电动汽车空调控制器自动模型简介
新能源汽车空调控制系统
新能源汽车空调控制系统摘要：传统燃油汽车空调结构主要有:压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀、储液罐、控制系统和送风及其管路系统组成。
空调压缩机主要动力来源于发动机，空调主要能耗是压缩机和冷凝器。
大家熟知传统汽车空调工作原理，这里不再介绍，这类空调共同特点是由发动机直接提供动力，消耗发动功率约为20%，且效率转化值不足40%。
如何降低能耗，提高效率一直是空调领域关注的焦点。
新能源汽车空调在结构上大体与传统汽车近似，电动汽车空调制冷系统主要由:电动压缩机、电动压缩机控制器、冷凝器、管路系统(液体管、压缩机排气管、压缩机吸气管)、室内温度传感器、室外温度传感器、阳光传感器、空调主机(蒸发器、加热器、温度风门执行器、模式风门执行器、内外循环风门、鼓风器、蒸发器温度传感器)、膨胀阀、空调控制器等零部件构成。
但是电动汽车空调系统不但要满足汽车制冷需要，还要制热。
目前电动汽车空调制热主要采用PTC加热和电热管加热的两种模式，由于系能源电动汽车动力取自电动机，能量来源与动力电池，所以多数国内车企在使用电动压缩机直接利用蓄电池供电带动其工作，虽然电动压缩机比就流行使用无刷永磁直流电动机，电子控制单元等是其结构简单，体积小、制冷效率高，但是仍然影响电动汽车的续航里程，而且制热的效率也不高。
鉴于目前新能源汽车空调现状，其明显的缺陷制约着我国新能源电动汽车的普及。
特别是北方地区，冬季车内制热可损失大约50%的续航里程。
如果我国要在全国范围内推广新能源电动汽车一些关键技术还亟需解决。
关键词：空调;新能源;汽车;控制一：新能源汽车空调系统发展趋势未来新能源汽车空调系统的发展趋势还是集中在高效控制，节能环保上来。
在空调控制方面上，传统汽车空调目前采用ECU电控系统加“变排量控制”。
在效率上有所提升。
新能源电动汽车采用电动压缩机，在电控领域我们可以借鉴家用空调的控制模式采用“变频控制”，目前各空调厂家已经研究交流变频电动压缩机，而且变频空调在技术上比较成熟，主攻方向是车内的应用。
自动空调的构造及原理
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③出风模式控制伺服电机：也叫气流方式控 制伺服电机。由空调电控单元控制，将送 风控制风挡转到相应位置，打开某个送风 通道。 当按下“自动控制”键时，空调电控单元 根据计算结果(送风温度)，在吹脸、吹脸脚 和吹脚三者之间自动改变送风方式。
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其中：TSET—设定温度, TR—车内温度, TAM—车外温度, TS —太阳辐射强度, A至E—常数。
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空调控制器根据TAO值和蒸发器温度传 感器信号，计算空气混合控制风挡的开度 （SW）。
其中：TE—蒸发器温度传感器信号, A至E—常数。
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(3)工作原理
车外温度传感器的工作原理与车内温度 传感器相同。 车外传感器一般都是安装在前保险杠内 或散热器之前，易受到环境影响，所以包 在一个注塑树脂壳内，以免对温度的突然 变化作出反应。这将使其能准确地检测到 车外的平均气温。除此之外，有些车型在 空调电脑内部有防假输入电路
(1)传感器 ①车内及车外温度传感器： 为负温度系数 热敏电阻传感器，用来感受车内及车外温 度。当温度变化时，阻值改变，向空调电 控单元ECU输送温度信号。
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②蒸发器温度传感器：检测通过蒸发器的空 气温度或者蒸发器表面的温度变化，控制 压缩机电磁离合器的结合或断开。 ③水温传感器：安装在热交换器底部的水道 上检测冷却水温度，产生信号输送给电控 单元(ECU)，控制低温时风机转速。
汽车教学网整理wwwau26com一汽丰田花冠空调电控元件位置图1压缩机和电磁离合器2发动机室接线盒3压力开关4环境温度传感器5冷凝器汽车教学网整理wwwau26com一汽丰田花冠空调电控元件位置图21仪表板接线盒2日光传感器3组合仪表4车内温度传感器5空调控制总成6空调放大器7发动机和ectecu汽车教学网整理wwwau26com2执行元件一般包括控制伺服电机风机及压缩机电磁离合器等
DFMEA-汽车空调 - 空调控制器总成
2
32
2
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2
32
rp件验证
2 2
16 16
空调 系统 前空调控制器总成（自动） 子系统 部件 年度车型/车辆类型： 核心小组：
过程功能 潜在失效后 潜在失效模式 果 严 重 度 （S）
潜在失效模式及后果分析 （设计FMEA）
设计责任： 关键日期：
频 分 类 潜在失
要求
预防
8
控制器没有正 确的安装在仪 表板上，或按 键寿命不够。
外观造型时尚
外形不美 顾客抱怨 观
I
4
失效模式及后果分析 （设计FMEA）
编制人： FMEA日期（编制）:
FMEA编号： 页码： 第 页
共
页
(修订)
现行设计控制
探测
风 探 险 R 测 顺 P 度 序 N （D） 数
措施执行结果 建议措施 责任及目标完 成日期
采取的措施
S
O
D
RPN
样件装车 验证，更 改相应结 构 检查插接 件及线束 的接通情 况
2
3D设计改 进
为驾驶员提供方便快 捷的空调调节方式， 根据需求调节空调系 统的运行模式
操作失效 或操作困 难，不能 实现需求 模式
空调系统 不能实现 设定的功 能，客户 抱怨
8
I
插接件插接不 牢固或断路。
2
8
与周边零部件 存在干涉或者 自身变形 造型设计不好 产品外观品质 不良
2
3D设计改 进或更换 材料 2 组织评审 2 更换材料
学习情境6：电动汽车空调
3）PTC水加热器式暖风系统 PTC水加热器式暖风系统采用PTC水加热器进行取暖，该 PTC水加热器自带水温传感器、高压互锁装置、IGBT温度传感 器、电压采集、电流采集以及对应的自动保护程序。 暖风系统的工作过程是：储水壶的冷却液经电子水泵输送到 PTC水加热器，经过加热的冷却液输送到暖风芯体，经鼓风机 将暖风芯体周围的热量输送到驾驶室各出风口，暖风芯体的冷 却液经回水管回到暖风系统储水壶，然后再次进行循环，如图 6-6所示。
2、电动压缩机电路原理 电动压缩机电路原理如图6-16所示。空调继电器控制压缩 机12V低压电源，低压电源电压是空调压缩机控制器的通信信 号传输及控制功能得以正常运行的可靠保证。整车控制器VCU 通过数据总线“CANH、CANL”与空调压缩机控制器相连接， 再由压缩机控制器控制空调压缩机的高压电源线“DC+与DC”通断。高压互锁信号线在高压上电前确保整个高压系统的完 整性，使高压电处于一个封闭的环境下工作，提高安全性。
图6-16 空调电动压缩机电路原理
图6-13 PTC水加热器
பைடு நூலகம்
6.2.2 电动汽车空调的控制原理
1、控制原理 如图6-15所示，北汽EV160纯电动汽车空调系统的控制原理是整车控制器 VCU采集到空调A/C开关信号、空调压力开关信号、蒸发器温度信号、风速信 号以及环境温度信号等，经过运算处理形成控制信号，通过CAN总线传输给空 调控制器，由空调控制器控制空调压缩机高压电路的通断。
2、电动汽车空调系统组成 电动汽车的空调系统由压缩机、冷凝器、蒸发器、冷却风扇、鼓风机、 膨胀阀、储液干燥器和高低压管路附件、HV/AC总成、PTC、暖风水管、传 感器等组成。
6.1.2 电动汽车空调系统工作原理 电动汽车空调制冷系统原理如图6-3，由空调驱动器驱动
电动汽车空调原理图
电动汽车空调原理图
循环空调系统
[图片描述]：
该图显示了电动汽车空调系统的原理。
该系统由以下主要组成部分组成：
1. 压缩机：该电动压缩机通过以系统内的制冷剂作为介质，将低压制冷剂吸入，然后压缩它并提高其温度和压力。
2. 冷凝器：热高压制冷剂在冷凝器中散发热量，并逐渐冷却和凝结为高压液态制冷剂。
3. 膨胀阀：高压制冷剂通过膨胀阀进入蒸发器。
膨胀阀的作用是控制制冷剂的流量和压力，并且在其通过阀门时降低其温度和压力。
4. 蒸发器：在蒸发器中，低压液态制冷剂暴露在外界空气中，并通过与空气的热交换将热量吸收，并迅速变为低温蒸汽。
5. 风扇：系统中的风扇会将外部空气引入蒸发器，并通过与低温蒸汽的热交换来冷却空气并吹送到汽车内部，以降低温度。
制冷剂在整个循环中循环流动，不断吸收和释放热量以提供冷却效果。
通过控制压缩机和膨胀阀的运行，系统可以根据需要调整温度和湿度。
电动汽车整车控制系统介绍
电动汽车整车控制系统介绍本文主要探讨纯电动汽车整车控制系统功能及研发流程。
根据用途,整个电气系统可分为动力系统、能源系统、底盘电子控制系统、照明指示系统、仪表显示系统、辅助系统、整车综合控制系统、空调系统和舒适性安全系统等子系统。
其中很多功能模块都需要和整车综合控制系统相关。
整车电气系统列出如表1所示。
整车综合控制系统根据驾驶员的操作指示(油门、刹车等),综合汽车当前的状态解释出驾驶员的意图,并根据各个单元的当前状态作出最优协调控制。
1 整车控制器系统配置整车控制器与整车其他电气系统连接如图1所示。
整车控制器通过CAN总线与电池ECU、电机ECU、电源分配ECU、ABS系统、中控门锁、仪表显示系统连接。
与其余的电气系统通过IO端口连接(也可使用CAN通讯)。
下面分别对各电气单元的功能要求分别叙述。
1.1 动力系统提供整车的动力输出,其核心是驱动电机和电机驱动ECU电机驱动ECU通过CAN总线与整车综合控制器通讯。
应能提供电机转速、转矩、功率、电压、电流、水温、工作模式等参数。
并应该能接受整车控制器发来的控制命令。
1.2 能源系统包括电池、电池管理单元和电源分配系统与整车控制器通讯的有电池管理ECU和电源分配ECU。
电池管理ECU对电池进行充放电管理及保护。
它应能提供电池组总电压、电流、单体电池电压、温度、剩余电量、电池健康状态、故障类型等信息。
电源分配ECU应能提供各个子电源的电压、电流和工作温度以及故障类型等信息。
1.3 ABS系统应能提供各个车轮的转速、液压系统状态、各个制动阀的状态以及自身的工作状态等信息1.4 中控门锁,应提供各车门状态等信息1.5 仪表显示系统,应向整车控制系统提供所显示信息的全部内容1.6 照明指示系统,可以通过CAN总线来控制,也可以通过IO来指示照明指示系统的运行状态1.7 转向助力、制动助力、变速箱需提供档位位置、液压压力、工作状态等信息可以是简单的开关量也可以用CAN总线通讯。
汽车空调自动控制算法方案
PID控制器结构
PID 控制器的控制律
()
= × + × න + ×
汽车空调制冷自动控制器设计
汽车空调制冷自动控制器设计
蒸发器温度自动控制
汽车空调制冷自动控制器设计
送风温度自动控制
汽车空调制冷自动控制器设计
车内温度自动控制
2.控制器：在自动控制系统中，控制器的设计成为控制律的设计，设指令
与反馈值的差（误差）为e，那么一般情况下，控制器输出u=f(e,t)，即控
制律是误差与时间的函数；
3.执行机构：执行机构指的是能够根据控制器的输出，从而改变流入被控
对象的物质或能量，使之能适应控制对象的负荷变化，达到控制目标；
4.被控对象：所要控制的机器、设备或者装置。把所要控制的运行参数叫
制器、基于模型的控制器。在工程中，许多被
控对象的数学模型很难获取，即使得到，其精
度也难以保证，因此，工程中最常用的控制器
为无模型控制器，主要有PID控制器、ADRC控
制器以及无模型自适应控制器。其中，PID控制
器占据了所以控制器近9成的市场。
PID控制器
PID控制器结构
P:误差的比例控制，常用Kp表示，
做被控量；
5.测量单元：检测被控量的实际，并将其转换为标准的统一信号，该信
号叫被控量的测量值。
PID控制器结构
在控制理论中，控制器种类繁多，以单
一型控制器举例，主要有PID控制器、ADRC控
制器、自适应控制器、最优控制器、模糊控制
器等等。
其中，根据是否需要被控对象精确的数
学模型，可将上述控制器分为两类，无模型控
新能源汽车电气技术(第2版)课件：新能源汽车空调系统
四、比亚迪E5空调系统
1.系统概述 该车空调系统为BC14电动压缩机自动调节空调，应用于E5纯电动型轿车。系 统主要由电动压缩机、冷凝器、HVAC总成、制冷管路、PTC，暖风水管、风道、 空调控制器等零部件组成，具有制冷、采暖、除霜除雾、通风换气四种功能。该 系统利用PTC水暖采暖，利用蒸汽压缩式制冷循环制冷，制冷剂为R410a，冷冻油 型号为POE。控制方式为按键操纵式。自动空调箱体的模式风门、冷暖混合风门 和内外循环风门都是电机控制。
三、新能源汽车空调系统的分类
4.遥控空调系统 遥控空调系统能让车辆操作人员通过智能手机应用程序或汽车密钥卡来激活空调系统。在 传统的混合动力汽车中，使用手机应用程序或汽车密钥卡遥控启动空调后，空调最长可运行 3min，这取决于动力蓄电池的荷电量（SOC）。在插电式混合动力汽车中，遥控空调最多可运 行10min，这是因为车内空间更大，所需空调运行时间更长，同时也与动力蓄电池的荷电量（ SOC）有关。。
谢谢观看
新能源汽车供暖系统故障分析
一、新能源汽车暖风系统的功能
汽车暖风系统是将冷空气送入热交换器，吸收某种热源的热量，提高空 气的温度，并将热空气送入车内。汽车暖风系统的功能是与蒸发器一起共同 将空气调节到使人感到舒适的温度；在寒冷的冬季向车内供暖，提高车内空 气的温度；当车窗结霜，影响驾驶人和乘客的视线，不利于行车安全时，可 通过采暖装置吹出热风来除霜。
一、空调系统组成
3.蒸发器 蒸发器的作用是汽车空调制冷系统中的另一个热交换器，作用与冷凝器相反，它 是将经过节流降压后的液态制冷剂在蒸发器内沸腾汽化，吸收蒸发器表面周围空气的 热量而使之降温，风机将冷风吹到车室内达到降温的目的。
一、空调系统组成
4.膨胀阀 膨胀阀和变频压缩机协同工作，利用它精确控制流量的功能，整体提升空调系统 的工作效率。可实时调节开阀速度、开度，相较TXV有更灵活的可控性。根据控制器 的脉冲电压信号，线圈驱动步进转子旋转。通过精密丝杆传动，转子将旋转运动转化 为阀芯的轴向直线移动。通过上述运动，阀芯在控制器的控制下调节阀体通道大小， 以实现制冷剂的设计流量。
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内容
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Simulink简介 新建模型及工具介绍 必要文档及具体的操作介绍 汽车空调自动模型总体介绍 汽车空调自动模型各子系统介绍
总结
汽车空调自动模型各子系统介绍
➢ Amb_Sensor模块
如图12所示，环境温度传感器有两个输入变量，分别是Tamb_Ori和 CarSpeed，其含义是室外目标温度和车速。输出Temb_Amb,含义是室 外温度值。其它的输入均是常量。
图1 新建模型
图2 新模型视图界面
新建模型及工具介绍
➢ 在模型视图上添加软件提供的逻辑模块
如图3，点击该图形，出现如图4所示的界面，该界面是Simulink库 浏览器，可用于查看更多的模块。
图3 Simulink 模块库浏览器图标
图4 Simulink 模块库浏览器窗口
新建模型及工具介绍
➢ 在模型视图上添加软件提供的逻辑模块
总结
必要文档及具体的操作介绍
➢ 具体的一些操作介绍
变量的读入及生成方式： 1. 双 击 打 开 matlab, 打 开 当 前 关 心 的 的 模 型
“Auto.mdl” 。
汽车空调自动模型总体介绍
➢ 模型概括
如图10，Auto模型总体架构。
图10 Auto模型总体架构
汽选中其中一个小模块拖到模型 视图界面上，该模块的添加工作即可完成。
图5 Simulink 数学模块
内容
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总结
必要文档及具体的操作介绍
必要文档及具体的操作介绍
➢ 具体的一些操作介绍
变量的读入及生成方式： 1.双击打开matlab,打开目标所在位置，如图6所示，
两处都可以实现。
图6 打开目标模型（Auto模型）
必要文档及具体的操作介绍
➢ 具体的一些操作介绍
变量的读入及生成方式： 2.双击打开initfilemaker.m,并运行该文件。当Command Window出
testinit.m文件：保存模型中使用到的数据（涉及数据的 大小及类型等）。
必要文档及具体的操作介绍
➢ 必要的文档介绍
2. Auto_Var_Read.xlsx表格：“Calibratiables表”的内容是 一次性给入的，代码集成之后该数据内容不可更改。 “Run_timeV表”的数据只是初始化给入的，代码集成之 后该数据是可以更改的。“Constants表”的内容代表在模 型中是常量，也是集成后数据大小不可改。
Simulink 简介
Simulink的建模过程就是根据研究对象的特点和研究 目的，从模块库中选择合适的功能子模块并移至编辑 窗口中，按设计要求设置好各模块的参数，再将这些 模块连接成系统。
用Simulink 中丰富的按功能分类的模块库，帮助用 户轻松地建立起动态系统的模型(模型用模块组成的框 图表示)。
内容
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总结
新建模型及工具介绍
➢ 新建simulink模型
如 下 图 1 所 示 ， 在 MATLAB 主 界 面 ， 选 择 “FileNewModel”, 生成如图2所示的新模型视图。
➢ 必要的文档介绍
1.相对于Auto模型，存在Auto_Var_Read.xlsx表格、 initfilemaker.m文件、testinit.m文件。
Auto_Var_Read.xlsx表格：用于存放模型中需要用到的数 据的初始化大小、格式以及所代表的内容。
initfilemaker.m文件：读取表格中的数据，并生成 “testinit.m文件”，并运行“testinit.m文件”。
图7 打开initfilemaker.m文件
必要文档及具体的操作介绍
➢ 具体的一些操作介绍
变量的读入及生成方式：
图8 运行initfilemaker.m文件
图9 初始化完成
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电动汽车空调控制器自动模型简介
姓名：X X X 单位：
L/O/G/O
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总结
内容
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Simulink简介 新建模型及工具介绍 必要文档及具体的操作介绍 汽车空调自动模型总体介绍 汽车空调自动模型各子系统介绍
现“ans=1”时，代表初始化完成。参考图如7、8、9。（注：若表格 的 名 字 变 为 “ Auto_Var_Read1.5.xlsx ” ， 则 相 应 的 修 改 “ initfilemaker.m ” 中 代 码 ： Auto_Var_Read1.4.xlsx 换 成 Auto_Var_Read1.5.xlsx。 ）
➢ 模型概括
如图11，Auto模型共有13个子模块。
图11 Auto模型
汽车空调自动模型总体介绍
➢ 模型概括
这13模块从上至下分别是Amb_Sensor环境传感器模块、Blower_Out 风机输出模块、Evap_Sensor蒸发器传感器模块、Evap_Tempset蒸发 器温度设置模块、Incar_Sensor室内传感器模块、Intake_Status内外循 环状 态模块 、 Mix_Crtl混合 控制模块 、Mode_Ctrl模式控制模 块 、 PTC_Conctrl PTC控制模块、Start_Model启动模型模块、Sun_Sensor 阳光传感器模块、Td_Model Td值计算模块以及 Water_Sensor水温传 感器模块。
总结
Simulink 简介
Simulink 是MATLAB 的工具箱之一，提供交互式 动态系统建模、仿真和分析的图形环境；
Simulink提供了一个框图组合、连接及参数设置的编 程模式，可以通过菜单和鼠标操作将模型库中的功能 子模块移至模型文件编辑窗口中进行编辑，通过模块 之间的信号连接和参数设置来建立系统模型；