基于硬件在環(huán)的空調(diào)控制策略測試

蒯家琛，王 瑋，溫 敏，張世昊，張文明，崔書浩

（江淮汽車集團股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

空調(diào)經(jīng)過多年的發(fā)展已廣泛應(yīng)用于汽車上，同時隨著人們對駕駛舒適性要求越來越高，空調(diào)控制也越來越復(fù)雜化，可靠的測試驗證方法顯得尤為重要。然而傳統(tǒng)的實車測試方法，測試周期長及覆蓋度較低，已經(jīng)無法滿足對整車開發(fā)周期及可靠性的需求。主機廠越來越多開始采用硬件在環(huán)（HIL）進行測試驗證，HIL測試已成為整車開發(fā)流程中不可或缺的一部分［1］。

HIL測試是一種基于半實物的仿真測試，可以在實驗室環(huán)境下，模擬整車各種測試工況，從而進行系統(tǒng)功能、故障診斷等測試。本文在基于HIL仿真測試系統(tǒng)基礎(chǔ)上，針對某車型的空調(diào)控制策略進行測試驗證，為整車空調(diào)控制策略的開發(fā)提供新的驗證方法。

1 空調(diào)控制系統(tǒng)

1.1 空調(diào)控制原理

本文空調(diào)控制系統(tǒng)為空調(diào)制冷控制系統(tǒng)，通過空調(diào)壓縮機在空調(diào)制冷劑回路中起壓縮驅(qū)動制冷劑的作用。空調(diào)控制系統(tǒng)主要通過控制空調(diào)離合器繼電器來控制空調(diào)壓縮機的運轉(zhuǎn)，如圖1所示。空調(diào)控制單元（集成于EMS發(fā)動機控制單元中）根據(jù)空調(diào)AC開關(guān)輸入、外部環(huán)境以及車輛運動狀態(tài)，控制空調(diào)離合器繼電器的吸合和切斷，間接控制空調(diào)壓縮機工作［2］。

圖1 空調(diào)離合器控制示意圖

車載空調(diào)壓縮機的工作動力來源于發(fā)動機，因此當(dāng)發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，空調(diào)壓縮機離合器的吸合會給發(fā)動機增加額外的負(fù)荷，從而影響整車駕駛性能。因此在某些特殊工況下，比如車輛起步、大油門、急加速等對動力要求較高工況時，應(yīng)切斷空調(diào)以保證車輛完整動力輸出。同時出于對車輛以及空調(diào)控制系統(tǒng)的保護，在部分工況下也需要進行切斷空調(diào)，例如高水溫、高/低電壓等［2］。

1.2 空調(diào)控制策略

空調(diào)控制策略決定了在不同工況下的空調(diào)壓縮機運行狀態(tài)，對整車動力性及舒適性起到關(guān)鍵作用。空調(diào)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，EMS（發(fā)動機管理系統(tǒng)）接收到車輛運行參數(shù)，如轉(zhuǎn)速、車速、水溫、空調(diào)三態(tài)開關(guān)、電壓、油門開度等，再執(zhí)行空調(diào)壓縮機的工作與斷開，同時決策發(fā)動機實行增扭/降扭，進一步控制進氣、噴油、點火等，進而使發(fā)動機扭矩閉環(huán)控制。

圖2 空調(diào)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

空調(diào)控制系統(tǒng)主要分為空調(diào)激活、空調(diào)切斷以及空調(diào)恢復(fù)。車輛運行在允許空調(diào)繼電器吸合工況（非切斷空調(diào)工況）時，當(dāng)EMS接收到空調(diào)請求信號，EMS控制空調(diào)繼電器吸合；車輛運行在不允許空調(diào)繼電器吸合工況（切斷空調(diào)工況）時，即使EMS接收到空調(diào)請求信號，EMS也不會控制空調(diào)繼電器吸合；當(dāng)空調(diào)繼電器已經(jīng)吸合后，車輛運行到切斷空調(diào)繼電器工況時，EMS控制空調(diào)繼電器斷開；當(dāng)車輛又運行到允許繼電器吸合工況時，EMS重新控制空調(diào)繼電器吸合。具體空調(diào)控制策略如表1所示。

2 HIL測試系統(tǒng)

2.1 HIL仿真原理

控制器整個開發(fā)過程均遵循V型開發(fā)流程［3］，其中HIL仿真是開發(fā)流程中非常重要的一環(huán)。設(shè)計完的控制器投入生產(chǎn)后，在投放試產(chǎn)前，通常利用硬件在回路仿真（HILS）測試［4］。控制器V型開發(fā)流程，如圖3所示。

圖3 控制器V型開發(fā)流程

在HIL仿真中，實際控制器和用來代替真實環(huán)境或設(shè)備的仿真模型一起組成閉環(huán)測試系統(tǒng)，難以建立數(shù)學(xué)仿真模型的部件（如點火線圈、噴油器）可以保留在閉環(huán)中，這樣就可以在實驗室環(huán)境下完成對控制器的測試［5］。

2.2 HIL系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

建立基于dSPACE的硬件在環(huán)測試系統(tǒng)，主要分為硬件平臺和軟件平臺。硬件平臺主要包括HIL測試機柜、被測控制器以及不可代替執(zhí)行器；軟件平臺由Simulink仿真模型以及上位機相關(guān)軟件組成（例如：Controldesk測試管理軟件）［1］。HIL測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 HIL測試系結(jié)構(gòu)

測試機柜用于和真實控制單元進行電氣連接及總線通信，提供控制器所需的各種傳感器信號，并接收控制器發(fā)出的各種控制信號，反饋給車輛模型進行計算仿真。同時通過殘余節(jié)點仿真與控制器進行總線通信，并可以通過模擬各種故障進行故障工況仿真［6］。

2.3 HIL仿真模型

HIL仿真模型在dSPACE的ASM模型基礎(chǔ)上，增加I/O接口模型。其中ASM模型需要根據(jù)車輛參數(shù)對ASM模型進行參數(shù)化標(biāo)定。車輛主要參數(shù)見表2。

表2 車輛主要參數(shù)

I/O接口模型則分為傳感器、執(zhí)行器、繼電器、開關(guān)模型以及CAN通信模型。傳感器和開關(guān)模型，根據(jù)傳感器和開關(guān)特性，在Simulink中搭建模型接口，由機柜仿真發(fā)送給控制器；執(zhí)行器和繼電器模型為機柜采集回的控制信號，解析后供車輛模型閉環(huán)使用。I/O接口模型如圖5所示。

圖5 I/O接口模型

CAN通信模型是通過RTICAN模塊，根據(jù)控制器與其他控制節(jié)點之間的通信信號定義，搭建的CAN信號交互模型。CAN通信模型如圖6所示。

圖6 CAN通信模型

3 HIL測試結(jié)果

HIL測試機柜和控制器正常工作后，在上位機軟件ControlDesk中，根據(jù)表1的空調(diào)工作條件，使車輛模型運行到不同測試工況，進行實時監(jiān)控測試并記錄數(shù)據(jù)。

3.1 空調(diào)激活測試

空調(diào)激活測試，使車輛模型運行在允許空調(diào)繼電器吸合工況，設(shè)置AC請求為1（仿真并改變通過空調(diào)高低壓開關(guān)輸出給EMS的電壓），EMS即識別出AC請求，控制空調(diào)繼電器吸合；空調(diào)主動關(guān)閉測試原理同上，在空調(diào)激活后，設(shè)置AC請求為0，EMS控制空調(diào)繼電器斷開。怠速空調(diào)激活測試結(jié)果如圖7所示。

圖7 怠速空調(diào)激活測試

3.2 空調(diào)切斷與恢復(fù)測試

車輛模型運行在空調(diào)正常激活工況，再通過仿真油門、水溫、電壓等信號，使車輛模型運行到切斷空調(diào)觸發(fā)條件，驗證空調(diào)切斷邏輯；在空調(diào)切斷后，進一步使車輛模型運行到恢復(fù)條件，驗證空調(diào)恢復(fù)邏輯。空調(diào)切斷與恢復(fù)測試結(jié)果如圖8～圖15所示。

圖8 高車速空調(diào)測試

圖15 急加速空調(diào)測試

綜上所述，建立基于dSPACE的硬件在環(huán)空調(diào)測試系統(tǒng)，可在車輛虛擬模型中實時控制測試條件，并能夠?qū)崿F(xiàn)對空調(diào)控制策略的準(zhǔn)確驗證。

4 結(jié)論

針對某車型空調(diào)控制策略，基于硬件在環(huán)系統(tǒng)上進行的空調(diào)策略測試驗證，得到如下結(jié)論。

1）建立的硬件在環(huán)空調(diào)測試系統(tǒng)，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)實車測試，能夠快速實現(xiàn)對空調(diào)測試，節(jié)省開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。

2）基于HIL的測試系統(tǒng)，能夠靈活控測試工況，從而便于針對空調(diào)激活、空調(diào)切斷和空調(diào)恢復(fù)控制策略進行測試驗證。

圖9 高轉(zhuǎn)速空調(diào)測試

圖10 電池電壓過高空調(diào)測試

圖11 電池電壓過低切斷空調(diào)測試

圖12 高水溫切斷空調(diào)及恢復(fù)測試

圖13 起步空調(diào)測試

圖14 大油門空調(diào)測試

3）基于HIL的空調(diào)測試系統(tǒng)，目前只對空調(diào)控制策略進行驗證，后續(xù)可開展對空調(diào)的診斷策略進行驗證。