雙溫區(qū)自動空調(diào)控制器

建議方案

2007.09.05雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-07目錄一、定義二、結(jié)構(gòu)體系三、控制策略四、電氣方案五、標(biāo)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)控制器雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-07一、定義

自動恒溫雙溫區(qū)空調(diào)控制器能夠同時分別對車內(nèi)兩個區(qū)域（左右）的出風(fēng)溫度、風(fēng)量、吹風(fēng)模式進(jìn)行獨立的自動控制，控制算法復(fù)雜。此控制器屬于高檔空調(diào)控制器，科技含量非常高，在目前屬于第四代高技術(shù)水平產(chǎn)品。此控制器已突破大部分汽車空調(diào)系統(tǒng)(air-conditioningsystem)概念范疇,而是屬于車內(nèi)氣候自動恒溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)(Autoclimate-controlsystem)技術(shù)與產(chǎn)品體系。

簡明而言，此控制器在箱體結(jié)構(gòu)的支持下，可根據(jù)駕駛者(Driver)和副駕駛乘客(Passengers)設(shè)定的車內(nèi)溫度，由左右儀表胸部出風(fēng)口、左右儀表頭部出風(fēng)口、左右腳坑出風(fēng)口、左右除霜出風(fēng)口(也有單一除霜出風(fēng)口)吹出與左右設(shè)定溫度相對應(yīng)的溫度、風(fēng)量、模式。同時根據(jù)陽光照射角度，分別對左右溫區(qū)進(jìn)行不同的補(bǔ)償。值得注意的是中央儀表出風(fēng)口(頭部/胸部)大部分車型是吹出左右設(shè)定溫度平均值所對應(yīng)的溫度、風(fēng)量。雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-07二、結(jié)構(gòu)體系-1

自動恒溫雙溫區(qū)空調(diào)控制器的體系等級是指在三箱結(jié)構(gòu)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(fēng)溫度可分別控制，即有左右溫度翻板電機(jī)，模式翻板電機(jī)不分左右，鼓風(fēng)機(jī)也只有1個。

2級：出風(fēng)溫度和風(fēng)量可分別控制，即有左右溫度翻板電機(jī)，模式翻板電機(jī)不分左右，鼓風(fēng)機(jī)有2個。

3級：出風(fēng)溫度、風(fēng)量、模式均可分別控制，即有左右溫度翻板電機(jī)，左右模式翻板電機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)有2個。

空調(diào)系統(tǒng)的三箱（鼓風(fēng)機(jī)總成、蒸發(fā)器總成、前暖風(fēng)總成）結(jié)構(gòu)大多數(shù)為整體式；通常壓縮機(jī)采用變排量壓縮機(jī)；冷凝器采用平行流結(jié)構(gòu)；蒸發(fā)器芯采用層疊式結(jié)構(gòu)；節(jié)流裝置采用節(jié)流管帶汽液分離器結(jié)構(gòu)和干燥貯液器結(jié)構(gòu)；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。雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-07CANGatewaySPI通訊二、結(jié)構(gòu)體系-2-1(以3級體系為例)左右此MMI顯示

方式可選含車內(nèi)溫度傳感器9個傳感器，6個伺服電機(jī)，2個鼓風(fēng)機(jī)雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-07CANGatewaySPI通訊二、結(jié)構(gòu)體系-2-2(以3級體系為例)左右此MMI顯示

方式可選含車內(nèi)溫度傳感器7個傳感器，6-8個伺服電機(jī)，2個鼓風(fēng)機(jī)雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-07三、控制策略

我司已有“C級車雙溫區(qū)自動恒溫空調(diào)控制算法軟件”,在此算法基礎(chǔ)上進(jìn)行標(biāo)定能減少在標(biāo)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(diào)控制策略,與單溫區(qū)自動恒溫空調(diào)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(nèi)溫度;

對于1級、2級體系的雙溫區(qū)，如何確定模式和風(fēng)量；就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(jié)構(gòu)支持對光照角度的區(qū)分；對于有“出風(fēng)口溫度傳感器”的體系，無論壓縮機(jī)是否是變排量的，控制算法將先計算出當(dāng)前所需出風(fēng)口溫度，然后對應(yīng)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(zhì)的區(qū)別；雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-07算法依據(jù)1：冷暖風(fēng)混合是有公認(rèn)算法公式的，根據(jù)該公式可以理解到冷暖風(fēng)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GnGg

分別表示冷風(fēng)、熱分的質(zhì)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(fēng)口的溫度，而出風(fēng)口的溫度要求是根據(jù)T_set(設(shè)置溫度)、T_in(車內(nèi)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)雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-07PMV/PPD熱舒適表

以人體舒適度（PMV/PPD）為控制目標(biāo)的空調(diào)控制理論和建議，在ISO7730標(biāo)準(zhǔn)中以PMV-PPD指標(biāo)來描述和評價熱環(huán)境。該指標(biāo)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?？照{(diào)系統(tǒng)在車內(nèi)對溫度的可干預(yù)控制的感知因素如下：溫度差、風(fēng)速、溫變速度、人體部位的舒適感知度、熱輻射強(qiáng)度、濕度。PMV(predictedmeanvote)：預(yù)期平均評價率。PPD(predictedpercentofdissatisfied)：預(yù)期不滿意率。算法依據(jù)2：我國空調(diào)車夏季車內(nèi)設(shè)計參數(shù)溫度/℃相對濕度/%空氣流速

/(m.s-1)新風(fēng)量

/(m3.(h.人)－1)24～28≤70≤0.2520～25雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-07PMV＝〔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——人體能量代謝率，W/m2；

W——人體所作的機(jī)械功，W/m2；

ta——人體周圍空氣溫度，℃；

Pa——人體周圍空氣的水蒸氣分壓力，Pa；

fcl——穿衣面積系數(shù)，與衣服熱阻有關(guān)；

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(diào)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(diào)車的PMV及PPD可看作是車內(nèi)空氣溫度、平均輻射溫度和氣流速度、氣流方向的函數(shù)。當(dāng)然由于控制器單片機(jī)浮點計算能力不強(qiáng)，具體使用的是簡化算法公式。雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-07

但對控制器而言，標(biāo)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(biāo)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(nèi)溫度的控制是精細(xì)和平滑的。算法原則：

良好的冷房效果；人體舒適性感知；節(jié)能與實效的平衡；算法與標(biāo)定：雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-073-2左右混合風(fēng)門翻板電機(jī)的控制

左、右溫度翻板分別由左、右溫度翻板伺服電機(jī)驅(qū)動，電機(jī)內(nèi)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(nèi)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(fēng)口的溫度決定。當(dāng)壓縮機(jī)的制冷量一定時，溫度翻板的位置和出風(fēng)口的溫度成一定的對應(yīng)關(guān)系。由于C601項目采用了變排量壓縮機(jī)，制冷量是改變的，因此溫度翻板的位置和出風(fēng)口溫度的對應(yīng)關(guān)系應(yīng)該是一系列的對應(yīng)關(guān)系集合。CW：全冷CCW:全熱雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-07

左右車內(nèi)溫度T_in_r/l由控制器內(nèi)置溫度T_in和當(dāng)前出風(fēng)左右出風(fēng)口溫度T_blow_r/l計算得出；出風(fēng)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(qiáng)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(yīng)出溫度翻板的邏輯位置值L_sys_value*2

；中央儀表出風(fēng)口，是吹出左右風(fēng)管混合后的風(fēng)（由結(jié)構(gòu)決定）；*1此值需標(biāo)定獲得*2冷暖風(fēng)門具有智能化的自學(xué)習(xí)功能；溫度翻板電機(jī)控制算法描述：此位置更佳夏秋季：22℃-25℃冬春季：18℃-20℃雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-07公式圖示：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_ac01雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-073-3、中央翻板和腳坑翻板（出風(fēng)模式）電機(jī)的控制

模式翻板負(fù)責(zé)出風(fēng)的分配，吹風(fēng)方向從車內(nèi)的地板到天花板。通常有兩個電機(jī)配合實現(xiàn)。出風(fēng)口溫度越低，空氣應(yīng)吹響天花板的方向（吹頭H）；出風(fēng)口溫度升高，空氣慢慢向下吹（吹臉、吹腳H+F）；出風(fēng)口溫度越高，空氣應(yīng)吹向地板的方向（吹腳F）。為了增加車內(nèi)環(huán)境的舒適度，空氣分配的過程需要采用自主專有的”Ultra-change”漸變技術(shù)，防止在某個臨界點作頻繁變換。雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-07

出風(fēng)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(fēng)口溫度T_blow_r/l、車內(nèi)溫度T_in_r/l、設(shè)置溫度T_set_r/l；當(dāng)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：T_inT_blow_rT_blow_lT_in_rT_in_lT_set_rT_set_l+-T_comfT_ambF_mode(system_value)

在制熱模式下，在汽車?yán)鋯訒r，須預(yù)防冷風(fēng)和車內(nèi)預(yù)先除霧/除霜。雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-07進(jìn)氣及通風(fēng)過程示意圖3-4、通風(fēng)與進(jìn)氣（內(nèi)外循環(huán)）的控制

內(nèi)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(nèi)溫度T_in_r/l、設(shè)置溫度T_set_r/l，車速V_speed；當(dāng)左右模式有差異時，以外循環(huán)優(yōu)先;

內(nèi)循環(huán)無獨立新風(fēng)小縫隙時，每M_1分鐘外循環(huán)M_2秒鐘*1；雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-07

新鮮空氣模式下，車速較高時（60Km/h≤VS＜200Km/h），通風(fēng)翻板根據(jù)行車情況平滑擺動，目的是保持車內(nèi)氣流的穩(wěn)定。

車速很高時（VS≥200Km/h），通風(fēng)翻板關(guān)閉，只有少量新鮮空氣進(jìn)入車內(nèi)當(dāng)全暖時，此通風(fēng)翻板不起作用。行車速度跟風(fēng)量的補(bǔ)償關(guān)系示意圖雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-073-5、鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量的控制

鼓風(fēng)機(jī)可以自動控制，也可以手動控制

手動控制狀態(tài)下，風(fēng)量分為8~12個檔位；自動控制狀態(tài)下，鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為無級調(diào)速，風(fēng)量可以在

1檔到12之間進(jìn)行無級變化。

在自動狀態(tài)下風(fēng)量的檔位S_blow直接由算法公式計算獲得；當(dāng)風(fēng)量變化采用連續(xù)非跨檔變化，使人體溫度感知平滑化S_blow(system_value)算法描述定參舒適溫度T_comf夏季25℃冬季22℃入?yún)④噧?nèi)溫度T_in左右出風(fēng)口實際溫度T_blow_r和T_blow_l左右陽光LUX值Lux_rLux_l內(nèi)外循環(huán)狀態(tài)C_mode車速V_speed供電電平V_batt出參算出左右風(fēng)量后，取兩者的平均風(fēng)量，為輸出風(fēng)量雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-073-6、前除霜

前除霜時，空氣分配出風(fēng)口關(guān)閉，除霜翻板打開，空氣全部流向前檔風(fēng)玻璃。與前除霜有關(guān)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)狀態(tài)：鼓風(fēng)機(jī)漸變?yōu)椤弊罡邫n風(fēng)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(jī)打開*2；進(jìn)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(jìn)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(jī)構(gòu)狀態(tài)保持不變；按其他鍵，系統(tǒng)保持前除霜狀態(tài)，相應(yīng)的機(jī)構(gòu)執(zhí)行相應(yīng)動作。雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-073-7、壓縮機(jī)與制冷A-壓縮機(jī)B-空調(diào)壓力開關(guān)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(jī)ECU和空調(diào)控制ECU(中央控制單元)協(xié)同對壓縮機(jī)進(jìn)行控制。①，按下ECON節(jié)能鍵時，壓縮機(jī)切斷。②，蒸發(fā)器溫度低于0.5℃時，壓縮機(jī)切斷，回升到3.5℃/5℃時，壓縮機(jī)重啟動。③，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速超出或小于規(guī)定范圍時，壓縮機(jī)切斷。④，水箱溫度太高或者太低時，壓縮機(jī)切斷。⑤，環(huán)境溫度低于3.5℃時，壓縮機(jī)切斷。

若啟動節(jié)能邏輯（Econ-logic）時，壓縮機(jī)切斷情況增加：①，環(huán)境溫度低于EL-T1℃*1

，壓縮機(jī)切斷。②，設(shè)置溫度高于環(huán)境溫度EL_T2℃*2

，壓縮機(jī)切斷。

雙溫區(qū)的壓縮機(jī)通常是變排量壓縮機(jī)，節(jié)能、減耗，效率高。右圖為空調(diào)系統(tǒng)的制冷原理示意圖，A位置為壓縮機(jī)。雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-073-8、陽光傳感器陽光傳感器工作電路圖

陽光傳感器的光照強(qiáng)度和光敏二極管兩端的電壓成基本線性關(guān)系。

陽光光照強(qiáng)度會影響到車內(nèi)環(huán)境的舒適度，相應(yīng)的許多執(zhí)行機(jī)構(gòu)或者輸出量都必須做出補(bǔ)償。如：混合風(fēng)門、空氣分配風(fēng)門、壓縮機(jī)開關(guān)、風(fēng)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(qiáng)度雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-073-9、CAN-BUS雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-07CAN-BUS基于優(yōu)先級仲裁機(jī)制，安全性高，通訊速率分高速CAN500K、低速CAN100K。空調(diào)系統(tǒng)的CAN-BUS屬于低速舒適CAN-BUS。ClassB–ISO11519(<=125kb/s)車身電子舒適系統(tǒng)ClassC–ISO11898(<=1Mb/s)發(fā)動機(jī)系統(tǒng)剎車系統(tǒng)安全氣囊雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-07

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）：雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-07雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-07遠(yuǎn)程幀不包含數(shù)據(jù)。

只有1個RTR位和4個DLC位。遠(yuǎn)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(yuǎn)程幀，以激起數(shù)據(jù)幀的發(fā)送。雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-07雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-07空調(diào)ECU在MMI上的顯示可以采用SPI總線通訊方式。3-10、SPIMMI共屏顯示雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-07雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-07雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-07雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-07四、電氣方案

雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-07五、標(biāo)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(diào)控制算法軟件”,在此基礎(chǔ)上對于國產(chǎn)化逆向開發(fā)的產(chǎn)品，標(biāo)定方法將采取“仿真對比標(biāo)定與驗證法”，直接對算法作反向驗證。采取“仿真對比標(biāo)定與驗證法”，可大大節(jié)省“實車/環(huán)模標(biāo)定法”所需開發(fā)前對原件的繁多工作量。“仿真對比標(biāo)定與驗證法”基本標(biāo)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(chǎn)件可做到互換性）、各執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(shè)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(biāo)定與驗證；

步驟3：對比標(biāo)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(jìn)行“實車/環(huán)模驗證”，采用32個標(biāo)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(jìn)行驗證，需歷時4-6個工作周。雙溫區(qū)自動空調(diào)建議方案-07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(jìn)風(fēng)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