摘 要： 汽車空調系統在設計開發階段需要經歷多次的道路試驗來驗證其系統性能是否符合設計目標定義，因此在空調系統的道路試驗初期就必須組建一個快速、穩定、精準的測試系統來完成空調系統性能的監測。為此采用DT800數據采集儀作為測試系統主機，設計了一種可移動便攜式汽車空調性能監測系統，闡述了空調系統路試監測系統的構成，重點介紹了系統的軟硬件結構，并結合實際路試，驗證了測試系統的準確性及可靠性。
關鍵詞： DT800；汽車空調；路試
隨著汽車研發技術的不斷進步，越來越多的汽車空調系統已經逐漸采用道路試驗的方式來驗證其性能是否符合設計目標定義[1]。因此，汽車空調路試所需的各類型測試系統應運而生。本文基于Data Take公司生產的DT800數據采集儀設計了一種便攜式汽車空調性能監測系統，該系統能夠靈活應用于各種類型的汽車空調系統路試。該監測系統不僅能夠完成車內外溫度、濕度、光照強度、制冷劑壓力、風扇電壓等信號的準確測量，還能通過與PC上位機的串行通信實時顯示各測量值的變化，使得空調系統的性能表現更加直觀。
1 系統硬件設計
監測系統的硬件結構主要由DT800主機、可移動測試主單元、可移動測試子單元、T型熱電偶、濕度傳感器、壓力傳感器、日照傳感器、PC上位機等構成，具體結構框圖如圖1所示。
根據汽車自身的構造特點，空調系統測量點的布置將會存在車內、車外、發動機艙內外等不同位置。為了便于某一區域測量點的集中布置及數據線的傳送梳理，同時考慮到DT800主機最多可同時測量42通道的數據，在主單元設計時將其設置成可與6個子單元連接，每個子單元可完成7通道的測量。測量點與子單元之間、子單元與主單元之間的連接方式均是點對點的數據線連接。
DT800的工作電源為11 V~5 V DC，最大采樣頻率可達25 kHz。測試中各測量量先轉換成電信號后輸入至DT800，再通過軟件設置在PC上以數字或曲線的方式實時顯示。整個路試過程中的全部試驗數據也將通過DT800主機的處理之后再下載至PC保存成Excel文件，供后期進行數據對比和分析。
1.1 溫度測量
溫度測量所選用的傳感器均是T型熱電偶，又稱銅/鎳銅熱電偶。T型熱電偶具有熱電動勢較大、傳熱快、線性度好、靈敏度較高、成本低等優點。其測量范圍為
-200 ℃~+350 ℃，尤其是在-50 ℃~+100 ℃范圍內，精度可達±0.1 ℃，非常適合應用于汽車空調系統的測試[2]。
在實際測試中，先嚙合銅/鎳銅測量端，再通過銅/鎳銅材料制作的插頭連接至各子單元中，完成溫度測量點的布置連接，如圖2所示。
1.2 濕度測量
濕度測量選用Vaisala公司生產的HMP50濕度傳感器，測量范圍為相對濕度0~100%RH，對應輸出值為0~5 V DC，精度為±3%。與其他濕度傳感器相比，其具有耗電量低、通電啟動時間短、測量精度高等優點，適用于溫室控制系統、發酵室控制系統、汽車環境倉控制系統等場合。
與溫度測量連接方式類似，濕度測量的輸出信號傳輸也是首先通過插頭連接至子單元，最終輸入至DT800主機。此外，HMP50濕度傳感器還需要單獨提供一路9 V直流電作為電源，具體硬件連接如圖3所示。
1.3 日照強度測量
由于自然環境中的光存在光強范圍廣、波長跨度大、光強變化無規律等特點，因此空調系統測試對所用的日照傳感器的要求也就相對較高。本文采用的MS602日照傳感器內部集成對全波段光線都有平整光譜響應的溫差熱電堆，當日照輻射被傳感器的探頭吸收，由熱電堆相應計算得到輸出的電壓信號。MS602光強測量范圍可達0~1.2 kW，對應輸出量為0~10 mV，覆蓋光照波長范圍為305 nm~2 800 nm，精度可達±1%，完全能夠滿足汽車空調測試系統要求[3]。
MS602日照傳感器的硬件連接與溫度測量連接完全一致，無需額外的供電電源支持。
1.4 壓力測量
空調系統中的制冷劑壓力也是空調系統路試檢測的一個重要參數，用于分析和判斷空調系統制冷性能是否正常。本文采用LDYC系列的標準型壓力變送器作為空調制冷劑壓力傳感器，其測量范圍為0~4 MPa，對應輸出量為1 V~5 V DC，精度可達±1%，同時具有性能穩定、體積小、重量輕、成本低、設計精巧等優點。在硬件連接設計時也無需安裝支架，與濕度傳感器類似，需要提供一路9 V直流電源，輸出信號直接傳送至子單元。
2 系統軟件設計
本文采用Delogger 5作為監測系統的實際應用軟件，Delogger 5是DT800數據采集儀所匹配的專用集成軟件。通過對該軟件的編輯和設置不僅能夠實現空調路試數據的實時在線顯示，還能在路試過程中的任意時刻暫停數據的記錄和下載，其最大的優點就在于如果硬件系統中的測量點的類型和布置位置發生變化，只需相應調整軟件中的通道設置即可，增加了監測系統的靈活性。
2.1 通道設計
DT800所支持的測量量種類很多，有溫度、電壓、電流等，但一個I/O通道只能測量一種變量，因此在實際操作中就需要通過對每個通道進行不同的設置，才能實現準確測量[4]。例如，對機油尺的溫度測量可以設置為圖4所示。
其中Signal代表測量量的類型， Type是測量傳感器的類型，Wiring是該測量點與DT800主機連接的方式，Label代表該測量點的名稱。
由于實際硬件連接中往往存在測量類別的更換及傳感器布置位置的變化，因此在Wiring設置測量通道時需要與硬件狀態保持一致。連接通道的選擇包括“+-”連接方式、“*#” 連接方式、兩通道共“#”連接方式。本文考慮到充分利用DT800主機有限的物理I/O通道，將所有測量通道均設置成兩通道共地的連接方式，如圖5所示。
2.2 通信設置
為了實現空調系統在路試過程中能通過PC實時顯示系統各項參數的變化，需要在測試前設置好DT800采集儀與PC的通信連接。本文采用RS232串行通信方式完成DT800和PC之間的數據傳輸，設置時只需將PC硬件設備COM端口中的數據傳輸波特率與Delogger 5中的波特率定義相同即可。
2.3 顯示設置
Delogger 5中集成的顯示功能支持數字顯示、文本顯示、曲線顯示等模式。由于汽車空調系統實際路試中需要不斷觀察各測量量的變化趨勢，因此本文使用其中的曲線顯示模式。
實際操作中，在選擇完需要顯示的全部通道后，可以通過時間軸的移動來觀察歷史數據和現行數據的記錄，如圖6所示。
3 應用結果
軟硬件設計完成后，該數據監測系統就可以被直接應用于各種類型的汽車空調系統路試中，通過對路試數據的采集和下載分析，將進一步驗證此監測系統的實用性和穩定性。結合夏季路試中的曬車高速工況，數據采集系統的應用表現如圖7所示。
本文設計了一種基于DT800的汽車空調路試數據監測系統，通過實車路試驗證表明該系統不僅能夠在線實時顯示空調系統各項性能參數的變化，又能記錄和下載全部試驗數據進行后期分析與對比[5]。系統的硬件設計簡便實用、測量精度高、靈敏度高，完全能滿足汽車空調路試的要求。
參考文獻
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[2] 王旭東.汽車電子控制裝置與應用[M].北京：電子工業出版社，2007.
[3] 崔勝民.現代汽車系統控制技術[M].北京：北京工業大學出版社，2008：236-249.
[4] 陳肖燕，王振臣.基于LonWorks的嵌入式網絡監控系統的設計[J].電子技術應用，2009，35(1)：124-126.
[5] 李長啟，張天開，劉德生，等.新型節能空調控制系統的研制[J].微型機與應用，2011，30(13)：95-97.