同济大学汽车学院硕士学位论文新能源汽车电动空调控制系统及其实现研究姓名：曹爱强申请学位级别：硕士专业：汽车电子指导教师：孙泽昌摘要摘要随着燃料电池汽车等新能源汽车产业化进程的提速，新型汽车空调系统的研发急需跟进。一方面，空调系统需要保持车室内空气环境的舒适性：另一方面，空调系统需要在低能耗和环保方面发挥更大作用。由于新型的空调系统实现了压缩机的电力驱动，变频技术能够在汽车空调系统上使用。汽车空调系统是一个典型的瞬态、非线性且各参数之间相互耦合的复杂系统，在变频压缩机的转速成为控制参数隋况下，普通的控制算法如简单位式控制、PID控制等方法很难达到舒适性和节能性的要求。基于这种情况，本文对燃料电池汽车空调的控制系统进行了研究。论文首先分析了燃料电池汽车空调的工作原理与结构，确定了新型压缩机、鼓J xL机、混合风门等执行机构的控制方式。在控制算法上，针对常规模糊控制方法控制精度相对较低，本文对部分执行机构采用了基于自调整规则因子的模糊控制算法，设计了空调模糊控制器。模糊控制器以车内温差和车内温差变化率为输入量，对汽车空调系统的压缩机驱动器、鼓风机调速模块、混合风门、．力口热器电磁阀和模式风门等执行机构进行模糊控制，同时根据车内外温差和太阳辐射强度对汽车空调系统的影响情况对控制策略进行了修正。

本文对燃料电池汽车车室热力学系统进行了分析，对车室温度进行了理论计算，并在M atl ab／Si m ul i nk环境下建立了空调系统温度模型及模糊控制器模型。通过对温度控制模型的仿真对控制算法进行了初步的验证。仿真结果表明本文所确定的模糊控制算法达到了较好控制效果。在对控制器功能要求分析的基础上，文章阐述了以 e公司M C68H C908G Z60为核心的控制器硬件系统的设计。并开发设计了基于中断模式的控制软件系统。文中还对控制器的抗干扰措施进行了介绍。最后，本文对于进一步工作的方向进行了简要的讨论。关键词：新能源汽车，空调，模糊控制，仿真，参数自调整 i th opm ent of cl es such as of cl eai r-condi ti oni ng ust befol l ow ．up．O nthe onesi de，Carai r-condi ti oni ng to m ai ntai n a com e i ndoor ai renvi ronm ent；on the de, ai r-condi ti oni ng dpl rol e i - ronm on．As cl es can bedri venby el ec。

pow er, vari abl e ti oni ngi s i c，non—l i near pl i cated ．Typi cal autom ati c ai ti oni ng scel lvehi cl e， be used．The autom oti ve ai rl i ke bi t PI D s hard to m al ( e i tcom e and ． thi ssi tuati on， theai r-condi ti oni lvehi cl es．Anal orki ng pri nci pl eand cl eai r-condi ti rstl y,and defi ned the m 】 es( ai r com ，bl ow ers，m i xed dam per．etc)．Asthe - ve l er． ati on i nsi de the vehi cl e and i asi nput vari abl e，the com , thebl ow er, m i x- ai r dam per, the heati ng and the fl ow - m be l ed．Al so，the on to am end the r-condi ti oni ng ． carri i cs anal ysi sof autom oti vecom partm ent．and has partm ent therm i cs m athem ati cs m m ai n therm all ong them ．Si m ul i nk W i edto em ul ate l er of autom ati c ai ti oni partm ent therm i cs m odel ． ，the the i nfl uence of outsi detem and sol ar radi m i on i em ul ati oni n di envi ronm ti ons；thesi m ul ati t ． ngto the ons of autom ati c ai ti oni ng l er, the M CU ，M C608H C908G Z60，has been sel ected as the core of l er, and 鼬 hardw are has been m odi fi ed． al soffw hi back- m ode．In thefi nal i ty, the probl em s requi ri studi es are di ．KeyW ords： lvehi cl e，ai r- condi ti oner, eter-adj ，si m ul ati on,III同济大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：年月日学位论文版权使用授权书本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。学位论文作者签名：年月日第1章绪论1．1课题背景及选题意义1．1．1课题背景第1章绪论伴随汽车发展而来的是能源问题汽车自动空调控制系统，根据国际能源机构预测，随着经济的发展、社会的进步和人口的增长，全世界的能源消耗在今后20年至少增加一倍盟们。世界原油价格的不断上涨，已经预示着能源危机的出现。为解决经济发展与能源短缺及环境污染之间日益加剧的矛盾，发展清洁、高效、可持续发展的新能源动力技术已成了十分紧迫的任务，主要工业国家的政府和大部分著名的汽车制造商斥巨资研发新能源汽车，并希望它能取代传统的内燃机汽车。

在美国和日本混合动力汽车已实现产业化，在欧洲人们更倾向于使用更高效的柴油发动机。而我国己开始致力于研究燃料电池汽车这种使用氢气为动力、实现零排放的新能源汽车n7¨ 2引。不同于传统汽车，国外在燃料电池汽车领域的研究也尚处于起步阶段，如果我国能抓住机遇，在燃料电池轿车的开发和研制上取得成功，就能使中国的汽车行业在该领域与国外同行处于同一起跑线。我们随之将拥有自主知识产权的燃料电池新能源汽车。与燃油汽车一样，燃料电池汽车等新能源电动汽车也要创造一个舒适的驾驶和乘坐环境，即要配备相应的空调系统，提高其舒适性。除此之外，汽车空调对于整车的能耗和环保方面都有很大的影响。用户已对当代汽车提出了操作更简便、更舒适和环保低耗的要求，汽车空调不仅仅是人民生活水平提高的标志，而且成为提高汽车竞争能力、和实现汽车低耗环保的重要标志之一。在重视生活质量、保护环境、节约能源的今天汽车自动空调控制系统，人们已不再满足具有简单制冷、制热、通风等基本功能的汽车空调系统。1．1．2课题研究的意义随着能源和环保等问题同益受到重视，由传统汽车向电动汽车等新型动力第1章绪论转化的技术革新进程也越来越快，在国外包括纯电力驱动的氢能燃料电池电动车以及混合动力电动车在内的新型动力车已经被各大汽车制造商和研究机构纳入研发规划与目标，并取得了不少成果。

而在国内这些研究工作也已展开，由同济大学承担的我国863重大项目一燃料电池汽车项目已准备把汽车空调的性能作为考核目标之一。此外，空调系统的运行给燃料电池汽车的能量供应增加了负担，进一步降低了燃料电池汽车与燃油汽车相比不占优势的续航能力。因此燃料电池汽车对空调系统的运行效率提出了更高的要求。与燃油发动机汽车不同，新能源汽车中空调系统的压缩机采用了电机直接驱动，驱动形式和控制方法等与现传统的汽车空调系统有很大不同。这对汽车空调的自动控制系统的实现提出了新的要求与课题。由于技术保密，进口的自动控制汽车空调系统都采用加密技术。目前国内在这方面的研发还是基本上处于空白。因此，开发具有自主知识产权技术、且符合我国交通气候的燃料电池汽车电动空调自动控制系统，对于提高我国汽车工业整体水平、增强在未来汽车行业的竞争力都具有重要的意义。1．2汽车空调及其控制系统国内外研究现状汽车空调的运行工况不同于家用空调，它经常在变工况下运行。环境温度、日照强度、汽车速度、车室热负荷等因素对汽车空调的运行性能有很大影响，空调系统是一个典型的非线性、大延时、且各参数之间相互耦合的复杂系统。如何综合考虑这些因素，采用先进的控制策略和新型控制元件实现汽车空调的全自动控制是汽车空调生产厂家一直致力研究的问题。

轿车空调系统从控制方式可分为：手动控制，半机械控制，电控控制，微机全自动控制系统四类n1。手动轿车空调控制系统是依靠驾驶员拨动控制板上的各种功能键，实现对温度、风向和风速的控制。半机械控制系统和手动控制系统的差别不大，其主要不同是半机械控制系统采用具有程序装置的伺服马达和控制模块等控制执行机构。半机械控制系统通过程序装置检测空气温度，对气流混合风门位置进行控制来达到驾驶员选择的舒适程度。驾驶员通过手动操作控制器总成上的按键，选择空调系统的工作2第1章绪论模式和鼓风机转速。电控控制系统中有一套计算比较电路，通过对传感器信号和预设信号的处理计算比较，输出不同的控制信号指挥控制机构的工作，通过混合风门开度的不断改变，调节车内空气温度并使风机的转速随着空调参数的改变而改变，空调风向、各风门开关的控制使用控制器面板的控制键。微机全自动空调控制系统是以微处理器( M CU ) 为控制中心，对多种传感器参数进行实时检测并与操作面板设定的信号如设定温度信号、送风模式信号等进行比较，通过运算处理后进行判断，然后输出相应的调节和控制信号，调整相应的执行机构，以实现对车室内空调环境进行全季度、全方位和多功能的控制和调节。

国外一些大汽车公司的中高档汽车基本全部装有全自动空调系统。通用汽车公司采用的是由车身计算机控制模块( BCM — M odul e) 控制的空调系统，BCM 监视高压管路的温度传感器、低压管路温度传感器以及蓄压罐的压力开关、发动机冷却水温度传感器，如果系统不在设定的范围内工作，BCM将压缩机离合器脱离。该系统用一个双向电动机调节混合风门开度，并用5个操纵机构分别控制各个模式风门和加热器热水阀，采用功率模块控制鼓风机的转速。BCM 根据驾驶员输入的温度、车室内温度、车室外温度及制冷剂低压管路温度，经过计算得出气流分送模式、鼓风机转速及混合风门开度，然后进行相应的控制。福特汽车空调的自动空调控制系统与通用公司基本相同，他们都没有对压缩机离合器的开关频率进行控制，克莱斯勒公司的汽车空调控制系统除了控制空气混合风门、鼓风机转速、模式风门外，还对压缩机离合器进行开停占空比进行了控制n刳。对于空调系统的控制特性方面，国外做的工作也比较多，J ．H ara提出了包括压缩机冷凝器蒸发器和热力膨胀阀的汽车空调系统的稳态集总参数模型，并考虑了压缩机吸气管和冷冻油对系统的影响。还有研究者对不同的冷凝器压缩机等空调部件分别建立稳态模型，研究其性能，用以改进空调的控制机构和控制方法¨ 0l 。

在控制策略研究方面，M 器进出口温度差和蒸发器的表面温度控制电子膨胀阀的开度、及压缩机的开停，该控制方式与热力膨胀阀控制相比具有较好的效果，但车室内温度波动很大心¨ 。H 对两输入( 压缩机转速和电子膨胀阀开度) 两输出( 蒸发器的过热度和蒸发温度) 轿车空调的控制进行研究，并对输入量进行解耦的同时加入预补偿器，M i tsui u采用PID控制算法，根据蒸发3第1章绪论使系统响应提高蹲¨ 。Lei ghton乖l j 用模糊控制策略研究轿车空调的舒适性控制。M 等将神经网络应用于轿车空调舒适性控制中啪1。目前，我国汽车空调系统的电子化控制程度较低，大多数仍采用手动控制或简单的电控控制。大多数轿车的空调系统模式风门是手控的，鼓风机转速由继电器控制，压缩机离合器根据蒸发器温度控制；天津夏利轿车空调控制系统以蒸发器出风温度和发动机转速为控制信号，采用电控控制，经过对控制信号进行变换比较、判断运算后控制压缩机冷凝器风扇和怠速提高装置等执行机构；而奥拓轿车空调就更为...