董彦文1 徐磊1 阮先轸1
1.广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东省广州市，510000
摘要：对某型燃油车空调控制系统进行了研究，先介绍空调控制系统各组成部分，然后介绍了传感器部分、执行器部分、总线通讯部分控制原理，接着进行空调控制系统硬件设计说明，再接着进行硬件在环仿真台架方案设计，最后通过实车测试，进一步验证了空调控制系统的合理性和有效性。
关键词：燃油车；空调系统；空调控制系统；硬件在环仿真；实车测试
中图分类号：U463.2
一、前言
HVAC（Heating Ventilation Air Condition）系统通常指整个空调系统[1]，用于调节车内空气温度、湿度、空气质量的空气流动的系统，安装在仪表台或其他内饰件下面，包含蒸发器、加热器芯、鼓风电机、过滤器和各混风、出风控制风门等。空调控制系统通过协调控制整个空调系统工作，实现车内空调采暖、制冷、空调净化等控制功能。
二、空调控制系统组成和功能原理
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图1空调控制系统原理图
某型空调控制系统原理[2]设计如图1所示，空调控制器通过采集按键硬线、外温、内温、阳光、压力、蒸发器温度、湿度、空气质量等信号和接收EMS、ESP、BCM、ACU/FCP等控制器所需总线信号，完成后除霜、混风电机、出风模式电机、内外气电机、负离子、鼓风机和指示灯控制功能等，具体说来如下：
2.1 传感器部分
空调控制器采集必需的按键硬线、外温、内温、阳光、压力、蒸发器温度、湿度、空气质量等信号，完成控制策略所需输入及反馈信号，其中按键硬线，用于用户按键开关类输入；外温、内温、阳光信号，综合外温、内温、阳光和设定温度等条件，实时计算调整目标出风口温度，用于压缩机、鼓风机风量、混风、出风模式和内外气等自动控制；压力、蒸发器温度信号，用于进行空调系统压力监控、压缩机保护控制、冷却风扇控制、压缩机制冷闭环控制；湿度传感器，用于自动前除霜控制；空气质量传感器，用于用于自动切换内外气控制。
2.2 执行器部分
空调控制器通过采集2.1传感器部分[3]，根据控制策略算法，然后进行除霜、混风、出风模式、内外气、负离子、指示灯和鼓风机等空调系统执行控制部分动作，以实现具体功能，另外各控制电机都带有位置反馈功能，可实现电机执行位置闭环控制以及电机堵转监控，其中后除霜控制，用于进行后玻璃及后视镜电加热除霜；混风电机控制，根据计算的目标出风口温度和设定温度，实时调整空气混合门位置，实现冷气和暖气混合调配，以调配出合适需求的出风温度；出风模式电机，自动控制时候根据出风口温度进行各出风模式控制，手动控制时候用于响应用户设定的不同出风模式；内外气电机，用于自动控制时候根据外温信号和空调质量信号，自动控制切换内外气模式；负离子，高边驱动实现负离子功能开启，实现风道内空气净化；鼓风机，自动控制时候根据出风口温度实现自动控制，手动控制时候响应用户设定的不同风量；
2.3 总线通讯部分
空调控制系统总线通讯分为CAN总线信号和LIN总线信号两种，其中CAN总线信号为车上通用信号从其他控制器获取，用于空调控制策略必需信号，控制控制系统用总线信号介绍如下表1所示：
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传统车空调系统常见LIN从节点包括PM2.5传感器和香氛系统两种，其中单通道PM2.5传感器一般安装于车内，用于监测车内PM2.5和PM10颗粒物浓度，反映车内空气质量情况，可用做车内空气质量自动监测和触发空气净化功能；香氛系统安装于车内，通过中控屏幕可控制香氛开启、关闭、不同香味类型选择、不同香味浓度选择，同时香氛系统可以上报香氛剩余量、香氛系统故障等。
三、空调控制系统硬件设计
空调控制器硬件设计包括电源模块、信号采集模块、电机控制模块、CAN通讯模块和LIN通讯模块[4]等，其中电源模块[5]负责整个系统供电，信号采集模块负责传感器信号识别、电机控制模块负责电机驱动和反馈、CAN/LIN通讯模块负责CAN/LIN通讯实现，本文中采用电源控制模块、CAN通讯模式、LIN通讯模块三合一芯片实现，如下图2所示为硬件系统设计框图。
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图2 空调控制器硬件设计框图
四、试验验证
本文通过HIL（Hardware-In-the-Loop，HIL，硬件在环仿真）[5]台架测试和实车测试，验证所设计的空调控制系统效果。
4.1 HIL台架测试
换挡控制器HIL台架测试，是把真实的空调控制器运行在基于dSPACE环境的虚拟整车环境中测试，可以减少实车和台架试验，并可进行失效测试和故障模拟等[6]。
空调控制器HIL测试系统方案如图3所示，主要分为三大部分：
1）真实的空调控制器及其执行器电机、pm2.5传感器、香氛系统、按键指示灯；
2）基于dSPACE的RTI I/O模块配置和输出上述2.1章节中涉及的传感器部分和硬线开关按键输入部分；
3） 基于dSPACE的RTI CAN I/O模块配置和输出EMS、ESP、BCM、ACU、FCP等CAN输入输出交互信号，实现与空调控制器CAN总线交互功能；
4）ControlDesk监视界面，用于监控、记录整个仿真测试过程数据，同时可实现实时调整2）、3）中模块数值，实现空调控制器实时测试。
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图3空调控制器HIL测试系统方案
4.2 实车测试
将HIL测试通过的空调控制器与空调系统总成组装到实车测试，进行空调控制系统全功能测试，通过总线工具采集测试结果如图4所示：
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图4 空调控制系统实车测试结果
起始修正外温28.5℃，设定温度为21℃，可以看到车内温度开始下降，蒸发器温度下降，鼓风机风量为6挡；到第188s后，调整设定温度19℃，可以看到车内温度一直在下降，同时伴随系统压力、鼓风机风量、蒸发器温度变化，其中蒸发器温度基本维持在5℃左右，最后车内温度维持在19℃左右，证明空调系统设计满足需求。
五、结论
本文针对某型空调控制系统进行了功能设计研究，依据空调系统基本功能，提出和设计了传感器部分、执行器部分、总线通讯部分控制原理，然后进行空调控制系统硬件设计说明，给出了硬件设计系统框图，接着给出了硬件在环仿真台架方案设计，最后通过实车测试，通过数据分析，进一步验证了空调控制系统的合理性和有效性。
参考文献：
[1]吴柳燕，柯胜涛，孙强. 汽车智能三区空调控制系统的研究与应用[J].汽车实用技术，2015，（8）：36-39.
[2] 孟范峰，金孟，赵公旗，张秋新，王晓宇.车用自动空调控制策略的研究[J].汽车电器，2017，（4）：60-67.
[3] 施长浩,陈鹏,刘振.汽车自动空调电子控制系统设计[J].电子产品世界,2012,(12).65.
[4] 李姗,杨亚飞,吕倩.LIN通讯技术在汽车智能电子控制系统中的应用研究[J]. 数码设计2018,(3):171-172.
[5] 耿青玲.基于 MC9S12HY64的汽车双温区空调控制器的设计[J].电子测试，2013，（7）:74-75.
[6] 黄欣，贺红江. 基于HIL的车载空调控制器的自动化测试[J]. 科技视界，2017，（13）：13-15.