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基于仿真模型的汽车自动空调控制策略研发邓盈【摘要】随着我国汽车的蓬勃发展,汽车空调做为一项基本配置受到整车厂和消费者的重视.针对汽车空调控制系统进行数学仿真,参数输入考虑了新风系统带来的热量、乘员散热、车厢内外的热传递和阳光照度,搭建完成了空调温度平衡模型,导出自动空调控制算法和空调系统控制策略,对轿车车室内温度点实现PID控制.从仿真结果来看,车室温度稳定维持在目标温度点附近,整体控制性能已满足舒适度要求.这种开发方式缩短了汽车空调控制器的开发周期,降低了开发成本,实现与整车厂的同步开发.【期刊名称】《闽江学院学报》【年(卷),期】2016(037)005【总页数】8页(P51-58)【关键词】仿真;控制策略;汽车空调【作者】邓盈【作者单位】福州职业技术学院电子信息工程系,福建福州350108【正文语种】中文【中图分类】TP273汽车空调系统是现代乘用车最基本的一项舒适性配置，分为手动空调系统、电动空调系统和自动空调系统三大类，其中以自动空调系统最为复杂，最值得研究.从配置上，它又可以分为单温区自动空调、双温区自动空调、三温区自动空调和四温区自动空调，输入参数有环境温度、车内温度、冷却水温度、蒸发器温度、太阳辐射等，输出参数有循环风门、温度风门、模式风门和鼓风机等，是一个多输入多输出的控制系统，涵盖了光机电一体化、自动化、电子学、控制理论和软件等多种学科. 因此，有经验的科研人员使用计算机仿真技术,深入研究多温区自动空调系统的平衡状态特性及控制策略,具有很强的实用价值和工程经验[1].计算机仿真是以计算机和与之连接的仿真设备为基础，针对实际工程对象搭建系统模型，利用计算机软件和硬件的强大计算能力，对模型进行试验研究的一种模拟技术.采用计算机仿真技术可以降低人力物力费用、缩短研发周期、提高产品开发的成功率，因此得到广泛应用.相比于实验方法，基于模型进行的仿真实验研究方法逐渐成为对控制系统分析及设计的有效方法.作为控制系统仿真的“核心”内容——应用软件，数字仿真软件一直是开发的热门，人们总是以最大限度满足使用者尤其是工程人员的方便、快捷、精确的需求为目的.通过模型得到的算法与工程实际多少还是有点差距的，必须形成具体系统的控制程序，并经过长期可靠的验证，才能成为有工程目的和意义的控制算法.针对汽车空调控制来说，除了控制算法以外，还有空调系统的控制策略辅助控制算法，这样才能形成了完整的空调系统产品级的开发.控制系统仿真发展经过了4个阶段[2].第一阶段是程序编程阶段.人们在利用数字计算机进行编程之初，所有问题(如微分方程求解、矩阵运算、绘图等)都是仿真实验者用高级算法语言写出的.由于工作效率低，数字仿真技术难以为大众使用.第二阶段是程序软件包阶段.针对“程序编程阶段”所存在的问题，许多系统仿真人员将他们编制的数值计算与分析程序以“子程序”的形式集中在一起，以便需要的时候随时调用.第三阶段是交互语言阶段.从人机信息交互方便的角度考虑，将数字仿真所涉及的问题上升到语言的高度，人们只要用一条指令就能实现“系统特征值的求取”，而不必关心用什么算法以及如何实现.第四阶段是模型化图形组态阶段.尽管仿真语言将人机界面提到高级语言的阶段，但是从事工程开发的技术人员还是觉得不方便，他们似乎对于基于模型的图形化描述方法更亲切.Simulink是美国Math Works软件公司为其MATLAB提供的基于模型化图形组态的控制系统仿真软件[3].通过它可以实现仿真过程全部使用鼠标和键盘，因此应用广泛.控制算法的输入参数有外部温度、车速、驾乘人员设置温度、设置的风速和模式，以及车厢内部温度，这些参数通过MCU微控制器计算后输出控制温度风门、鼓风机风量、循环风门和模式风门.同时在车速和外部环境温度的共同作用下，对车厢内部空间温度形成影响，而车厢内部温度作为控制输入参数，又反馈给控制算法.这样，整个过程形成一个闭环控制.上述这些控制输入参数可以通过对外温传感器、车内温度传感器、阳光照度传感器、蒸发器温度传感器等各个传感器进行完整标定，使得控制算法有效，并配合相应控制策略，如最大制冷时采用最大风量，根据设置及时切换内外循环工作，进行阳光补偿，根据夏季、冬季、春秋季的差别来补偿车内温度传感器等等，可以对仿真模型进行有益的矫正.本文的算法核心是基于出风口温度，出风口温度控制好了，风速、模式、车内温度和内外循环也就确定了.遵循的自动控制原则为：使车内温度与经修正后的设定温度尽量接近；出风温度及风速变化平稳，没有明显波动；优先执行人工按键命令；对非人工控制设备进行自动控制.1)鼓风机的控制主要在于自动智能控制期间，当环境温度带入车厢内部、太阳辐射对车厢的影响、人体温度的影响等干扰造成室内温度有波动时进行控制.而当室内温度波动较小时，鼓风机风量尽量调小，一方面可以达到节能，另一方面可以使驾乘人员感到舒适.本文是通过出风口温度查表确定风速.2)温度混合风门可以控制空调箱内部冷风和热风混合的比例，其开度的控制作用最终是控制室内温度达到设定值.3)内外循环的控制.人们通常习惯于到一个新房间总先开窗通风，这是有一定科学依据的.人进入车厢前，车厢一般是关闭的，故先打开外循环，将新进的风量进行粗略累计，当到达车厢总空气量的某个比值(比如是50%)时，转向内循环.之后再定时切换到外循环.本文是通过出风口温度查表确定内外循环的.4)工作模式的选择.根据人体舒适性的要求，制冷的时候冷风吹向人脸，人体感觉降温快.冬天时暖风吹向脚，人体感觉升温快.因此一般汽车空调有冬天除霜、防止蒸发器结霜等6种工作模式.本文是通过出风口温度查表确定工作模式的.这4条策略的协调是通过车室温度的偏差调节出风口温度，然后由出风口温度区确定风量、内外循环、工作模式.这种做法比较简便，主要依据经验找到出风口温度与风量、内外循环、工作模式的关系.车室稳定控制具体的公式如下：式中：Tao为出风口目标温度;Set为舒适性设定温度;Offset为修正因子;Qt为外部温度影响因子;Qsd为阳光影响因子;Qp为修正值.由于模型的主要影响因素是车厢内外温差和阳光热量，故该公式引入了这两个因素的影响因子，其他热量诸如人体和设备的散热基本是恒值，可引入修正值. 以这4个量来决定出风口的设定温度，然后再由出风口温度去控制冷气或者暖风以及空气流量、工作模式等.从图2可以看出，用框图去搭算法，麻烦且容易出错.为了利用成熟的控制算法，也便于算法程序移植到硬件上，本文引入核心算法模块即S-Function.以下是S-Function调用的C程序：DoubleGe=0.2,I=0.02,Gl=0.004,K=0.056,Qp=0.16;//控制策略公式里的4个参数offset=0,Qt,Qsd,Ga,Tao,TempDoor1Position,Error,SumError=0;//Blower Speed convert to Blow Volumey0BV[0] = u6BlowerSpeed[0];y8SumError[0]=u15SumError[0]+(SetTemp-u8ICT[0]);offset=Ge*(u5SetTemp1[0]-u8ICT[0])+I*y8SumError[0];//温度偏差Qt=K*(u5SetTemp1[0]-u9AAT[0]); //车内外温度差影响因子Qsd=Gl*u2SL1[0]/1000; //阳光热量影响因子Qp=0.16; //修正值Tao=u5SetTemp1[0]+(offset+Qt-Qsd-Qp)/y0BV[0];//出风口目标温度if(Tao<8) //出风口目标温度限幅Tao=1;else if(Tao>=10)Tao=0;y5Tao[0]=Tao;//出风口温度设定输出TempDoor1Position=(Tao-EVAP[0])/(ECT[0]-EVAP[0]);//温度门if(TempDoor1Position>1) //温度门限幅y2TempDoor1Position[0]=1;else if(TempDoor1Position<0)y2TempDoor1Position[0]=0;else y2TempDoor1Position[0]=TempDoor1Position;if(Tao<8) //内外循环选择y4RECIRCPosition[0]=1;else if(Tao>=10)y4RECIRCPosition[0]=0;4.1 压缩机控制当按下A/C键时，命令启动压缩机，同时屏幕上显示A/C标志；当再次按下此按键时，命令关闭压缩机，同时屏幕上A/C标志消失.如在自动状态下按A/C键，自动图案消失，压缩机进入手动控制，其他设备保持自动控制.在压缩机收到开启命令时，当蒸发器温度小于或等于温度关闭点时，关闭压缩机输出，当发器温度大于等于温度打开点时，启动压缩机输出.当蒸发器温度大于温度关闭点并小于温度打开点时，保持原压缩机输出状态不变(图3).压缩机自动运行时，当环境温度小于或等于温度关闭点时，命令压缩机关闭，并取消屏幕上的A/C标志.当环境温度大于或等于温度打开点时，命令压缩机开启，并显示屏幕上的A/C标志.如环境温度大于温度关闭点并小于温度打开点时，维持原压缩机命令不变.4.2 内外循环风门控制按内循环键，循环风门切换至内循环，且屏幕给出相应显示.当倒车信号和洗涤信号开启时，循环风门切换至内循环；当倒车和洗涤信号关闭时，循环风门返回至上一状态.当倒车信号和洗涤信号开启时，接受到手动外循环请求时，则循环风门切换至外循环.除霜/除雾享有较高优先级，在除霜/除雾状态时，系统接受到倒车或洗涤信号视为无效信号.当倒车信号和洗涤信号关闭时且系统持续处于内循环时，则16 min后自动切换至外循环，30 s后，若内循环请求继续存在，则重新切回至内循环，但不改变屏幕的显示.如在自动状态下按此键，取消自动图案，内外循环进入手动控制，其他设备保持自动控制.在自动运行时，循环风门的状态由下列条件决定.当倒车或雨刮器刮水时，循环风门自动切换至内循环.否则，当温度点下降到外循环温度点以下时，循环风门切换至外循环；当温度点上升到内循环温度点以上时，循环风门切换至内循环.若循环持续处于内循环16 min后自动切换至外循环，30 s后，若内循环请求继续存在，则重新切回至内循环.在自动模式时，屏幕不显示具体的循环风门的具体位置(图4).4.3 模式风门控制按模式键，模式风门在吹脸→吹脸加脚→吹脚→吹脚除霜→除霜→吹脸间进行切换，并在屏幕上显示对应图案.如在自动状态下按此键，取消自动图案，模式风门进入手动控制，其他设备保持自动控制.处于吹脚除霜或除霜模式时，循环风门切换至外循环，可通过内循环键切换至内循环.调节模式按键将模式风门切换到吹脚除霜时记录循环状态，在模式风门切换回吹脸时恢复记录的循环状态.当温度点小于或等于吹脚温度点时，模式风门切换至吹脚位置.当温度点大于或等于吹脸加脚时且小于或等于吹脸时，模式风门切换至双吹位置.当温度点大于或等于吹脸时，模式风门切换至吹头位置.当温度点大于吹脚且小于吹脸加脚时，若模式风门处于双吹位置或吹脚模式时则保持，若处于其他状态则切换至双吹模式.当温度点大于吹脸加脚且小于吹脸时，若模式风门处于双吹位置或吹头模式时则保持，若处于其他状态则切换至双吹模式.在自动模式时，屏幕不显示具体的模式风门的具体位置(图5).4.4 鼓风机控制鼓风机风速在用户手工调节时共有8级，当鼓风机档位变化一次时，屏幕上对应显示变化一个图案.旋钮顺时针旋转，鼓风机转速增大；旋钮逆时针旋转，鼓风机转速减少.当风速调节至最大档位时，收到风速上升指令，拒绝接受该指令，并在屏幕显示中维持原来的状态；当风速调节的最低档位为1档时，收到风速下降指令，拒绝接受该指令，并在屏幕显示中维持原来的状态.如在自动状态旋转此旋钮时，取消自动图案，风速进入手动控制，其他设备保持自动控制.当空调系统关闭时，旋转此旋钮时，系统开启，所有设备恢复到系统关闭前的状态. 鼓风机运行状态受限于相对电池电压(图6)，当电池电压高于16.5 V或低于8.5 V 时，鼓风机进入关闭状态；当电池电压低于15.5 V且高于9.5 V时，鼓风机进入打开状态.当电池电压低于16.5 V且高于15.5 V时或是电池电压低于9.5 V且高于8.5 V时，鼓风机保持原状态不变.在自动控制时，鼓风机电压状态与温度值、循环风门、车速等因素相关，鼓风机电压状态需要以下几个步骤：1)建立初始风机电压鼓风机初始状态确定(图6)，当温度值大于0时且温度值越大，鼓风机的电压值也随之越大，当温度值小于0时且温度值越小，则对应的鼓风机电压值也随之越大.若建立的初始鼓风机电压小于最小鼓风机电压时，则鼓风机电压为最小鼓风机电压.2)调整鼓风机电压当循环风门处于内循环时，鼓风机不受外界环境及车速的影响；当循环风门处于外循环，则鼓风机受外界环境及车速的影响，需要制定修正鼓风机鼓风出风量的计算方法.本文利用MATLAB仿真软件建立汽车空调混合风门模型、内外循环风门模型、鼓风机控制模型、压缩机控制模型、核心算法模型、车厢模型等，为算法验证提供了完整的空调系统仿真模型，并构建了一个用户界面，为参数输入提供方便.它可以把几个仿真环境参数输入功能相关的模块集中起来，整个界面分成7个面板分别是环境参数输入、温度分区选择控制、用户舒适性设定、仿真控制、仿真运行时间和速率、PID整定参数输入、仿真结果可视化输出.当设定外部环境温度为40 ℃，控制温度为24 ℃，阳光照度为1 000 W/m2，车速为100 km/h，水温为90 ℃时，选择单温区空调系统，系统仿真响应曲线如图7.利用本文上述的自动控制策略及部件控制方法，使用MATLAB仿真工具对整车空调控制系统进行仿真，实现了对轿车车室内温度点的PID控制.从输出效果可以看出，车室温度稳定维持在目标温度点附近，鼓风机风量也维持在人体舒适范围内，整体控制性能已满足舒适度要求(图7).由于汽车的普及和微电子行业的迅速发展，人们对汽车的要求不只是具有代步功能，也要求有个舒适的车内环境.对汽车空调的要求不仅仅是能制冷供暖，而是更看重它的舒适性及仪表的精美，使用的方便.夏天空调制冷时，压缩机是由发动机带动的，温度高的时候会消耗发动机功率的10%，而冬天供暖传统方法是来源发动机的冷却水，然而近期研制的高效发动机的余热会进一步减少，所能提供的热量也很有限.所以采用更好的控制策略，提高效率很有现实意义.为了适应消费者的舒适性要求，供应商采用新技术和新控制策略，使用计算机仿真能加快开发周期[4].轿车车室内热环境影响因素有很多,日照、人体散热、发动机散热、空调吹风口与回风口和车体壁面的隔热效果等等,分析车内热环境的方法有数值解析和实验.本文通过建模仿真的方法，分析了回风口对轿车车室内热环境的影响.在为汽车空调系统设计智能控制算法时，事先建立空调系统的仿真数学模型，根据仿真结果修改算法，则可以确保算法是有效的.用计算机的仿真设计代替传统的设计并反复到实验平台上测试，这样才能设计开发出一款具有温度自动调节、稳控舒适性好、用户操作简便等优点的自动汽车空调控制器.【相关文献】[1] 陈秀环. 汽车空调系统数学模型及仿真[D]. 重庆：重庆大学，2005.[2] 薛定宇. 控制系统仿真与计算机辅助设计[M]. 北京：机械工业出版社，2005.[3] 沈辉. 精通SIMULINK系统仿真与控制/MATLAB开发丛书[M]. 北京：北京大学出版社，2003.[4] 陈文鑫. 基于CAN总线及智能控制算法的汽车空调控制系统的设计[D]. 上海：上海交通大学，2009 .。
车用电动空调压缩机ECU测试方法研究
丛宪冬;李秋实
【期刊名称】《自动化与仪表》
【年(卷),期】2024(39)1
【摘要】基于目前车用电动空调压缩机ECU测试项繁多、工序复杂以及无法针对性测试等问题,设计了一套结构合理、操作便捷、自动化水平较高的控制器测试方案。
方案涵盖参数标定、过欠压保护、负载模拟和通讯功能等多个模块的测试,并搭建测试台进行硬件在环测试。
最后对测试结果分析,表明测试方案能满足某型号ECU性能测试需求,测试系统稳定可靠。
【总页数】5页(P160-164)
【作者】丛宪冬;李秋实
【作者单位】东北林业大学交通学院
【正文语种】中文
【中图分类】U467.3
【相关文献】
1.某EV车电动空调压缩机开启过程中噪声优化改善研究
2.电动车空调用变壁厚涡旋压缩机的性能研究
3.电动车空调压缩机支架模态分析及优化
4.公路施工过程中的工程变更索赔
5.车用电动空调压缩机控制器效率提升研究
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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920338304.7(22)申请日 2019.03.15(73)专利权人 滁州星联电子有限公司地址 239000 安徽省滁州市琅琊区杭州北路509号(72)发明人 梁涛 周世全 潘凤祥 (74)专利代理机构 合肥兴东知识产权代理有限公司 34148代理人 王伟(51)Int.Cl.G05B 23/02(2006.01)(54)实用新型名称一种空调电控板自动放电器(57)摘要本实用新型提供了一种空调电控板自动放电器，涉及空调电控板，包括双向拨动开关、继电器、功率电阻和测试顶针；双向拨动开关的一端与空调电控板的交流电输入端相连，另一端与继电器的交流电输入端相连，双向拨动开关与空调电控板组成闭合回路一，双向拨动开关与继电器组成闭合回路二；继电器的另一端设有接线口A、接线口B，接线口A通过功率电阻与空调电控板电容的正/负极引脚相连，接线口B通过导线与空调电控板电容的负/正极引脚相连，继电器、功率电阻与空调电控板电容组成闭合回路三。
空调电控板电容的正、负极引脚通过测试顶针与导线相接；本实用新型集通电、自动放电、防护于一体，既提高了工作效率，又杜绝了人身安全隐患。
权利要求书1页 说明书3页 附图1页CN 209327866 U 2019.08.30C N 209327866U权 利 要 求 书1/1页CN 209327866 U1.一种空调电控板自动放电器，涉及空调电控板，其特征在于，包括双向拨动开关、继电器、功率电阻和测试顶针；其中，所述双向拨动开关的一端与空调电控板的交流电输入端相连，双向拨动开关的另一端与继电器的交流电输入端相连，所述双向拨动开关与空调电控板之间组成闭合回路一，双向拨动开关与继电器之间组成闭合回路二；所述继电器的另一端设有接线口A、接线口B，接线口A通过功率电阻与空调电控板电容的正/负极引脚相连，接线口B直接通过导线与空调电控板电容的负/正极引脚相连，所述继电器、功率电阻与空调电控板电容之间组成闭合回路三；此外，所述空调电控板电容的正、负极引脚均通过测试顶针与对应导线相接。
家用空调电子控制器标准化设计规范（修订版）（发布日期：2006-2-5）目次1 范围 (3)2 相关标准 ................................................................................................................ 错误！未定义书签。
3 定义 (3)3.1本规范中连接器的代号参考JST公司型号。
(3)3.2常用连接器型号与外形对照参考图示： (3)3.3通用功能的线体颜色定义规则 (5)3.3.1弱电线体颜色功能要求 (5)3.3.2强电线体颜色功能定义： (5)4 电子控制器设计规则 (6)4.1电路精简原则 (6)4.2接口防呆原则 (6)4.3接口统一原则 (6)4.3.1室内温度传感器接口 (6)4.3.2室内管温传感器接口 (6)4.3.3柜机的T1（室温）和T2（室内管温）连接线组 (6)4.3.4步进电机接口 (7)4.3.5主板市电零线输入接口：使用250双插片，或者250单插片。
(7)4.3.6电源变压器电源输入端 (7)4.3.7电源变压器次级输出端根据单、双绕组有两种情况： (8)4.3.8异步电机的接口 (8)4.3.9新型网络接口 (9)4.3.10室外管温（T3）传感器 (9)4.3.11对于某些机型T3与T4传感器合并在一起的情况 (9)4.3.12主控板与显示板的连接 (10)4.3.13主控板上的室内外通讯连接接口 (13)4.3.14壁挂式室内机电源线与主控板的连接 (13)4.3.15壁挂式室内机电源线与主控板的连接使用“250双插片”（零线）和连接；火线使用带插片的20A～30A继电器输入。
(13)4.3.16功能附件的接口设计原则 (13)4.3.17柜机、挂机、移动用同步电机连接方式 (14)4.3.18柜机移动门用同步电机连接方式 (15)4.3.19异步电机反馈电路接口 (15)4.4设计通用规则 (15)4.4.1同一系列的机型 (16)4.4.2不同系列窗机、柜机、分体挂壁式、移动空调、除湿机等 (17)4.4.3对于某款机型的电控第二方案（主要是更换了主控IC，其余相同） (17)4.4.4电子控制器中常用到的+12V与+5V直流电源 (17)4.4.5其它附加功能 (17)4.4.6 PCB设计更改时的要求 (17)4.4.7采用遥控接收板与显示板独立安装的各个机型之间，其遥控接收板必须可以通用。
