MATLAB在汽车空调整车环境室仿真中的应用

1、2006年(第28卷 第5期汽车工程Aut omotive Engineering2006(Vol . 28 No . 52006105MAT LAB 在汽车空调整车环境室仿真中的应用原稿收到日期为2005年5月10日, 修改稿收到日期为2005年7月13日。张行周, 马重芳(北京工业大学环境与能源工程学院, 北京100022摘要介绍了在MAT LAB /SIM UL I N K 仿真平台上, 对汽车空调整车环境室的建模方法, 开发了汽车空调整车环境室的仿真模块库, 用此模块库对某汽车空调整车环境室进行了仿真研究, 与试验结果的对比表明, 所开发的模块库具有较高的仿真精度。关键词:MATLAB

2、 , 仿真, 空调系统, 环境室App licati on of MAT LAB t o the Si m ulati on on Comp lete Vehicle Cli m ateCha mber for Aut omotive A ir 2conditi onerZhang X i n gzhou &M College of Environm ental and Energy Engineering, B eijing AbstractThe modeling method the cha mber f or aut o motive air 2conditi oner based o

3、n MAT LAB /SI M UL I N K . A si t oolbox is devel oped, with which the comp lete ve 2hicle cli m ate cha f 2is si m ulated . The comparis on of si m ulati on result with experi 2mental one t oolbox offers si m ulati on a rather high accuracy .S i m ul a ti on, A i r 2cond iti on i n g syste m, C li

4、m a te cham ber1前言仿真技术是以相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域的专业技术为基础, 以计算机和各种物理效应设备为工具, 利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合性技术。采用计算机仿真技术可以降低试验费用, 缩短试验时间, 提高试验的安全性, 因此得到了广泛应用1。在MAT LAB /SI M UL I N K 开放式平台上进行仿真, 不仅可以节省编程的工作量, 提高仿真结果的可靠性和置信度, 而且可以对系统进行多种分析, 充分利用了MAT LAB 的优越性能2。作者利用该平台对汽车空调整车环境室进行了静动态特性仿真。2环境室的建模汽车空调整车环境室可以模拟

5、汽车在实际行驶中遇到的雨、阳光、振动、冷热负荷、高低气压和行驶速度等。在环境室中进行汽车空调的整车试验具有如下优点:(1 不受地区、季节及时间限制; (2 可复现自然条件, 模拟极值条件; (3 可在相同环境条件下多次重复试验, 有利于评估和详细分析试验数据3-4。所研究的汽车空调整车环境室主要由热湿模拟子系统、迎面风模拟子系统、太阳辐照模拟子系统和废气排放与新鲜风供给子系统组成5。汽车空调整车环境室各种部件的数学建模, 也就是建立其微分方程, 具体数学模型见文献6。数学模型建立后, 要在MAT LAB /SI M UL I N K 平台上进行仿真, 需要建立相应的仿真模块。在MAT LAB

6、/SI M UL I N K 环境下, 有两种方法可以实现仿真建模。一是直接利用SI M UL I N K 提供的基本模块, 按照数学模型直接进行连接; 二是编写S 2函数, 然后用S 2函数模块来调用。前者在仿真速度上有优势, 但在很多情况下, 使用这种方法连接出 2006(Vol . 28 No . 5张行周, 等:MATLAB 在汽车空调整车环境室仿真中的应用475 来的仿真模型过于复杂, 易出错, 因此对于复杂的数学模型, 采用后者更为可取。因为环境室中各部件的数学模型一般为非线性的方程组, 较为复杂, 所以需要使用MAT LAB 中的S 2函数来建立仿真模块。在编写完S 2函数后,

7、使用SI M UL I N K 提供的S 2函数模块进行调用, 然后对其封装, 就可以作为基本模块单元来使用。3仿真模块库根据所建立的数学模型6, 采用编写S 2函数的方法, 开发了汽车空调整车环境室的仿真模块库(AAES t oolbox 。它由执行机构库、传感器库和热源库3个子模块库, 以及其它部件模块如表冷器、风机、围护结构、室外气温变化等组成。每个子模块库包含多个同类部件模块。 (1 执行机构库执行机构库中包含环境室中所用的各种执行机构, 如阀门、变频器、调功器、电动机以及电动执行机构等。(2 传感器库的各种传感器, 如辐照计感变送器。(3 部件, 、辐照灯阵等。利用这些仿真模块, 就

8、可以对汽车空调整车环境室进行仿真研究。4仿真示例 在MAT LAB /SI M UL I N K 环境下, 运用开发的仿真模块库对汽车空调整车环境室的部件或整个系统进行仿真。下面以某环境室为例, 说明模块库的使用, 并与试验值进行比较, 检验仿真精度。某汽车空调整车环境室流程如图1所示。该系统主要由模拟汽车迎面风速的轴流风机、太阳辐照板、空调箱、电加热器、加湿器以及控制系统等组成。空调箱用来调节温度和除湿, 降温后的冷空气由试验间的顶部经过全面孔板向下送出, 试验间的回风由顶部的回风道回到设备间。模拟汽车迎面风速的轴流风机转速由变频器调节。辐照灯的辐射强度由晶闸管调功器调节。对此环境室的温度、

9、辐照度和迎面风速进行仿真, 根据环境室的流程, 按照模块化建模的方法, 从模块库中把需要的模块挑选出来, 连接在一起,并给图1某汽车空调整车环境室流程出需要的外界输入参数, 就构成了该环境室的仿真模块图2。, 编写了仿真程, 见图3。图2环境室仿真模块图图3环境室仿真程序操作界面下面对此环境室进行仿真, 选取的仿真外部输入参数如表1所示。仿真结果曲线如图4所示。 476汽车工程2006年(第28卷 第5期表1仿真外部输入参数试验间温度/30辐照度/Wm -2850迎面风速/kmh -190室外综合温度/15 图4仿真结果曲线对该汽车空调整车环境室进行了试验测试, 测试时一般只能测量各种状态(温

10、度、风速、 的稳态值。所以, 与实测值进行比较, 2结果的比较。4及表2的比较结果可以看出, 仿真结果与实测数据之间存在一定的误差, 但基本满足控制精度要求, 这也表明所建立的汽车空调整车环境室仿真模型是可信的。表2各状态的稳态测量值与仿真结果的比较参数迎面风温/辐照度/Wm -2迎面风速/kmh -1设定值3085090实测值30153113818128771987149516实测偏差+015+113-3118+2719-216+516仿真值2816301183312845188810488107仿真偏差-114011-1618-1412-1196-1193精度要求25065结束语所建立的汽

11、车空调整车环境室仿真模块库, 可用于汽车空调整车环境室的动态特性分析、系统设计方案的优化。对不同的环境室, 只要从模块库中选取不同的模块, , 就可进行新的仿真, 。这种。1. 计算机仿真导论M.北京:科学出版社, 2001. 2张志勇, 等. 精通MAT LAB 513版M.北京:北京航空航天大学出版社, 2000.3王浚, 黄本诚, 万才大, 等. 环境模拟技术M.北京:国防工业出版社, 1996.4张行周, 王浚. 汽车空调整车环境模拟试验室热湿负荷及主要参数的计算J .汽车技术, 2003(10 .5张行周, 王浚. 汽车空调整车环境模拟试验室J .汽车技术,2002(10 .6张行周

12、. 汽车空调整车环境模拟系统仿真研究D .北京:北京航空航天大学, 2004.(上接第464页用转矩式限滑差速器汽车的转弯半径比和前后侧偏角绝对值之差将增大, 其增大的幅度随锁紧系数的增加而增加。(2 蛇形行驶时, 在相同车速时, 装用转矩式限滑差速器汽车的侧向加速度基本不变; 横摆加速度将减小, 其减小的幅度随锁紧系数的增加而增加; 转向盘转角将稍有增大, 其增大的幅度随锁紧系数的增加而增加。(3 转向盘作用力矩稍有增大, 其增大的幅度随锁紧系数的增加而增加。总之, 装用转矩式限滑差速器增加了后轮驱动车辆的不足转向趋势, 即改善了整车操纵稳定性, 但与此同时稍稍增加了转向力矩。参考文献1刘惟信. 汽车车桥设计(汽车设计丛书 M.北京:清华大学出版社, 2004.2王建华. 摩擦片式限滑差速器开发及其性能的研究D .吉林:吉林大学, 2002.3王德平. 汽车驱动防滑控制与动力学稳定性控制的控制逻辑与算法研究D.吉林:吉林工业大学, 1998.4ShortM ichael, PontM ichael J, Huang Q iang . Si m ulati on of Vehi 2cle Longitudinal Dyna m ics:Safety