傳感器在汽車HVAC系統中的應用

車廂里，有人喜歡熱一些，也有人喜歡冷一些。那么人們是否會對于個性化溫度控制系統正在中檔汽車中大行其道而感到驚奇呢？雖然這對豪華汽車來說算不上新鮮，但在更大市場范圍內的普通汽車中仍不是標準配置，Behr America公司負責HVAC(通風、供暖和空調)電子產品設計與發布工程師Thomas Conway指出。位于密歇根州Troy的汽車電子供應商Behr America公司正與愛普科斯(EPCOS)公司開展緊密合作，幫助汽車制造商將這些高端功能推向大眾市場。他們最新的努力結晶是：一家美國汽車制造商的一款2007型號SUV越野車將裝備由Behr公司提供的最新空調部件，該部件允許乘客各自選擇和保持自己所需的溫度。愛普科斯公司對這一應用作出了重要貢獻：Behr公司設計和制造的通風和空調部件采用的溫度傳感器就是來自愛普科斯公司。

車內傳感器的新概念

在每輛汽車的空調系統中總共包含了三種類型的傳感器(如表1所示)。一種是蒸發器用傳感器，這種傳感器必須滿足最高的可靠性要求和快速響應時間要求。這類傳感器在80℃的環境下經受過長達2,000小時的浸濕試驗。愛普科斯公司多年來就是憑借這一產品樹立了最高的市場標準。另外，空調系統中還包含4個管道傳感器。而專用于乘客廂的車內溫度傳感器所采用的傳感器概念對Behr和愛普科斯來說也都是很新穎的。“雖然蒸發器和管道傳感器用的是現有類型，但Behr和愛普科斯公司為車內溫度傳感器聯合開發了一種定制設計。”美國愛普科斯公司負責熱敏器件的產品行銷經理Holger Hegner說道。

這兩家合作伙伴已經成功開發和生產多種其它類型的空調部件，包括克萊斯勒公司Sebring和Stratus型號汽車的蒸發器使用的鰭形探測器，在歐洲用戶中則早已久負盛名。愛普科斯公司的開發工作重點是確定抗振能力、響應時間(小于4秒)和阻抗溫度響應(25℃時為2.8kΩ，誤差為±2.5%)。產品必須經過適配，使其不易受振動、濕度以及其它因素的影響。愛普科斯公司在Behr及其用戶要求的規格基礎上成功開發出了陶瓷負溫度系數(NTC)傳感器元件(見表1)。

表1：Behr公司HVAC系統中的熱敏電阻

所有傳感器都符合RoHS條例。

愛普科斯公司必須解決的第二個關鍵問題是如何將溫度傳感器單元連接到儀表板。解決方案是采用夾具和密封泡沫。“我們必須確保傳感器組件和安裝襯底材料之間的良好裝配。”Conway解釋說。夾具的一般性尺寸和公差(包括位置、體積、形狀和材料)決定了襯底材料制造商必須滿足的厚度和公差要求(圖1)。“即使很小的改變也會對結構其余部分造成影響。”Conway表示。因此他特別強調設計過程中緊密配合的重要性。

圖1：安裝在儀表板后面的車內組件。

合作結出了豐碩果實

合作的特殊性是OEM商及第一層和第二層供應商都非常積極地參與設計過程，這在美國是很普遍的現象。除了能快速應對OEM商的要求外，Behr和愛普科斯公司合作的緊密和深度也是項目成功的一個決定性因素。例行的聯席會議也對定制設計的成功完成提供了重要支持，這個過程跨越設計協調、原型制造和測試、工具生成、產生初樣，投產測試及第一個生產部品認證過程(PPAP)報告。

溫度傳感器部件及其附件的尺寸和容差是在二維繪圖和三維CATIA模型上開發的(圖2)。

圖2：車內傳感器組件的三維模型。

愛普科斯將這些數據傳送給Behr的設計團隊，由他們進行適配和初步測試以確保能正確的裝配。然后由專家組進行空氣流動和溫度測試，目標是確保完好的功能。雖然有強制性規范，但每當增加了什么功能或修改了一個角度，整個設計就必須重新適配。汽車設計是一個自我優化的過程。因此，在設計過程的關鍵階段，通過每周例會和專題會議的形式交換有關加工、測試和文檔的當前狀態的信息已經成為慣例，目的就是滿足用戶的時間表。

就像結果表明的那樣，一切努力沒有白費。“我們在密歇根的設計團隊與柏林的愛普科斯團隊工作得卓有成效。”Conway對此相當滿意。這次成功的先決條件是Behr和愛普科斯聯合建立了全球性網絡。“我們的歐洲設計中心和美國開發團隊在采購、開發和質量保證方面合作得幾乎天衣無縫。”愛普科斯公司的Hegner補充道。