汽车电子电器控制-空调

汽车电子电器控制—汽车空调系统2018.07.27概述一、汽车空调系统介绍二、汽车空调控制器发展三、汽车空调控制器硬件架构四、汽车空调控制器软件架构五、汽车空调控制器开发六、汽车空调控制技术趋势1、系统：一、汽车空调系统介绍2、子部件：一、汽车空调系统介绍空调箱执行器鼓风机调速模块水阀空气PTC压缩机二、汽车空调控制器发展2023/7/65手动空调控制器：空间布置上要考虑拉丝的布置及走向、按键旋钮操作手感差；需要手动调节以达到驾乘者舒适度；面临更新换代电动空调控制器：在手动空调的基础上去掉了拉丝的布置；按键旋钮操作手感好；加入了一些简单的控制逻辑；舒适度仍需要手动调节独立控制器：面板显示部分集成在CD、ICM中，操作部分集成在中控台或CD上（可以是触摸屏）控制器与控制面板之间通过总线通讯增强了HVAC总成同平台的升级性及跨平台的移植性6二、汽车空调控制器发展电动空调控制器：在手动空调的基础上去掉了拉丝的布置；按键旋钮操作手感好；加入了一些简单的控制逻辑；舒适度仍需要手动调节自动空调控制器：引入室内外温度传感器、阳光传感器、湿度传感器及其它传感器；多参数协同参与策略运算；舒适度控制一键解决驾驶室温区独立控制：乘客室温区独立控制可细分至每个乘客区域、加入多个出风口温度传感器替代室内温度传感器；加入后排模式、混合执行器及后鼓风机热管理控制：在传统空调功能基础上增加电机热管理,电池热管理,热泵空调等整车热管理的控制功能HVACBoxModule显示屏指示灯+12VfromBattery控制面板按键旋钮LINBusCANBus电源模块LIN收发器*2CAN收发器CommunicationSupplyAD&IO16位处理器H\LSDriverMotorDriverFlapControl半桥驱动*8线性风机驱动高边驱动*4低边驱动*4支持PWMMMFlap#1Flap#2Flap#3伺服直流执行器鼓风机压缩机继电器类泵类阀类辅助类SBC室内温度传感器环境温度传感器出风口温度传感器阳光传感器蒸发器温度传感器湿度传感器空气质量传感器执行器反馈AC反馈信号压力开关信号后除霜反馈信号…………7低边驱动*12MFlap#1Flap#2Flap#3单极性步进电机三、汽车空调控制器开发-硬件架框控制器软件设计四、汽车空调控制器开发-软件架构微控制器层(MCL)主要是对MCU系统时钟及底层各个功能模块驱动的设置，按照功能可分为以下8个模块：四、汽车空调控制器开发-软件架构ECL层主要是对电路上MCU各个外围芯片的设置；SRV层主要是睡眠管理、总线诊断通讯、存储器处理、传感器信号处理、电压采集处理及诊断、电机档位处理及驱动、电平信号的处理及风机柔化处理；APP层主要是应用控制策略；四、汽车空调控制器开发-软件架构汽车空调系统中常用的模拟量和开关量输入信号：模拟量输入信号：蒸发器温度传感器信号左前温度传感器信号左后温度传感器信号右前温度传感器信号右后温度传感器信号车外温度传感器信号出风口温度传感器信号阳光传感器信号压力传感器模式执行器反馈信号冷暖执行器反馈信号水阀执行器反馈信号

2023/7/611开关量输入信号：AC反馈信号后除霜反馈信号压力开关信号手制动信号风档开关反馈信号

五、汽车空调控制器开发-输入传感器采集及故障诊断处理：

以蒸发器温度传感器为例，温度的变化是相对缓慢，故温度传感器的数据采集一般采用1S的任务调度周期：五、汽车空调控制器开发-传感器采集汽车空调系统中常用的驱动输出信号：电机类：无反馈直流电机开关量反馈直流电机模拟量反馈直流电机单极性步进电机双极性步进电机LIN节点执行器

鼓风机压缩机2023/7/613其它：水阀水泵继电器加热器冷凝风扇

五、汽车空调控制器开发-输出 NXP的SBC芯片：UJA1078A。该芯片的电源管理功能包括：12V转5V，看门狗复位电路、睡眠唤醒管理,具有1路CAN和2路LIN通信2023/7/614五、汽车空调控制器开发-电源及通讯休眠唤醒管理：MCU冷启动：初次上电进行的初始化工作MCU热启动：唤醒后进行的初始化工作MCU休眠初始化：进入休眠前的初始化工作五、汽车空调控制器开发-休眠唤醒12路低边驱动模块

采用elmos的E520.01，作为12路低边驱动的驱动模块。12路低边驱动模块2023/7/616如果接单极性步进电机负载，则可以同时驱动3路单极性步进电机;如果接外部感性容性阻性等低边负载，则可以同时驱动12路低边负载;每一路均可以作为PWM信号输出，从而驱动需要PWM波形的负载;每一路的最大负载电流350mA。五、汽车空调控制器开发-LSD8路半桥驱动模块 H-BOX采用ST的L99MD01，作为8路半桥驱动模块2023/7/617如果接伺服直流电机，则可以同时驱动4路伺服直流电机负载；如果接单极性步进电机，则可以同时驱动2路单极性步进电机负载；如果接高、低边驱动负载，则可以同时驱动8路（高边+低边）负载；L99MD01的每路输出电流最大0.8A；每一路均具有PWM输出功能，可以驱动需要PWM波形的负载。8路半桥驱动模块五、汽车空调控制器开发-Half-Bridge2023/7/618五、汽车空调控制器开发-执行器电机直流电机单极性步进电机双极性步进电机五、汽车空调控制器开发-直流电机定位控制

步进电机归零/过载/堵转诊断：当步进电机运行时，检测到堵转预处理信号Stall_Flag=1时，将标志清零且降低速度；速度降低次数计数器减小到0时（速度最低扭矩最大），判断堵转故障。五、汽车空调控制器开发-步进电机堵转检测调速模块线性驱动电路：

系统通过调节PWM信号的占空比，来调节驱动电路的输出电压，从而调节风机转速。该电路采用两级运放，第一级为差分放大，第二级为积分比较，两级运放和外部的调速模块构成闭环，从而可以达到稳定风机两端电压的目的。

当电源电压在9～16V范围内波动的时候，该电路可以将风机两端的各档电压稳定在±0.1V左右。调速模块PWM驱动电路2023/7/6五、汽车空调控制器开发-鼓风机控制鼓风机驱动：

鼓风机采用线性或PWM驱动（使用PWM驱动时需加入电源电压的判断）鼓风机缓升缓降控制策略如下：在程序中，通过改变占空比来改变输出到电机的电压，通过改变风量时，占空比的变化快慢实现风量的缓升缓降。大致流程如左图：以4档风量（0~4档）举例说明：当风档发生改变时，每10ms探测一次当前占空比的值，若当前占空比与目标占空比一致，则无变化，若当前占空比小于目标占空比，则当前占空比增加0.8%，若当前占空比大于目标占空比，则当前占空比减小2%。如：档位从0突升至4，即当前占空比从0升至100%，每10ms探测一次，每次增加0.8%，总用时1.25s左右。从4档突降至0档，每次探测当前占空比减小2%,总用时0.5s左右。五、汽车空调控制器开发-鼓风机控制变排量压缩机控制算法：系统控制算法如图1所示。控制参量：蒸发器的温度(Tevap)；控制目标：使蒸发器的温度(Tevap)与输入的设定温度(Tevap_set)相同；采用增量式PI控制算法：Kp——比例系数；Ki——积分系统五、汽车空调控制器开发-压缩机控制24FanPCompHI

2.7MPaOFFHI

LimtHI

LimtHI

LimtHI2.2MPaLimtHI

FCHI

FCHI

FCHI1.7MPa

FCLast

FCLast

FCLast

FCLO1.5MPa

FCLO

FCLO

FCLO

FCLO0.4MPaFCLO0.196MPaOFF高压管路压力Mpa1.21.21.41.51.61.822.12.22.32.52.62.72.52.32.12.121.92.11.922.12冷凝风扇转速111112222222222222222222压缩机转速*100022222.12.53.54.54.543.5321.51.52.32.52.52.32.32.52.32.52.3200020002000200021002500350045004500400035003000200015001500230025002500230023002500230025002300蒸发器温度54.84.543.53210.70.70.80.80.9110.90.80.60.50.20.50.30.60.35048454035302010778891010986525363压缩机转速PID4.54.54.54.54.54.54.54.33.93.53.23.132.92.82.72.62.52.42.42.42.42.42.4450045004500450045004500450043003900350032003100300029002800270026002500240024002400240024002400蒸发器温度PID54.43.832.21.51.210.90.850.820.80.750.70.650.60.50.440.430.420.40.40.40.4504438302215121098.58.287.576.5654.44.34.24444变排量压缩机标定示例：五、汽车空调控制器开发-压缩机控制25压缩机标定曲线1：五、汽车空调控制器开发-压缩机控制压缩机标定曲线2五、汽车空调控制器开发-压缩机控制

总体说明：根据模型公式进行相关控制量的计算，结合个别车量的针对性标定，对各个风门电机、鼓风机、压缩机等进行精确控制。

自动控制原则控制目标：使车内温度与经修正后的设定温度尽量接近；出风温度及风速变化平稳，没有明显波动；优先执行手动按键命令对非人工控制设备进行自动控制。计算TD值：Td＝A(Tcab－25)＋B(Tamb－25)＋C(Tsun)－D(Tset－25)＋E27五、汽车空调控制器开发-自动策略28进入条件/Entryconditions退出条件/Exitconditions(Tamb>AMB_STCOOLORTd>TD_STCOOLANDFullAuto）TimeOn>COOLSEQ_1+COOLSEQ_2ORAutoBlower<CoolStartBlowerORManualBlower全冷启动ColdStart五、汽车空调控制器开发-自动策略

在自动控制时，鼓风机电压状态与TD值、循环风门、车速等因素相关，鼓风机电压状态需要以下几个步骤:a.当TD大于0时且TD值越大，鼓风机的电压值也随之越大，当TD值小于0时且TD值越小，则对应的鼓风机电压值也随之越大。由于TD值是连续的，故鼓风机可以实现若干档位的无级控制。AF_2AF_1AIRFLOWAF_4AF_6AF_770AF_8AF_3AF_5AFTDP_1AFTDP_2AFTDP_3AFTDP_4AFTDP_5AFTDP_6Td+AFTDP_7AFTDP_8AFTDM_1AFTDM_2AFTDM_3AFTDM_4AFTDM_5AFTDM_6AFTDM_7AFTDM_80Td-29鼓风机电压控制五、汽车空调控制器开发-自动策略b.调整鼓风机电压

当循环风门处于内循环时，鼓风机不受外界环境及车速的影响；当循环风门处于外循环，则鼓风机受外界环境及车速的影响，如下公式是为修正鼓风机鼓风出风量计算公式。BV4＝BV2*BV_FRESH－BVSPEED下图为BVSPEED与SPEED的对应关系：BLR_VSMAX010BVSPEEDSPEED(Km/h)10030鼓风机电压控制五、汽车空调控制器开发-自动策略在压缩机有开启命令时，当Tevap小于等于Evap_Auto_Off，关闭压缩机输出，当Tevap大于等于Evap_Auto_Off，启动压缩机输出。当Tevap大于Evap_Auto_Off并小于Evap_Auto_ON时，保持原压缩机输出状态不变。（如下图）压缩机自动运行时，当环境温度Tamb小于等于Amb_Auto_Off时，命令压缩机关闭，并取消屏幕上的A/C标志，当环境温度大于等于Amb_Auto_On时，命令压缩机开启；（如下图）并显示屏幕上的A/C标志，如环境温度大于Amb_Auto_Off并小于Amb_Auto_On时，维持原压缩机命令不变。

A/CONA/COFFEvap_Auto_OffEvap_Auto_ONA/CONA/COFFAmb_Auto_OffAmb_Auto_ONA/CCONTROLforTevapA/CCONTROLforTamb31压缩机控制五、汽车空调控制器开发-自动策略当Td小于等于TD_FOOT时，模式风门切换至吹脚位置；当Td大于等于TD_BLF时且小于等于TD_BLV时，模式风门切换至双吹位置；当Td大于等于TD_VENT时，模式风门切换至吹头位置；当Td大于TD_FOOT且小于TD_BLF时，若模式风门处于双吹位置或吹脚模式时则保持，若处于其他状态则切换至双吹模式；当Td大于TD_BLV且小于TD_VENT时，若模式风门处于双吹位置或吹头模式时则保持，若处于其他状态则切换至双吹模式；

B/LFOOTTD_FOOTTD_BLFMODEMOTORTdTD_BLVTD_VENTVENT32模式风门控制五、汽车空调控制器开发-自动策略在自动运行时，循环风门的状态由下列条件决定。当Td下降到TD_FRE以下时，循环风门切换至外循环；当Td上升到TD_REC以上时，循环风门切换至内循环；（如下图）若循环持续处于内循环16分钟后自动切换至外循环，30秒后，若内循环请求继续存在，则重新切回至内循环。

RECFRETD_FRETD_RECINTAKEMOTORTd33循环风门控制五、汽车空调控制器开发-自动策略温度风门是全自动控制，它的状态与蒸发温度、发动机冷却液温度及TD值相关，下面是温度混合参数Hmix的计算公式：Hmix＝Core_Eff*(25－Tevap－Td*G_TD)/(Twater－Tevap)温度风门的位置是由温度风门开度（百分比）确定，在上述公式中，关联了水温、蒸发器传感器温度、Td值等参数，能够反应各种情况下对温度风门的影响情况。34温度风门控制五、汽车空调控制器开发-自动策略201002/6MODEMOTORHmix3/65/640060708030501/64/66/6351、混合风门位置空调热管理标定

2、风机新风/循环风、车速空调热管理标定

3、光照响应空调热管理标定4、环境响应空调热管理标定

5、车厢温度响应空调热管理标定6、设定温度响应空调热管理标定７、各种工况下充电电池热管理标定８、各种工况下爬坡电池热管理标定

９、各种工况下运行和加减速电池热管理标定五、汽车空调控制器开发-自动标定36工作模式序号工况输入部分输出部分设定温度环境工作温度传感器车内温度传感器蒸发温度传感器阳光温度传感器出风口温度传感器压力传感器水温传感器电池温度模式电机温度门电机内外循环电机风机压缩机空气PTC冷凝风扇水加热PTC电动三通阀1电动三通阀2热管理方式水泵放电模式

夏季2330504800W/mm6°-10°NORMAL303010内6开0LOCLOSE左关/下通左通/下关电池冷却器LO

2330404800W/mm6°-10°NORMAL5°<t<20°10°<T<30°10内4开0MIDCLOSE左关/下通左通/下关电池冷却器MAX

2330304800W/mm6°-10°NORMAL5°<t<10°<10°10内3开0MIDCLOSE左关/下通左通/下关电池冷却器LO

2330254800W/mm10°-15°HI5°<t<10°10°<T<30°10.1内2关0HICLOSE左关/下通左通/下关电池冷却器MID

2330234800W/mm10°-15°NORMAL5°<t<10°10°<T<30°10.2外1开0MIDCLOSE左关/下通左通/下关电池冷却器MID

2330224800W/mm10°-15°NORMAL5°<t<10°10°<T<30°10.3外1开0MIDCLOSE左关/下通左通/下关电池冷却器MID

春秋季23151515500W/mm20°-25°NORMAL151500.7外3关1LOCLOSE左通/下关左通/下关低温冷却MAX

23151818500W/mm20°-25°NORMAL>20°10°<T<30°00.6外2关->开1HICLOSE左关/下通左通/下关电池冷却器MAX

23152020500W/mm20°-25°NORMAL<20°10°<T<30°00.5外2关->开1HICLOSE左关/下通左通/下关电池冷却器MID

23152222500W/mm20°-25°NORMAL<15°10°<T<30°00.4外2关1MIDCLOSE左通/下关左通/下关低温冷却MAX

23152323500W/mm20°-25°NORMAL>20°10°<T<30°0.50.3外2关->开0HICLOSE左关/下通左通/下关电池冷却器MAX

23152424500W/mm20°-25°NORMAL<20°10°<T<30°0.50.2外1关->开0HICLOSE左关/下通左通/下关电池冷却器MID

冬季23-10-10-10300W/mm45°-55°NORMAL-10-1001外7关3CLOSEHI左通/下关左关/下通PTC预热LO

23-1000300W/mm45°-55°NORMAL0<10°01外7关3CLOSELO左通/下关左关/下通PTC预热MAX

23-101010300W/mm45°-55°NORMAL>5°<10°01外5关3CLOSELO左通/下关左关/下通PTC预热MAX

23-102020300W/mm35°-45°NORMAL>5°10°<T<30°00.9外3关2CLOSECLOSE左通/下关左通/下关电池冷却器MAX

23-102323300W/mm35°-45°NORMAL10°<t<20°10°<T<30°00.8外2关2CLOSECLOSE左通/下关左通/下关电池冷却器MAX

23-102424300W/mm35°-45°NORMAL>20°10°<T<30°00.7外2关2CLOSECLOSE左关/下通左通/下关低温冷却MAX

充电模式

夏季2330504800W/mm6°-10°NORMAL3030吹脸0内6开0LOCLOSE左关/下通左通/下关电池冷却器LO

2330404800W/mm6°-10°NORMAL5°<t<20°10°<T<30°吹脸0内4开0MIDCLOSE左关/下通左通/下关电池冷却器MAX

2330304800W/mm6°-10°NORMAL5°<t<10°<10°吹脸0内3开0MIDCLOSE左关/下通左通/下关电池冷却器LO

2330254800W/mm10°-15°HI5°<t<10°10°<T<30°吹脸0.1内2关0HICLOSE左关/下通左通/下关电池冷却器MID

2330234800W/mm10°-15°NORMAL5°<t<10°10°<T<30°吹脸0.2外1开0MIDCLOSE左关/下通左通/下关电池冷却器MID

2330224800W/mm10°-15°NORMAL5°<t<10°10°<T<30°吹脸0.3外1开0MIDCLOSE左关/下通左通/下关电池冷却器MID

春秋季23151515500W/mm20°-25°NORMAL1515吹脚0.7外3关1HICLOSE左通/下关左通/下关低温冷却MAX

23151818500W/mm20°-25°NORMAL>20°10°<T<30°吹脚0.6外2关->开1HICLOSE左关/下通左通/下关电池冷却器MAX

23152020500W/mm20°-25°NORMAL<20°10°<T<30°吹脚0.5外2关->开1HICLOSE左关/下通左通/下关电池冷却器MID

23152222500W/mm20°-25°NORMAL<15°10°<T<30°吹脚0.4外2关1HICLOSE左通/下关左通/下关低温冷却MAX

23152323500W/mm20°-25°NORMAL>20°10°<T<30°吹脸/吹脚0.3外2关->开0HICLOSE左关/下通左通/下关电池冷却器MAX

23152424500W/mm20°-25°NORMAL<20°10°<T<30°吹脸/吹脚0.2外1关->开0HICLOSE左关/下通左通/下关电池冷却器MID

冬季23-10-10-10300W/mm45°-55°NORMAL-10-10吹脚1外7关3CLOSEHI左通/下关左关/下通PTC预热LO

23-1000300W/mm45°-55°NORMAL0<10°吹脚1外7关3CLOSELO左通/下关左关/下通PTC预热MAX

23-101010300W/mm45°-55°NORMAL>5°<10°吹脚1外5关3CLOSECLOSE左通/下关左关/下通PTC预热MAX

23-102020300W/mm35°-45°NORMAL>5°10°<T<30°吹脚0.9外3关2CLOSECLOSE左通/下关左通/下关电池冷却器MAX

23-102323300W/mm35°-45°NORMAL10°<t<20°10°<T<30°吹脚0.8外2关2CLOSECLOSE左通/下关左通/下关电池冷却器MAX

23-102424300W/mm35°-45°NORMAL>20°10°<T<30°吹脚0.7外2关2CLOSECLOSE左关/下通左通/下关低温冷却MAX五、汽车空调控制器开发-自动标定37下图为不同TD值时鼓风机风量和温度风门开度的曲线。五、汽车空调控制器开发-自动标定六、汽车空调控制技术趋势-热泵空调左图为热泵制热循环，红色线为制冷剂循环回路，红色虚线为水循环回路，灰色线为截止管路（不参与该循环，请忽略）。右图为空调制冷循环，蓝色线为制冷剂管路，无水回路。灰色实线为