传感器在汽车HVAC系统中的应用

车厢里，有人喜欢热一些，也有人喜欢冷一些。那么人们是否会对于个性化温度控制系统正在中档汽车中大行其道而感到惊奇呢？虽然这对豪华汽车来说算不上新鲜，但在更大市场范围内的普通汽车中仍不是标准配置，Behr America公司负责HVAC(通风、供暖和空调)电子产品设计与发布工程师Thomas Conway指出。位于密歇根州Troy的汽车电子供应商Behr America公司正与爱普科斯(EPCOS)公司开展紧密合作，帮助汽车制造商将这些高端功能推向大众市场。他们最新的努力结晶是：一家美国汽车制造商的一款2007型号SUV越野车将装备由Behr公司提供的最新空调部件，该部件允许乘客各自选择和保持自己所需的温度。爱普科斯公司对这一应用作出了重要贡献：Behr公司设计和制造的通风和空调部件采用的温度传感器就是来自爱普科斯公司。

车内传感器的新概念

在每辆汽车的空调系统中总共包含了三种类型的传感器(如表1所示)。一种是蒸发器用传感器，这种传感器必须满足最高的可靠性要求和快速响应时间要求。这类传感器在80℃的环境下经受过长达2,000小时的浸湿试验。爱普科斯公司多年来就是凭借这一产品树立了最高的市场标准。另外，空调系统中还包含4个管道传感器。而专用于乘客厢的车内温度传感器所采用的传感器概念对Behr和爱普科斯来说也都是很新颖的。"虽然蒸发器和管道传感器用的是现有类型，但Behr和爱普科斯公司为车内温度传感器联合开发了一种定制设计。"美国爱普科斯公司负责热敏器件的产品行销经理Holger Hegner说道。

这两家合作伙伴已经成功开发和生产多种其它类型的空调部件，包括克莱斯勒公司Sebring和Stratus型号汽车的蒸发器使用的鰭形探测器，在欧洲用户中则早已久负盛名。爱普科斯公司的开发工作重点是确定抗振能力、响应时间(小于4秒)和阻抗温度响应(25℃时为2.8kΩ，误差为±2.5%)。产品必须经过适配，使其不易受振动、湿度以及其它因素的影响。爱普科斯公司在Behr及其用户要求的规格基础上成功开发出了陶瓷负温度系数(NTC)传感器元件(见表1)。

表1：Behr公司HVAC系统中的热敏电阻

所有传感器都符合RoHS条例。

爱普科斯公司必须解决的第二个关键问题是如何将温度传感器单元连接到仪表板。解决方案是采用夹具和密封泡沫。"我们必须确保传感器组件和安装衬底材料之间的良好装配。"Conway解释说。夹具的一般性尺寸和公差(包括位置、体积、形状和材料)决定了衬底材料制造商必须满足的厚度和公差要求(图1)。"即使很小的改变也会对结构其余部分造成影响。"Conway表示。因此他特别强调设计过程中紧密配合的重要性。

图1：安装在仪表板后面的车内组件。

合作结出了丰硕果实

合作的特殊性是OEM商及第一层和第二层供应商都非常积极地参与设计过程，这在美国是很普遍的现象。除了能快速应对OEM商的要求外，Behr和爱普科斯公司合作的紧密和深度也是项目成功的一个决定性因素。例行的联席会议也对定制设计的成功完成提供了重要支持，这个过程跨越设计协调、原型制造和测试、工具生成、产生初样，投产测试及第一个生产部品认证过程(PPAP)报告。

温度传感器部件及其附件的尺寸和容差是在二维绘图和三维CATIA模型上开发的(图2)。

图2：车内传感器组件的三维模型。

爱普科斯将这些数据传送给Behr的设计团队，由他们进行适配和初步测试以确保能正确的装配。然后由专家组进行空气流动和温度测试，目标是确保完好的功能。虽然有强制性规范，但每当增加了什么功能或修改了一个角度，整个设计就必须重新适配。汽车设计是一个自我优化的过程。因此，在设计过程的关键阶段，通过每周例会和专题会议的形式交换有关加工、测试和文档的当前状态的信息已经成为惯例，目的就是满足用户的时间表。

就像结果表明的那样，一切努力没有白费。"我们在密歇根的设计团队与柏林的爱普科斯团队工作得卓有成效。"Conway对此相当满意。这次成功的先决条件是Behr和爱普科斯联合建立了全球性网络。"我们的欧洲设计中心和美国开发团队在采购、开发和质量保证方面合作得几乎天衣无缝。"爱普科斯公司的Hegner补充道。