雙溫區(qū)自動空調建議方案-07

1、雙溫區(qū)自動空調控制器建議方案,上海榮樂汽車電子有限公司 2007.09.05,目 錄,一、定義 二、結構體系 三、控制策略 四、電氣方案 五、標定與驗證,奧迪雙溫區(qū)控制器,皇冠雙溫區(qū)控制器,凱美瑞雙溫區(qū)控制器,一、定義,自動恒溫雙溫區(qū)空調控制器能夠同時分別對車內兩個區(qū)域（左右）的出風溫度、風量、吹風模式進行獨立的自動控制，控制算法復雜。 此控制器屬于高檔空調控制器，科技含量非常高，在目前屬于第四代高技術水平產品。 此控制器已突破大部分汽車空調系統(tǒng)(air-conditioning system)概念范疇,而是屬于車內氣候自動恒溫調節(jié)系統(tǒng)(Auto climate-control system

2、) 技術與產品體系。,簡明而言，此控制器在箱體結構的支持下，可根據(jù)駕駛者(Driver)和副駕駛乘客(Passengers) 設定的車內溫度，由左右儀表胸部出風口、左右儀表頭部出風口、左右腳坑出風口、左右除霜出風口(也有單一除霜出風口)吹出與左右設定溫度相對應的溫度、風量、模式。同時根據(jù)陽光照射角度，分別對左右溫區(qū)進行不同的補償。 值得注意的是中央儀表出風口 (頭部/胸部)大部分車型是吹出左右設定溫度平均值所對應的溫度、風量。,二、結構體系-1,自動恒溫雙溫區(qū)空調控制器的體系等級是指在三箱結構上可實現(xiàn)雙溫區(qū)靈活度和精確度。 大致可分為三個等級：,1級：只有出風溫度可分別控制，即有左右溫度翻板電

3、機，模式翻板電機不分左右，鼓風機也只有1個。 2級：出風溫度和風量可分別控制，即有左右溫度翻板電機，模式翻板電機不分左右，鼓風機有2個。 3級：出風溫度、風量、模式均可分別控制，即有左右溫度翻板電機，左右模式翻板電機，鼓風機有2個。,空調系統(tǒng)的三箱（鼓風機總成、蒸發(fā)器總成、前暖風總成）結構大多數(shù)為整體式；通常壓縮機采用變排量壓縮機；冷凝器采用平行流結構；蒸發(fā)器芯采用層疊式結構；節(jié)流裝置采用節(jié)流管帶汽液分離器結構和干燥貯液器結構； 此等級控制器基本配置在B+和C級車及以上車型，因此、基本采用 CAN 總線方式，同時也可能采用LIN總線方式，實現(xiàn)座椅加熱。,CAN Gateway,SPI通訊,二、

4、結構體系-2-1(以3級體系為例),左,右,此MMI 顯示方式可選,含車內溫度傳感器,9個傳感器，6個伺服電機，2個鼓風機,CAN Gateway,SPI通訊,二、結構體系-2-2(以3級體系為例),左,右,此MMI 顯示方式可選,含車內溫度傳感器,7個傳感器，6-8個伺服電機，2個鼓風機,三、控制策略,我司已有 “C級車雙溫區(qū)自動恒溫空調控制算法軟件 ”,在此算法基礎上進行標定能減少在標定試驗和環(huán)模試驗方面煩雜的工作，節(jié)省成本。,雙溫區(qū)自動恒溫空調控制策略,與單溫區(qū)自動恒溫空調原理基本一致,其不同之處是:,如何精確獲得兩個溫區(qū)的車內溫度; 對于1級、2級體系的雙溫區(qū)，如何確定模式和風量； 就

5、3級體系的雙溫區(qū)而言，其控制策略相對還簡單一些； 陽光傳感器則是需要左右兩個光感元器件(光電二極管)封裝的，封裝結構支持對光照角度的區(qū)分； 對于有“出風口溫度傳感器”的體系，無論壓縮機是否是變排量的， 控制算法將先計算出當前所需出風口溫度，然后對應到溫度翻板的位置。這一點與單溫區(qū)在控制原理上有本質的區(qū)別；,算法依據(jù)1： 冷暖風混合是有公認算法公式的，根據(jù)該公式可以理解到冷暖風在相同體積、相同流量、相同混合空間（腔體）下、其各自的熱能量混合比是基本線性 的： 其中 Gn Gg 分別表示冷風、熱分的質量/流量。 并且，其能量的表示是可以用溫度單位(如)。 因此，控制溫度翻板就可以控制出風口的溫度，

6、而出風口的溫度要求是根據(jù) T_set(設置溫度)、T_in(車內溫度)、T_amb(車外溫度)、以及PMV/PPD對舒適度的要求計算出來翻板的邏輯位置值（L_Sys_Value） 。,3-1 算法依據(jù),PMV/PPD熱舒適表,以人體舒適度（PMV/PPD）為控制目標的空調控制理論和建議， 在ISO7730標準中以PMV-PPD指標來描述和評價熱環(huán)境。該指標綜合考慮了人體活動程度、衣服熱阻（衣著情況）、空氣溫度、平均輻射溫度、空氣流動速度和空氣濕度等六個因素。 空調系統(tǒng)在車內對溫度的可干預控制的感知因素如下：溫度差、風速、溫變速度、人體部位的舒適感知度、熱輻射強度、濕度。,PMV( predic

7、ted mean vote) ：預期平均評價率。 PPD ( predicted percent of dissatisfied )：預期不滿意率。,算法依據(jù)2：,PMV0.303exp(-0.036M)+0.028MW3.051035 7336.99（M- W)-Pa-0.42（MW)58.15-1.7105M(34-ta)-3.96108fcl （tcl273）(tr+273)-fclhc(tcl-ta) PPD 10095exp（0.033 53PMV4+0.217 9PMV2) 式中：M人體能量代謝率，W/m2；W人體所作的機械功，W/m2；ta人體周圍空氣溫度，；Pa人體周圍空氣的水

8、蒸氣分壓力，Pa；fcl穿衣面積系數(shù)，與衣服熱阻有關；tcl衣服外表面溫度，；tr房間的平均輻射溫度，；hc對流換熱系數(shù)，W/(m2.)。 對于乘坐空調車的人們來說，著衣情況和活動情況是一定的；在相對濕度小于65%時，對人體的熱感覺影響不大。 因此，空調車的PMV及PPD可看作是車內空氣溫度、平均輻射溫度和氣流速度、氣流方向的函數(shù)。當然由于控制器單片機浮點計算能力不強，具體使用的是簡化算法公式。,但對控制器而言，標定是來驗證算法的，并修正算法，對于無算法支持的控制器，標定將是一項巨大的工程，軟件修改也是一種考驗。有算法支持的控制器的車內溫度的控制是精細和平滑的。,算法原則：,良好的冷房效果；

9、人體舒適性感知； 節(jié)能與實效的平衡；,算法與標定：,3-2 左右混合風門翻板電機的控制,左、右溫度翻板分別由左、右溫度翻板 伺服電機驅動，電機內部工作示意圖如左圖示：,溫度翻板可以在“全冷”和“全熱”之間的范圍內任意擺動，并可以停留在 某個固定的位置上。 溫度翻板的位置由出風口的溫度決定。 當壓縮機的制冷量一定時，溫度翻板的位置和出風口的溫度成一定的對應關 系。由于C601項目采用了變排量壓縮機，制冷量是改變的，因此溫度翻板的 位置和出風口溫度的對應關系應該是一系列的對應關系集合。,CW：全冷 CCW:全熱,左右車內溫度T_in_r/l由控制器內置溫度T_in和當前出風左右出風口溫度T_blo

10、w_r/l計算得出； 出風口的所需溫度T_blow_value_r/l *1由算法公式根據(jù)T_set_r/l、 T_amb 、T_in_r/l計算得出； T_blow_value_r/l同時受光輻射強度V_Lux_r/l影響,以及舒適度溫度點T_comf； 根據(jù)T_blow_value_r/l 對應出溫度翻板的邏輯位置值L_sys_value *2 ； 中央儀表出風口，是吹出左右風管混合后的風（由結構決定）；,*1 此值需標定獲得 *2 冷暖風門具有智能化的自學習功能；,溫度翻板電機控制算法描述：,此位置更佳,夏秋季：22-25 冬春季：18-20 ,公式圖示：,T_in,T_blow_r,T

11、_blow_l,T_in_r,T_in_l,T_set_r,T_set_l,+ -,T_comf,T_amb,T_blow_r T_blow_l,Lux_r Lux_l,L_sys_valur_r L_sys_valur_l,V_ac,0,1,3-3、中央翻板和腳坑翻板（出風模式）電機的控制,模式翻板負責出風的分配，吹風方向從車內的地板到天花板。通常有兩個電機配合實現(xiàn)。 出風口溫度越低，空氣應吹響天花板的方向（吹頭H）； 出風口溫度升高，空氣慢慢向下吹（吹臉、吹腳H+F）； 出風口溫度越高，空氣應吹向地板的方向（吹腳F）。 為了增加車內環(huán)境的舒適度，空氣分配的過程需要采用自主專有的” Ultr

12、a-change”漸變技術，防止在某個臨界點作頻繁變換。,出風模式F_mode由算法公式計算獲得，并能實現(xiàn)模式的漸變,影響的因素有出風口溫度T_blow_r/l、車內溫度T_in_r/l 、設置溫度T_set_r/l； 當左右模式有差異時，在夏季，以H模式優(yōu)先，在冬季以 F模式優(yōu)先，其它時候以H+F模式優(yōu)先；,公式圖示：,在制熱模式下，在汽車冷啟動時，須預防冷風和車內預先除霧/除霜。,進氣及通風過程示意圖,3-4、通風與進氣（內外循環(huán)）的控制,內外循環(huán)C_mode也由算法公式計算獲得，在外循環(huán)時并能實現(xiàn)漸變功能,影響的因素有車外溫度T_amb、車內溫度T_in_r/l 、設置溫度T_set_r

13、/l，車速V_speed； 當左右模式有差異時，以外循環(huán)優(yōu)先; 內循環(huán)無獨立新風小縫隙時，每 M_1 分鐘外循環(huán) M_2 秒鐘*1；,新鮮空氣模式下，車速較高時（60Km/hVS200Km/h）， 通風翻板根據(jù)行車情況平滑擺動，目的是保持車內氣流的穩(wěn)定。,車速很高時（VS200Km/h），通風翻板關閉，只有少量新鮮空氣 進入車內 當全暖時，此通風翻板不起作用。,行車速度跟風量的補償關系示意圖,3-5、鼓風機風量的控制,鼓風機可以自動控制，也可以手動控制,手動控制狀態(tài)下，風量分為812個檔位； 自動控制狀態(tài)下，鼓風機的風量為無級調速，風量可以在 1檔到12 之間進行無級變化。,在自動狀態(tài)下風量的

14、檔位S_blow直接由算法公式計算獲得； 當風量變化采用連續(xù)非跨檔變化，使人體溫度感知平滑化,3-6、前除霜,前除霜時，空氣分配出風口關閉，除霜翻板打開，空氣全部流向前檔風玻璃。 與前除霜有關的執(zhí)行機構狀態(tài)： 鼓風機漸變?yōu)椤弊罡邫n風量” *1 M_3 秒鐘后，保持之前狀態(tài)和檔位（手動保持手動， 自動保持自動）； 壓縮機打開*2； 進氣狀態(tài)變?yōu)橥庋h(huán)狀態(tài) ；,前除霜狀態(tài)下， 按前除霜鍵，系統(tǒng)返回到之前狀態(tài)； 按AUTO鍵，系統(tǒng)進入AUTO狀態(tài)； 按空氣分配鍵，空氣分配退出自動運行狀態(tài)，其他機構狀態(tài)保持不變； 按其他鍵，系統(tǒng)保持前除霜狀態(tài)，相應的機構執(zhí)行相應動作。,3-7、壓縮機與制冷,A-壓縮機

15、 B-空調壓力開關 C-冷凝器 D- 高壓檢測接頭 E-節(jié)流孔管 F-蒸發(fā)器 H-低壓檢測接頭 I-干燥罐,其中發(fā)動機ECU和空調控制ECU(中央 控制單元)協(xié)同對壓縮機進行控制。 ，按下ECON節(jié)能鍵時，壓縮機切斷。 ，蒸發(fā)器溫度低于0.5時，壓縮機切斷，回升到3.5 /5 時，壓縮機重啟動。 ，發(fā)動機轉速超出或小于規(guī)定范圍時， 壓縮機切斷。 ，水箱溫度太高或者太低時，壓縮機切斷。 ，環(huán)境溫度低于3.5 時，壓縮機切斷。,若啟動節(jié)能邏輯（Econ-logic）時，壓縮機切斷情況增加： ，環(huán)境溫度低于EL-T1 *1 ，壓縮機切斷。 ，設置溫度高于環(huán)境溫度 EL_T2 *2 ，壓縮機切斷。,雙

16、溫區(qū)的壓縮機通常是變排量壓縮機，節(jié)能、減耗，效率高。 右圖為空調系統(tǒng)的制冷原理示意圖，A位置為壓縮機。,3-8、陽光傳感器,陽光傳感器工作電路圖,陽光傳感器的光照強度和光敏二極管兩端的電壓成基本線性關系。,陽光光照強度會影響到車內環(huán)境的舒適度，相應的許多執(zhí)行機構 或者 輸出量都必須做出補償。 如：混合風門、空氣分配風門、壓縮機開關、風量等*1 。,光電流計算公式：I = (5-V)/8000。,雙溫區(qū)系統(tǒng)的陽光傳感器是由左右兩個封裝的光敏二極管組成， 能明確探知駕駛位和副座的光照強度,3-9、CAN-BUS,CAN-BUS基于優(yōu)先級仲裁機制，安全性高，通訊速率分高速CAN 500K、 低速CA

17、N 100K。空調系統(tǒng)的CAN-BUS屬于低速舒適CAN-BUS。,Class B ISO 11519 (=125 kb/s) 車身電子 舒適系統(tǒng) Class C ISO 11898 (= 1 Mb/s) 發(fā)動機系統(tǒng) 剎車系統(tǒng) 安全氣囊,雙溫區(qū)項目采用哪種具體協(xié)議？具體形式？需要車廠開放協(xié)議并提 供CAN地址分配。 需要明確的參數(shù)和數(shù)據(jù)列表如下（不限于此）：,遠程幀不包含數(shù)據(jù)。 只有1個RTR位和4個DLC位。 遠程幀會要求含有相同ID的CAN節(jié)點向總線發(fā)送數(shù)據(jù)幀。 任何節(jié)點都可以發(fā)送遠程幀，以激起數(shù)據(jù)幀的發(fā)送。,空調ECU在MMI上的顯示可以采用SPI總線通訊方式。,3-10、SPI,MMI

18、共屏顯示,四、電氣方案,五、標定與驗證,由于我司擁有成熟的” C級車雙溫區(qū)自動恒溫空調控制算法軟件” , 在此基礎上對于國產化逆向開發(fā)的產品，標定方法將采取“仿真對比標定與驗證法”，直接對算法作反向驗證。 采取“仿真對比標定與驗證法”，可大大節(jié)省 “實車/環(huán)模標定法”所需開發(fā)前對原件的繁多工作量。 “仿真對比標定與驗證法”基本標定策略如下： 步驟1：獲取各原裝件傳感器電氣信號參數(shù)（通常國產件可做到互換性）、各執(zhí)行機構電氣信號參數(shù)和實際執(zhí)行狀態(tài)； 步驟2：采用防真軟件、電氣試驗設備模擬所有傳感器的電氣信號參數(shù)，將原件與開發(fā)件作一對一 的對比標定與驗證； 步驟3：對比標定過程中，修正算法參數(shù)等，可以保證其吻合度將在98%以上，共需的對比條件有412條/826條，需歷時2-3個工作日； 步驟4：進行“實車/環(huán)模驗證”，采用32個標定點，2小時一個驗證周期，對每個環(huán)模條件（共1280條/2560條）進行驗證，需歷時4-6個工作周。,右頭部T_inf_r1,右胸部T_inf_r2,左腳部T_inf_l3,右腳部T_inf_r3,左胸部T_inf_l2,左頭部T_inf_l1,車外溫度T_amb,車外進風T_out,左腳部T_inr_l3,左胸部T_inr_l2,左頭部T_inr_l1,右腳部T_inr_r3,右胸部T_inr_r2,右頭部T_inr_r1,光照Lux_r /lux_l,除