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