汽車HVAC系統(tǒng)中的傳感器

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(huì)對(duì)于個(gè)性化溫度控制系統(tǒng)正在中檔汽車中大行其道而感到驚奇呢？雖然這對(duì)豪華汽車來(lái)說(shuō)算不上新鮮，但在更大市場(chǎng)范圍內(nèi)的普通汽車中仍不是標(biāo)準(zhǔn)配置，Behr America公司負(fù)責(zé)HVAC(通風(fēng)、供暖和空調(diào))電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)與發(fā)布工程師Thomas Conway指出。位于密歇根州Troy的汽車電子供應(yīng)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(chǎng)。他們最新的努力結(jié)晶是：一家美國(guó)汽車制造商的一款2007型號(hào)SUV越野車將裝備由Behr公司提供的最新空調(diào)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(duì)這一應(yīng)用作出了重要貢獻(xiàn)：Behr公司設(shè)計(jì)和制造的通風(fēng)和空調(diào)部件采用的溫度傳感器就是來(lái)自愛普科斯公司。

車內(nèi)傳感器的新概念

在每輛汽車的空調(diào)系統(tǒng)中總共包含了三種類型的傳感器(如表1所示)。一種是蒸發(fā)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(yīng)時(shí)間要求。這類傳感器在80℃的環(huán)境下經(jīng)受過(guò)長(zhǎng)達(dá)2,000小時(shí)的浸濕試驗(yàn)。愛普科斯公司多年來(lái)就是憑借這一產(chǎn)品樹立了最高的市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)。另外，空調(diào)系統(tǒng)中還包含4個(gè)管道傳感器。而專用于乘客廂的車內(nèi)溫度傳感器所采用的傳感器概念對(duì)Behr和愛普科斯來(lái)說(shuō)也都是很新穎的。“雖然蒸發(fā)器和管道傳感器用的是現(xiàn)有類型，但Behr和愛普科斯公司為車內(nèi)溫度傳感器聯(lián)合開發(fā)了一種定制設(shè)計(jì)。”美國(guó)愛普科斯公司負(fù)責(zé)熱敏器件的產(chǎn)品行銷經(jīng)理Holger Hegner說(shuō)道。

這兩家合作伙伴已經(jīng)成功開發(fā)和生產(chǎn)多種其它類型的空調(diào)部件，包括克萊斯勒公司Sebring和Stratus型號(hào)汽車的蒸發(fā)器使用的形探測(cè)器，在歐洲用戶中則早已久負(fù)盛名。愛普科斯公司的開發(fā)工作重點(diǎn)是確定抗振能力、響應(yīng)時(shí)間(小于4秒)和阻抗溫度響應(yīng)(25℃時(shí)為2.8kΩ，誤差為±2.5%)。產(chǎn)品必須經(jīng)過(guò)適配，使其不易受振動(dòng)、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(guī)格基礎(chǔ)上成功開發(fā)出了陶瓷負(fù)溫度系數(shù)(NTC)傳感器元件(見表1)。

表1：Behr公司HVAC系統(tǒng)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(gè)關(guān)鍵問(wèn)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(shuō)。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(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)其余部分造成影響。”Conway表示。因此他特別強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)過(guò)程中緊密配合的重要性。

圖1：安裝在儀表板后面的車內(nèi)組件。

合作結(jié)出了豐碩果實(shí)

合作的特殊性是OEM商及第一層和第二層供應(yīng)商都非常積極地參與設(shè)計(jì)過(guò)程，這在美國(guó)是很普遍的現(xiàn)象。除了能快速應(yīng)對(duì)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(xiàng)目成功的一個(gè)決定性因素。例行的聯(lián)席會(huì)議也對(duì)定制設(shè)計(jì)的成功完成提供了重要支持，這個(gè)過(guò)程跨越設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)、原型制造和測(cè)試、工具生成、產(chǎn)生初樣，投產(chǎn)測(cè)試及第一個(gè)生產(chǎn)部品認(rèn)證過(guò)程(PPAP)報(bào)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(fā)的(圖2)。

圖2：車內(nèi)傳感器組件的三維模型。

愛普科斯將這些數(shù)據(jù)傳送給Behr的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，由他們進(jìn)行適配和初步測(cè)試以確保能正確的裝配。然后由專家組進(jìn)行空氣流動(dòng)和溫度測(cè)試，目標(biāo)是確保完好的功能。雖然有強(qiáng)制性規(guī)范，但每當(dāng)增加了什么功能或修改了一個(gè)角度，整個(gè)設(shè)計(jì)就必須重新適配。汽車設(shè)計(jì)是一個(gè)自我優(yōu)化的過(guò)程。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程的關(guān)鍵階段，通過(guò)每周例會(huì)和專題會(huì)議的形式交換有關(guān)加工、測(cè)試和文檔的當(dāng)前狀態(tài)的信息已經(jīng)成為慣例，目的就是滿足用戶的時(shí)間表。

就像結(jié)果表明的那樣，一切努力沒有白費(fèi)。“我們?cè)诿苄脑O(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)與柏林的愛普科斯團(tuán)隊(duì)工作得卓有成效。”Conway對(duì)此相當(dāng)滿意。這次成功的先決條件是Behr和愛普科斯聯(lián)合建立了全球性網(wǎng)絡(luò)。“我們的歐洲設(shè)計(jì)中心和美國(guó)開發(fā)團(tuán)隊(duì)在采購(gòu)、開發(fā)和質(zhì)量保證方面合作得幾乎天衣無(wú)縫。”愛普科斯公司的Hegner補(bǔ)充道。