【摘" 要】針對商用車駐車過程中駕乘人員對空調(diào)的需求、駐車空調(diào)電池?fù)p耗和蒸發(fā)器結(jié)霜等問題，提出一種駐車空調(diào)智能控制系統(tǒng)，在實現(xiàn)制冷、風(fēng)量調(diào)節(jié)、空氣質(zhì)量調(diào)節(jié)等功能的同時增加了駐車空調(diào)系統(tǒng)保護的功能。通過MATLAB/Simulink建模對提出的控制方法進(jìn)行仿真，對該系統(tǒng)的可行性進(jìn)行驗證，在不同環(huán)境條件下，該系統(tǒng)控制輸出達(dá)到預(yù)期效果。

【關(guān)鍵詞】駐車空調(diào)；控制策略；仿真驗證

中圖分類號：U463.851" " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " 文章編號：1003-8639（2025）02-0097-04

Research on Parking Air-conditioning Control System Based on Commercial Vehicle

FU Mengyuan，TONG Xiaoya，CHEN Fei，GAO Xinran，WANG Yuanbo

（Shaanxi Heavy-duty Automobile Co.，Ltd.，Xi'an 710200，China）

【Abstract】In order to solve the problems of the drivers and passengers' demand for air conditioning，battery loss of parking air-conditioning and evaporator frosting in the parking process of commercial vehicles，an intelligent control system for parking air-conditioning is proposed. It not only completes the functions of refrigeration，air volume regulation，air quality regulation，but also adds the protection function of parking air-conditioning system. The proposed control method is simulated by Matlab/Simulink modeling to verify the feasibility of the system. Under different environmental conditions，the control output of the system achieves the desired effect.

【Key words】parking air-conditioning；control strategy；simulation verification

商用車車載空調(diào)主要由行車空調(diào)和駐車空調(diào)兩個部分構(gòu)成，分別在車輛行駛中和車輛駐車的情況下為駕乘人員提供制冷、制熱等功能[1-2]。駐車空調(diào)是對行車空調(diào)的補充，滿足駕乘人員在卸貨等待或夜晚休息時對空調(diào)的需求，解決停車時無法使用空調(diào)的問題。駐車空調(diào)主體由壓縮機、冷凝風(fēng)扇、蒸發(fā)器、節(jié)流閥（膨脹閥）和鼓風(fēng)機5個部分組成，與行車空調(diào)共用電機，在各個部件間相互配合之下，通過在不同溫度和壓力下制冷劑的狀態(tài)變化產(chǎn)生制冷效果[3-4]。目前駐車空調(diào)安裝主要有頂置式、背包式以及并聯(lián)式[5]。

1" 駐車空調(diào)系統(tǒng)組成

如圖1所示，駐車空調(diào)系統(tǒng)由輸入模塊、控制模塊和輸出模塊構(gòu)成。車輛環(huán)境信息和駕乘人員需求作為輸入模塊，電動壓縮機、冷凝風(fēng)扇和電機等構(gòu)成輸出模塊。駐車空調(diào)通過布置在駕駛室內(nèi)外的溫度傳感器將駕駛室的實時溫度發(fā)送至控制模塊，控制模塊結(jié)合來自其他控制器的開關(guān)命令及制動狀態(tài)、發(fā)動機轉(zhuǎn)速等車輛狀態(tài)信號，判斷駕乘人員需求，通過電控方式控制電動壓縮機、冷凝風(fēng)扇等電器，實現(xiàn)駐車空調(diào)智能制冷、風(fēng)量調(diào)節(jié)等效果，并將系統(tǒng)運行狀態(tài)通過多媒體屏反饋駕駛員。

1.1" 輸入模塊

駐車空調(diào)系統(tǒng)輸入模塊主要有駐車空調(diào)開關(guān)信號狀態(tài)采集、設(shè)定溫度信號采集、室內(nèi)外溫度傳感器提供的溫度傳感器信號及其他控制器提供的發(fā)動機轉(zhuǎn)速、制動狀態(tài)等車輛狀態(tài)信息?？刂颇K通過輸入模塊提供的信息進(jìn)行決策，通過駐車空調(diào)開關(guān)狀態(tài)和設(shè)定溫度判斷駕乘人員需求，通過溫度傳感器及車輛狀態(tài)信息判斷車輛當(dāng)前狀態(tài)。

1.2" 控制模塊

駐車空調(diào)系統(tǒng)的控制模塊主要由模數(shù)采集模塊、CAN模塊、驅(qū)動模塊等部分構(gòu)成。依據(jù)開關(guān)量消抖、傳感器信號濾波、車輛狀態(tài)信息CAN線接收，判斷當(dāng)前車輛狀態(tài)并進(jìn)行相應(yīng)的控制邏輯處理及控制信號的輸出。

1.3" 執(zhí)行模塊

駐車空調(diào)系統(tǒng)的執(zhí)行模塊根據(jù)控制模塊的輸出信號，對電動壓縮機、冷凝風(fēng)扇、鼓風(fēng)機、多媒體屏、電機驅(qū)動進(jìn)行控制。電動壓縮機接收控制模塊輸出的硬線驅(qū)動信號和轉(zhuǎn)速控制百分比，控制壓縮機的開啟關(guān)閉和轉(zhuǎn)速。冷凝風(fēng)扇和鼓風(fēng)機接收硬線驅(qū)動信號。多媒體屏接收溫度、出風(fēng)模式、空氣循環(huán)模式信號，顯示駐車空調(diào)狀態(tài)信息，并在駐車空調(diào)故障時反饋故障信息。循環(huán)電機、模式電機接收硬線驅(qū)動信號，控制出風(fēng)口位置和內(nèi)外循環(huán)方式。

2" 駐車空調(diào)控制功能設(shè)計

駐車空調(diào)系統(tǒng)除了傳統(tǒng)的制冷控制和風(fēng)量控制功能外，還根據(jù)駕駛員的實際反饋和車輛配置情況新增了駕駛室空氣質(zhì)量調(diào)整、蓄電池保護、防結(jié)霜保護功能，并具備故障檢測功能，在提高駕乘人員駕駛感受的同時，增加車輛的安全性和舒適性。

2.1" 制冷控制功能

當(dāng)駐車空調(diào)打開時，當(dāng)環(huán)境溫度和設(shè)定溫度發(fā)生變化，控制電動壓縮機的輸出占空比調(diào)整，轉(zhuǎn)速隨之改變，使得制冷的強度發(fā)生變化。制冷控制不區(qū)分手動模式和自動模式，當(dāng)環(huán)境溫度與駕乘人員需求的設(shè)定溫度差距越大時，電動壓縮機轉(zhuǎn)速越快，制冷強度越大。當(dāng)電動壓縮機轉(zhuǎn)速達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定閾值時，不再隨溫度差的增大而變快。

2.2" 風(fēng)量控制功能

風(fēng)量控制分為自動調(diào)節(jié)和手動控制兩種。當(dāng)駐車空調(diào)打開時，風(fēng)量處于自動調(diào)節(jié)狀態(tài)，風(fēng)量的大小隨著環(huán)境溫度和設(shè)定溫度的溫差增大而變大；駕乘人員人為設(shè)置風(fēng)量時，則激活手動控制，風(fēng)量將不再隨著溫度的變化而改變大小，只受控于駕乘人員。

2.3" 空氣質(zhì)量調(diào)整功能

車輛駐車，駕乘人員等待或夜間休息時，長時間內(nèi)循環(huán)導(dǎo)致駕駛室空氣質(zhì)量降低、人員頭暈不適的問題。當(dāng)駐車空調(diào)打開時，循環(huán)模式控制處于自動調(diào)節(jié)狀態(tài)，以內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)交替運行，保證新鮮空氣的輸入，持續(xù)改善駕駛室內(nèi)的空氣質(zhì)量。同時，空氣循環(huán)模式也受駕乘人員控制，駕乘人員人為設(shè)置循環(huán)方式時，則切換為手動控制。

2.4" 保護功能

駐車空調(diào)工作過程中采用蓄電池供電，依靠電動壓縮機的輸出氣量制冷，而蒸發(fā)器溫度和冷媒壓力與壓縮機的輸出密切相關(guān)。

針對長時間使用蓄電池，導(dǎo)致電池老化虛電，無法起車的問題，系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測蓄電池電壓，當(dāng)電池電壓低于設(shè)定值時，系統(tǒng)控制智能斷電，保證車輛可以正常啟動。

針對外界環(huán)境溫度較低時，長時間制冷易出現(xiàn)結(jié)霜的問題，當(dāng)蒸發(fā)器溫度過低或冷媒壓力異常時，系統(tǒng)自動開啟防結(jié)霜保護功能。此時，關(guān)閉電動壓縮機，風(fēng)扇和鼓風(fēng)機保持工作；蒸發(fā)器溫度回升至系統(tǒng)設(shè)定溫度且冷媒壓力恢復(fù)正常時，電動壓縮機可恢復(fù)工作。

2.5" 故障反饋功能

故障反饋功能是未滿足駐車空調(diào)開啟條件（車輛未處于駐車狀態(tài)、電源電壓異常）時，駕乘人員操作后駐車空調(diào)未正常開啟，則在多媒體屏上進(jìn)行故障顯示。

3" 設(shè)計及功能驗證

根據(jù)駐車空調(diào)的控制需求，對其控制功能進(jìn)行研究，并對功能實現(xiàn)進(jìn)行驗證，在不同工況下實現(xiàn)對駐車空調(diào)的控制。駐車空調(diào)系統(tǒng)控制流程如圖2所示。該控制功能進(jìn)行模塊化開發(fā)，可移植性強，可集成在空調(diào)控制器中。

在MATLAB/Simulink仿真環(huán)境下搭建駐車空調(diào)控制模型，對上述駐車空調(diào)控制功能進(jìn)行仿真驗證，控制模型如圖3所示。仿真運行步長為10ms，環(huán)境溫度40℃，仿真參數(shù)模擬實車狀況，通過改變傳感器溫度、設(shè)定溫度、開關(guān)、發(fā)動機控制系統(tǒng)、手剎等輸入信號狀態(tài)，檢測駐車空調(diào)控制系統(tǒng)是否根據(jù)輸入的變化進(jìn)行對應(yīng)的功能控制，同時輸出的顯示信號和驅(qū)動信號是否與預(yù)期的一致。

圖4a為駐車空調(diào)開啟后，不同溫差下的電動壓縮機控制信號。當(dāng)溫差不大于-2℃時，無占空比輸出，電動壓縮機未開啟。圖4b為駕駛室內(nèi)部平均溫差隨時間變化曲線，以及對應(yīng)的電動壓縮機控制占空比的變化情況。圖5為風(fēng)量控制模型，其中X軸坐標(biāo)為環(huán)境溫度與駕乘人員設(shè)定溫度的溫差，Y軸坐標(biāo)為鼓風(fēng)機風(fēng)量擋位，Z軸為電動壓縮機轉(zhuǎn)速。當(dāng)環(huán)境溫度和駕駛員設(shè)置溫度差距逐漸變大時，根據(jù)溫差可以確定唯一電動壓縮機轉(zhuǎn)速值，該轉(zhuǎn)速為駐車空調(diào)系統(tǒng)智能調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)速值；根據(jù)溫差亦可以確定唯一風(fēng)量擋位，該風(fēng)量為駕乘人員需求下的風(fēng)量值。

通過改變輸入條件進(jìn)行仿真驗證。在不同的控制環(huán)境下，電動壓縮機、冷凝風(fēng)扇、鼓風(fēng)機、電機和多媒體屏的狀態(tài)見表1。

駐車空調(diào)打開后，當(dāng)電源電壓異常時，所有驅(qū)動停止；電源電壓正常時，若出現(xiàn)蒸發(fā)器溫度過低或冷媒壓力異常，則電動壓縮機關(guān)閉，冷凝風(fēng)扇保持打開；電源電壓、蒸發(fā)器溫度、冷媒壓力均正常時，模式電機和循環(huán)電機進(jìn)行驅(qū)動；多媒體屏對于溫度的顯示不受電源電壓、蒸發(fā)器溫度、冷媒壓力的影響。駐車空調(diào)未正常開啟時，多媒體屏?xí)崾抉v車空調(diào)故障。仿真輸出與計劃控制結(jié)果一致，達(dá)到預(yù)期效果。

4" 結(jié)束語

本文提出了一種駐車空調(diào)智能控制系統(tǒng)，在完成制冷、風(fēng)量調(diào)節(jié)、空氣品質(zhì)調(diào)節(jié)等功能的同時增加了駐車空調(diào)系統(tǒng)保護的功能。該系統(tǒng)通過環(huán)境溫度與駕乘人員設(shè)定溫度的差距趨勢計算，得到需求電動壓縮機轉(zhuǎn)速，在此基礎(chǔ)上分配風(fēng)量大小，并在系統(tǒng)運行過程中持續(xù)監(jiān)測車輛狀態(tài)，確保駐車空調(diào)各組成部分安全運行。經(jīng)過軟件仿真，對設(shè)計的控制功能進(jìn)行可行性驗證，該系統(tǒng)在滿足駕乘人員需求的基礎(chǔ)上，可根據(jù)環(huán)境變化和車輛狀態(tài)自動調(diào)整控制模式，使控制方式更智能，提高駕乘人員舒適度，增加車輛可靠性。

參考文獻(xiàn)

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（編輯" 楊凱麟）

收稿日期：2024-07-29

作者簡介：付夢媛（1996—），助理工程師，碩士，主要從事車輛控制系統(tǒng)軟件開發(fā)工作。