双温区自动空调建议方案-07

1双温区自动空调控制器建议方案上海荣乐汽车电子有限公司2007.09.052目录一、定义二、结构体系三、控制策略四、电气方案五、标定与验证奥迪双温区控制器皇冠双温区控制器凯美瑞双温区控制器3一、定义自动恒温双温区空调控制器能够同时分别对车内两个区域（左右）的出风温度、风量、吹风模式进行独立的自动控制，控制算法复杂。此控制器属于高档空调控制器，科技含量非常高，在目前属于第四代高技术水平产品。此控制器已突破大部分汽车空调系统(air-conditioningsystem)概念范畴,而是属于车内气候自动恒温调节系统(Autoclimate-controlsystem)技术与产品体系。简明而言，此控制器在箱体结构的支持下，可根据驾驶者(Driver)和副驾驶乘客(Passengers)设定的车内温度，由左右仪表胸部出风口、左右仪表头部出风口、左右脚坑出风口、左右除霜出风口(也有单一除霜出风口)吹出与左右设定温度相对应的温度、风量、模式。同时根据阳光照射角度，分别对左右温区进行不同的补偿。值得注意的是中央仪表出风口(头部/胸部)大部分车型是吹出左右设定温度平均值所对应的温度、风量。4二、结构体系-1自动恒温双温区空调控制器的体系等级是指在三箱结构上可实现双温区灵活度和精确度。大致可分为三个等级：1级：只有出风温度可分别控制，即有左右温度翻板电机，模式翻板电机不分左右，鼓风机也只有1个。2级：出风温度和风量可分别控制，即有左右温度翻板电机，模式翻板电机不分左右，鼓风机有2个。3级：出风温度、风量、模式均可分别控制，即有左右温度翻板电机，左右模式翻板电机，鼓风机有2个。空调系统的三箱（鼓风机总成、蒸发器总成、前暖风总成）结构大多数为整体式；通常压缩机采用变排量压缩机；冷凝器采用平行流结构；蒸发器芯采用层叠式结构；节流装置采用节流管带汽液分离器结构和干燥贮液器结构；此等级控制器基本配置在B+和C级车及以上车型，因此、基本采用CAN总线方式，同时也可能采用LIN总线方式，实现座椅加热。5CANGatewaySPI通讯二、结构体系-2-1(以3级体系为例)左右此MMI显示方式可选含车内温度传感器9个传感器，6个伺服电机，2个鼓风机6CANGatewaySPI通讯二、结构体系-2-2(以3级体系为例)左右此MMI显示方式可选含车内温度传感器7个传感器，6-8个伺服电机，2个鼓风机7三、控制策略我司已有“C级车双温区自动恒温空调控制算法软件”,在此算法基础上进行标定能减少在标定试验和环模试验方面烦杂的工作，节省成本。双温区自动恒温空调控制策略,与单温区自动恒温空调原理基本一致,其不同之处是:如何精确获得两个温区的车内温度;对于1级、2级体系的双温区，如何确定模式和风量；就3级体系的双温区而言，其控制策略相对还简单一些；阳光传感器则是需要左右两个光感元器件(光电二极管)封装的，封装结构支持对光照角度的区分；对于有“出风口温度传感器”的体系，无论压缩机是否是变排量的，控制算法将先计算出当前所需出风口温度，然后对应到温度翻板的位置。这一点与单温区在控制原理上有本质的区别；8算法依据1：冷暖风混合是有公认算法公式的，根据该公式可以理解到冷暖风在相同体积、相同流量、相同混合空间（腔体）下、其各自的热能量混合比是基本线性的：其中GnGg分别表示冷风、热分的质量/流量。并且，其能量的表示是可以用温度单位(如℃)。因此，控制温度翻板就可以控制出风口的温度，而出风口的温度要求是根据T_set(设置温度)、T_in(车内温度)、T_amb(车外温度)、以及PMV/PPD对舒适度的要求计算出来翻板的逻辑位置值（L_Sys_Value）。3-1算法依据9PMV/PPD热舒适表以人体舒适度（PMV/PPD）为控制目标的空调控制理论和建议，在ISO7730标准中以PMV-PPD指标来描述和评价热环境。该指标综合考虑了人体活动程度、衣服热阻（衣着情况）、空气温度、平均辐射温度、空气流动速度和空气湿度等六个因素。空调系统在车内对温度的可干预控制的感知因素如下：温度差、风速、温变速度、人体部位的舒适感知度、热辐射强度、湿度。PMV(predictedmeanvote)：预期平均评价率。PPD(predictedpercentofdissatisfied)：预期不满意率。算法依据2：我国空调车夏季车内设计参数温度/℃相对湿度/%空气流速/(m.s-1)新风量/(m3.(h.人)－1)24～28≤70≤0.2520～2510PMV＝〔0.303exp(-0.036M)+0.028〕｛M－W－3.05×10－3〔5733－6.99（M-W)-Pa〕-0.42〔（M－W)－58.15〕-1.7×10－5M(34-ta)-3.96×10－8fcl〔（tcl＋273）－(tr+273)〕-fclhc(tcl-ta)｝PPD＝100－95exp〔－（0.03353PMV4+0.2179PMV2)〕式中：M——人体能量代谢率，W/m2；W——人体所作的机械功，W/m2；ta——人体周围空气温度，℃；Pa——人体周围空气的水蒸气分压力，Pa；fcl——穿衣面积系数，与衣服热阻有关；tcl——衣服外表面温度，℃；tr——房间的平均辐射温度，℃；hc——对流换热系数，W/(m2.℃)。对于乘坐空调车的人们来说，着衣情况和活动情况是一定的；在相对湿度小于65%时，对人体的热感觉影响不大。因此，空调车的PMV及PPD可看作是车内空气温度、平均辐射温度和气流速度、气流方向的函数。当然由于控制器单片机浮点计算能力不强，具体使用的是简化算法公式。11•但对控制器而言，标定是来验证算法的，并修正算法，对于无算法支持的控制器，标定将是一项巨大的工程，软件修改也是一种考验。有算法支持的控制器的车内温度的控制是精细和平滑的。算法原则：良好的冷房效果；人体舒适性感知；节能与实效的平衡；算法与标定：123-2左右混合风门翻板电机的控制左、右温度翻板分别由左、右温度翻板伺服电机驱动，电机内部工作示意图如左图示：温度翻板可以在“全冷”和“全热”之间的范围内任意摆动，并可以停留在某个固定的位置上。温度翻板的位置由出风口的温度决定。当压缩机的制冷量一定时，温度翻板的位置和出风口的温度成一定的对应关系。由于C601项目采用了变排量压缩机，制冷量是改变的，因此温度翻板的位置和出风口温度的对应关系应该是一系列的对应关系集合。CW：全冷CCW:全热13左右车内温度T_in_r/l由控制器内置温度T_in和当前出风左右出风口温度T_blow_r/l计算得出；出风口的所需温度T_blow_value_r/l*1由算法公式根据T_set_r/l、T_amb、T_in_r/l计算得出；T_blow_value_r/l同时受光辐射强度V_Lux_r/l影响,以及舒适度温度点T_comf；根据T_blow_value_r/l对应出温度翻板的逻辑位置值L_sys_value*2；中央仪表出风口，是吹出左右风管混合后的风（由结构决定）；*1此值需标定获得*2冷暖风门具有智能化的自学习功能；温度翻板电机控制算法描述：此位置更佳夏秋季：22℃-25℃冬春季：18℃-20℃14公式图示：T_inT_blow_rT_blow_lT_in_rT_in_lT_set_rT_set_l+-T_comfT_ambT_blow_rT_blow_lLux_rLux_lL_sys_valur_rL_sys_valur_lV_ac01153-3、中央翻板和脚坑翻板（出风模式）电机的控制模式翻板负责出风的分配，吹风方向从车内的地板到天花板。通常有两个电机配合实现。出风口温度越低，空气应吹响天花板的方向（吹头H）；出风口温度升高，空气慢慢向下吹（吹脸、吹脚H+F）；出风口温度越高，空气应吹向地板的方向（吹脚F）。为了增加车内环境的舒适度，空气分配的过程需要采用自主专有的”Ultra-change”渐变技术，防止在某个临界点作频繁变换。16出风模式F_mode由算法公式计算获得，并能实现模式的渐变,影响的因素有出风口温度T_blow_r/l、车内温度T_in_r/l、设置温度T_set_r/l；当左右模式有差异时，在夏季，以H模式优先，在冬季以F模式优先，其它时候以H+F模式优先；公式图示：T_inT_blow_rT_blow_lT_in_rT_in_lT_set_rT_set_l+-T_comfT_ambF_mode(system_value)在制热模式下，在汽车冷启动时，须预防冷风和车内预先除雾/除霜。17进气及通风过程示意图3-4、通风与进气（内外循环）的控制内外循环C_mode也由算法公式计算获得，在外循环时并能实现渐变功能,影响的因素有车外温度T_amb、车内温度T_in_r/l、设置温度T_set_r/l，车速V_speed；当左右模式有差异时，以外循环优先;内循环无独立新风小缝隙时，每M_1分钟外循环M_2秒钟*1；18新鲜空气模式下，车速较高时（60Km/h≤VS＜200Km/h），通风翻板根据行车情况平滑摆动，目的是保持车内气流的稳定。车速很高时（VS≥200Km/h），通风翻板关闭，只有少量新鲜空气进入车内当全暖时，此通风翻板不起作用。行车速度跟风量的补偿关系示意图193-5、鼓风机风量的控制鼓风机可以自动控制，也可以手动控制手动控制状态下，风量分为8~12个档位；自动控制状态下，鼓风机的风量为无级调速，风量可以在1档到12之间进行无级变化。在自动状态下风量的档位S_blow直接由算法公式计算获得；当风量变化采用连续非跨档变化，使人体温度感知平滑化S_blow(system_value)算法描述定参舒适温度T_comf夏季25℃冬季22℃入参车内温度T_in左右出风口实际温度T_blow_r和T_blow_l左右阳光LUX值Lux_rLux_l内外循环状态C_mode车速V_speed供电电平V_batt出参算出左右风量后，取两者的平均风量，为输出风量203-6、前除霜前除霜时，空气分配出风口关闭，除霜翻板打开，空气全部流向前档风玻璃。与前除霜有关的执行机构状态：鼓风机渐变为”最高档风量”*1M_3秒钟后，保持之前状态和档位（手动保持手动，自动保持自动）；压缩机打开*2；进气状态变为外循环状态；前除霜状态下，按前除霜键，系统返回到之前状态；按AUTO键，系统进入AUTO状态；按空气分配键，空气分配退出自动运行状态，其他机构状态保持不变；按其他键，系统保持前除霜状态，相应的机构执行相应动作。213-7、压缩机与制冷A-压缩机B-空调压力开关C-冷凝器D-高压检测接头E-节流孔管F-蒸发器H-低压检测接头I-干燥罐其中发动机ECU和空调控制ECU(中央控制单元)协同对压缩机进行控制。①，按下ECON节能键时，压缩机切断。②，蒸发器温度低于0.5℃时，压缩机切断，回升到3.5℃/5℃时，压缩机重启动。③，发动机转速超出或小于规定范围时，压缩机切断。④，水箱温度太高或者太低时，压缩机切断。⑤，环境温度低于3.5℃时，压缩机切断。若启动节能逻辑（Econ-logic）时，压缩机切断情况增加：①，环境温度低于EL-T1℃*1，压缩机切断。②，设置温度高于环境温度EL_T2℃*2，压缩机切断。双温区的压缩机通常是变排量压缩机，节能、减耗，效率高。右图为空调系统的制冷原理示意图，A位置为压缩机。223-8、阳光传感器阳光传感器工作电路图阳光传感器的光照强度和光敏二极管两端的电压成基本线性关系。阳光光照强度会影响到车内环境的舒适度，相应的许多执行机构或者输出量都必须做出补偿。如：混合风门、空气分配风门、压缩机开关、风量等*1。光电流计算公式：I=(5-V)/8000。双温区系统的阳光传感器是由左右两个封装的光敏二极管组成，能明确探知驾驶位和副座的光照强度233-9、CAN-BUS24CAN-BUS基于优先级仲裁机制，安全性高，通讯速率分高速CAN500K、低速CAN100K。空