干擾抑制能力，使其電磁輻射控制在可接受的范圍內(nèi)。12V電源直接由M+、M-端接入。

5 總結(jié)

該設(shè)計(jì)方案充分利用了集成優(yōu)勢。其分布電容小、抗電磁輻射能力強(qiáng)、成本低廉、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，經(jīng)試驗(yàn)測定其性能穩(wěn)定、輸出信號線性度好、精度級高、測量準(zhǔn)確、調(diào)試及標(biāo)定方便，可形成產(chǎn)品一致性，能夠在-50-100℃的環(huán)境中連續(xù)工作，在溫度為20%-90%時RH范圍可達(dá)±0.5%的準(zhǔn)確度。它特別適合汽車全自動空調(diào)對環(huán)境測量的要求。可以實(shí)施開發(fā)生產(chǎn)，替代現(xiàn)行進(jìn)口產(chǎn)品。(end)