汽車空調(diào)系統(tǒng)的故障檢測和隔離
隨著現(xiàn)代汽車技術(shù)的不斷發(fā)展,汽車空調(diào)系統(tǒng)功能也日趨完善,但是由于汽車空調(diào)結(jié)構(gòu)的封閉性和復(fù)雜性,因此其出現(xiàn)的許多故障和原因之間的關(guān)系錯綜復(fù)雜,導(dǎo)致維修人員不能及時對故障進(jìn)行診斷?;谀K的故障檢測和分離方法在汽車領(lǐng)域已經(jīng)成為了通用的設(shè)計(jì)維修方法,但是由于缺乏表征制冷器相變的特征,因此使得基于蒸氣壓縮循環(huán)系統(tǒng)的汽車空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用受到限制。
為了快速、準(zhǔn)確地對汽車空調(diào)故障進(jìn)行診斷隔離,采用動態(tài)邊界法建立空調(diào)系統(tǒng)的動態(tài)特性模型。首先分析汽車空調(diào)系統(tǒng)中的常見故障,并對其分類后納入到用熱體、流體力學(xué)建立的空調(diào)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型中。常見的空調(diào)系統(tǒng)的故障為:電機(jī)繞組故障、不平衡電壓、制冷劑污染等導(dǎo)致的壓縮電機(jī)故障、步進(jìn)電機(jī)故障、電子控制器故障、結(jié)垢或結(jié)霜導(dǎo)致的熱交換器故障、壓力傳感器故障、熱電偶故障等。可將上述故障分為3類,即執(zhí)行器故障(如故障壓縮機(jī)和閥門故障)、傳感器故障(如壓力傳感器故障及熱電偶故障)和參數(shù)故障(如管道泄漏或污染)。從故障觀測性的觀點(diǎn)來看,同時可檢測到的故障數(shù)目由可用的傳感器總數(shù)來確定。由于硬件限制,本文所關(guān)心的故障包括執(zhí)行器故障(壓縮機(jī)故障),傳感器故障(壓力傳感器故障)以及參數(shù)故障(蒸發(fā)器結(jié)垢故障)。建立空調(diào)系統(tǒng)模型,其中壓縮機(jī)和閥作為靜態(tài)量進(jìn)行建模,基于能量守恒和質(zhì)量守恒,應(yīng)用動態(tài)邊界法建立熱交換器的動態(tài)模型。通過觀察傳感器的參數(shù)和模型中各狀態(tài)量的變化即可檢測到空調(diào)故障。由于上述模型抗干擾性較差,因此本文將H∞濾波器應(yīng)用到汽車空調(diào)故障檢測和隔離系統(tǒng)中,以提高系統(tǒng)的魯棒性??照{(diào)模型和H∞濾波器組成一個閉環(huán),通過調(diào)節(jié)H∞控制器的增益來滿足不同的冷卻負(fù)荷。過濾器魯棒性通過安裝額外熱電偶來實(shí)現(xiàn)。此外,可使用調(diào)度增益來緩和H∞濾波器對于故障參數(shù)變化的敏感性。
從分析結(jié)果看出,無論故障如何形成和改變,所設(shè)計(jì)的空調(diào)模型和H∞濾波器能夠準(zhǔn)確檢測到執(zhí)行器和傳感器故障。
刊名:Control Engineering Practice(英)
刊期:2015年第43期
作者:Quansheng Zhang et al
編譯:王瑩