某型燃油車空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計研究

某型燃油車空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計研究

Summary：對某型燃油車空調(diào)控制系統(tǒng)進行了研究，先介紹空調(diào)控制系統(tǒng)各組成部分，然后介紹了傳感器部分、執(zhí)行器部分、總線通訊部分控制原理，接著進行空調(diào)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計說明，再接著進行硬件在環(huán)仿真臺架方案設(shè)計，最后通過實車測試，進一步驗證了空調(diào)控制系統(tǒng)的合理性和有效性。Keys：燃油車；空調(diào)系統(tǒng)；空調(diào)控制系統(tǒng)；硬件在環(huán)仿真；實車測試：U463.2一、前言HVAC（HeatingVentilationAirCondition）系統(tǒng)通常指整個空調(diào)系統(tǒng)[1]，用于調(diào)節(jié)車內(nèi)空氣溫度、濕度、空氣質(zhì)量的空氣流動的系統(tǒng)，安裝在儀表臺或其他內(nèi)飾件下面，包含蒸發(fā)器、加熱器芯、鼓風(fēng)電機、過濾器和各混風(fēng)、出風(fēng)控制風(fēng)門等?？照{(diào)控制系統(tǒng)通過協(xié)調(diào)控制整個空調(diào)系統(tǒng)工作，實現(xiàn)車內(nèi)空調(diào)采暖、制冷、空調(diào)凈化等控制功能。二、空調(diào)控制系統(tǒng)組成和功能原理圖1空調(diào)控制系統(tǒng)原理圖某型空調(diào)控制系統(tǒng)原理[2]設(shè)計如圖1所示，空調(diào)控制器通過采集按鍵硬線、外溫、內(nèi)溫、陽光、壓力、蒸發(fā)器溫度、濕度、空氣質(zhì)量等信號和接收EMS、ESP、BCM、ACU/FCP等控制器所需總線信號，完成后除霜、混風(fēng)電機、出風(fēng)模式電機、內(nèi)外氣電機、負離子、鼓風(fēng)機和指示燈控制功能等，具體說來如下：2.1傳感器部分空調(diào)控制器采集必需的按鍵硬線、外溫、內(nèi)溫、陽光、壓力、蒸發(fā)器溫度、濕度、空氣質(zhì)量等信號，完成控制策略所需輸入及反饋信號，其中按鍵硬線，用于用戶按鍵開關(guān)類輸入；外溫、內(nèi)溫、陽光信號，綜合外溫、內(nèi)溫、陽光和設(shè)定溫度等條件，實時計算調(diào)整目標(biāo)出風(fēng)口溫度，用于壓縮機、鼓風(fēng)機風(fēng)量、混風(fēng)、出風(fēng)模式和內(nèi)外氣等自動控制；壓力、蒸發(fā)器溫度信號，用于進行空調(diào)系統(tǒng)壓力監(jiān)控、壓縮機保護控制、冷卻風(fēng)扇控制、壓縮機制冷閉環(huán)控制；濕度傳感器，用于自動前除霜控制；空氣質(zhì)量傳感器，用于用于自動切換內(nèi)外氣控制。2.2執(zhí)行器部分空調(diào)控制器通過采集2.1傳感器部分[3]，根據(jù)控制策略算法，然后進行除霜、混風(fēng)、出風(fēng)模式、內(nèi)外氣、負離子、指示燈和鼓風(fēng)機等空調(diào)系統(tǒng)執(zhí)行控制部分動作，以實現(xiàn)具體功能，另外各控制電機都帶有位置反饋功能，可實現(xiàn)電機執(zhí)行位置閉環(huán)控制以及電機堵轉(zhuǎn)監(jiān)控，其中后除霜控制，用于進行后玻璃及后視鏡電加熱除霜；混風(fēng)電機控制，根據(jù)計算的目標(biāo)出風(fēng)口溫度和設(shè)定溫度，實時調(diào)整空氣混合門位置，實現(xiàn)冷氣和暖氣混合調(diào)配，以調(diào)配出合適需求的出風(fēng)溫度；出風(fēng)模式電機，自動控制時候根據(jù)出風(fēng)口溫度進行各出風(fēng)模式控制，手動控制時候用于響應(yīng)用戶設(shè)定的不同出風(fēng)模式；內(nèi)外氣電機，用于自動控制時候根據(jù)外溫信號和空調(diào)質(zhì)量信號，自動控制切換內(nèi)外氣模式；負離子，高邊驅(qū)動實現(xiàn)負離子功能開啟，實現(xiàn)風(fēng)道內(nèi)空氣凈化；鼓風(fēng)機，自動控制時候根據(jù)出風(fēng)口溫度實現(xiàn)自動控制，手動控制時候響應(yīng)用戶設(shè)定的不同風(fēng)量；2.3總線通訊部分空調(diào)控制系統(tǒng)總線通訊分為CAN總線信號和LIN總線信號兩種，其中CAN總線信號為車上通用信號從其他控制器獲取，用于空調(diào)控制策略必需信號，控制控制系統(tǒng)用總線信號介紹如下表1所示：表1CAN總線信號CAN節(jié)點CAN報文報文應(yīng)用說明EMS水溫用于修正外溫和計算混合風(fēng)門開度轉(zhuǎn)速用于壓縮機消耗扭矩補償ESP車速用于外溫修正及冷卻風(fēng)扇請求控制BCM雨刮、燈光用于內(nèi)外氣切換、指示燈控制ACU/FCP中控屏幕空調(diào)按鍵、空調(diào)面板中控屏幕空調(diào)軟按鍵、空調(diào)面板硬按鍵空調(diào)相關(guān)信號交互傳統(tǒng)車空調(diào)系統(tǒng)常見LIN從節(jié)點包括PM2.5傳感器和香氛系統(tǒng)兩種，其中單通道PM2.5傳感器一般安裝于車內(nèi)，用于監(jiān)測車內(nèi)PM2.5和PM10顆粒物濃度，反映車內(nèi)空氣質(zhì)量情況，可用做車內(nèi)空氣質(zhì)量自動監(jiān)測和觸發(fā)空氣凈化功能；香氛系統(tǒng)安裝于車內(nèi)，通過中控屏幕可控制香氛開啟、關(guān)閉、不同香味類型選擇、不同香味濃度選擇，同時香氛系統(tǒng)可以上報香氛剩余量、香氛系統(tǒng)故障等。三、空調(diào)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計空調(diào)控制器硬件設(shè)計包括電源模塊、信號采集模塊、電機控制模塊、CAN通訊模塊和LIN通訊模塊[4]等，其中電源模塊[5]負責(zé)整個系統(tǒng)供電，信號采集模塊負責(zé)傳感器信號識別、電機控制模塊負責(zé)電機驅(qū)動和反饋、CAN/LIN通訊模塊負責(zé)CAN/LIN通訊實現(xiàn)，本文中采用電源控制模塊、CAN通訊模式、LIN通訊模塊三合一芯片實現(xiàn)，如下圖2所示為硬件系統(tǒng)設(shè)計框圖。圖2空調(diào)控制器硬件設(shè)計框圖四、試驗驗證本文通過HIL（Hardware-In-the-Loop，HIL，硬件在環(huán)仿真）[5]臺架測試和實車測試，驗證所設(shè)計的空調(diào)控制系統(tǒng)效果。4.1HIL臺架測試換擋控制器HIL臺架測試，是把真實的空調(diào)控制器運行在基于dSPACE環(huán)境的虛擬整車環(huán)境中測試，可以減少實車和臺架試驗，并可進行失效測試和故障模擬等[6]。空調(diào)控制器HIL測試系統(tǒng)方案如圖3所示，主要分為三大部分：真實的空調(diào)控制器及其執(zhí)行器電機、pm2.5傳感器、香氛系統(tǒng)、按鍵指示燈；基于dSPACE的RTII/O模塊配置和輸出上述2.1章節(jié)中涉及的傳感器部分和硬線開關(guān)按鍵輸入部分；3）基于dSPACE的RTICANI/O模塊配置和輸出EMS、ESP、BCM、ACU、FCP等CAN輸入輸出交互信號，實現(xiàn)與空調(diào)控制器CAN總線交互功能；4）ControlDesk監(jiān)視界面，用于監(jiān)控、記錄整個仿真測試過程數(shù)據(jù)，同時可實現(xiàn)實時調(diào)整2）、3）中模塊數(shù)值，實現(xiàn)空調(diào)控制器實時測試。圖3空調(diào)控制器HIL測試系統(tǒng)方案4.2實車測試將HIL測試通過的空調(diào)控制器與空調(diào)系統(tǒng)總成組裝到實車測試，進行空調(diào)控制系統(tǒng)全功能測試，通過總線工具采集測試結(jié)果如圖4所示：圖4空調(diào)控制系統(tǒng)實車測試結(jié)果起始修正外溫28.5℃，設(shè)定溫度為21℃，可以看到車內(nèi)溫度開始下降，蒸發(fā)器溫度下降，鼓風(fēng)機風(fēng)量為6擋；到第188s后，調(diào)整設(shè)定溫度19℃，可以看到車內(nèi)溫度一直在下降，同時伴隨系統(tǒng)壓力、鼓風(fēng)機風(fēng)量、蒸發(fā)器溫度變化，其中蒸發(fā)器溫度基本維持在5℃左右，最后車內(nèi)溫度維持在19℃左右，證明空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計滿足需求。五、結(jié)論本文針對某型空調(diào)控制系統(tǒng)進行了功能設(shè)計研究，依據(jù)空調(diào)系統(tǒng)基本功能，提出和設(shè)計了傳感器部分、執(zhí)行器部分、總線通訊部分控制原理，然后進行空調(diào)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計說明，給出了硬件設(shè)計系統(tǒng)框圖，接著給出了硬件在環(huán)仿真臺架方案設(shè)計，最后通過實車測試，通過數(shù)據(jù)分析，進一步驗證了空調(diào)控制系統(tǒng)的合理性和有效性。Reference：[1]吳柳燕，柯勝濤，孫強.汽車智能三區(qū)空調(diào)控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].汽車實用技術(shù)，2015，（8）：36-39.[2]孟范峰，金孟，趙公旗，張秋新，王曉宇.車用自動空調(diào)控制策略的研究[J].汽車電器，2017，（4）：60-67.[3]施長浩,陳鵬,劉振.汽車自動空調(diào)電子控制系統(tǒng)設(shè)計[J].電子產(chǎn)品世界,2012,(12).65.[4]李姍,楊亞飛,呂倩.LIN通訊技術(shù)在汽車智能電子控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究