汽車研發：汽車空調控制系統設計與開發！
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燥熱的夏天已經來襲，看到這樣火辣的小姐姐，估計手機屏幕前的你更加炎熱和躁動，這時候空調就是你的避暑利器！汽車空調在你熱的時候給你降降溫，在你寒冷的時候給你吹吹熱風，它之所以這麼聽話，就是因為它有一個好的控制系統！
今天
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汽車空調控制系統設計與開發
漫談君說
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一、前言
汽車空調系統作為汽車的標配總成，是衡量汽車舒適性的重要指標，空調系統性能的優劣直接影響汽車的市場競爭力。隨著半導體技術、新能源技術、互聯網技術的高速發展，工業領域的很多新技術在汽車上慢慢得到嘗試和應用，汽車空調系統的發展也面臨新技術的衝擊和挑戰。在本篇文章中，我們將針對汽車空調控制系統的設計開發進行淺析。
二、汽車空調系統
空調裝置已成為衡量汽車功能是否齊全的標誌之一，是用戶上車後能直接感知到的，決定了用戶的舒適度！
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功能
汽車空調系統是實現對車廂內空氣進行製冷、加熱、換氣和空氣凈化的裝置。它可以為乘車人員提供舒適的乘車環境，降低駕駛員的疲勞強度，提高行車安全。
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組成結構
汽車空調的組成結構如下圖所示：
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分類
汽車空調的分類如下：
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汽車空調控制系統
汽車空調針對人的操作來說，信息交換主要集中在空調的控制器，控制器可以說是空調整個系統的控制中心，一般都在儀錶台上。它的功能主要是調節空調出風的大小、溫度及出風模式，實現了空調系統和環境之間的互相影響，反映使用者的需求。
現在多數汽車配備的電控自動空調能夠對車內的溫度、風量、出風口和吸入口、壓縮機等進行控制與診斷，這些控制是通過改變風門位置、熱水閥的開度等來實現的。
1）通風裝置與空氣凈化系統
汽車空調系統的通風方式一般分為自然通風方式和強制通風方式。
自然通風是指利用汽車行駛時車內外的空氣壓力差，通過空調系統的進、出口進行自然換氣。強制通風是指利用鼓風機對車內空氣進行置換。目前汽車中多採用強制通風裝置。
汽車空調系統利用空氣分配箱的內/外空氣循環裝置打開或關閉空調系統的進風口。在進風口處設一個風門，空調系統通過控制風門開度和位置來實現進風模式切換（內/外空氣循環）和進風量控制。
為了保持車內空氣的清潔新鮮，除了利用通風換氣之外，在空調系統中還裝有空氣凈化裝置。常見的空氣凈化裝置有灰塵濾清器、電子集塵器、負離子發生器等，它們安裝在空調濾清器總成內。
2）空調電控系統
雖然汽車空調電控系統種類繁多，但基本結構是相同的，可以分為信號輸入、控制中樞和執行輸出三大部分。
A.信號輸入
包括感測器和開關。
B.控制中樞
控制中樞分為空調控制模塊和空調控制面板。其中僅有自動空調系統帶有空調控制模塊。
C.執行輸出
三、設計
從設計角度來說，主要為設計特點，即根據汽車空調的特點進行設計，依據原則和整車的要求進行設計。
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設計特點
與建築內的空調相比，汽車空調有著極大的區別。首先，汽車在外界是不停移動的，外界環境氣候多變，車外溫度變化極大，以至於車外設計參數沒有一個確定值，需要汽車空調的控制系統能承受較為惡劣多變的外界環境。
其次，由於汽車載客量、人體產熱量以及乘客對於製冷效果的需求等多種原因，要求汽車空調要有較強的製冷能力，且有很大的工作負荷。
此外，汽車空調控制系統的設計應該從乘坐者的舒適度出發進行設計。
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設計原則
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設計要求
四、相關技術
相關技術主要是模糊控制理論、PID控制系統、模糊PID控制方法、CAN匯流排技術等，此次主要從這四點左深入解析！
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模糊控制理論
模糊邏輯控制理論，簡稱模糊控制理論，這一概念1974年由L.A.Zadeh教授提出。其核心是對複雜的系統或過程建立一種語言分析的數學模式，使自然語言能直接轉化為計算機所能接受的演算法語言。
模糊控制技術利用控制法則來描述系統變數間的關係。同時不用數值而用語言式的模糊變數來描述系統，模糊控制器不必對被控制對象建立完整的數學模式。模糊控制器是一語言控制器，使得操作人員易於使用自然語言進行人機對話。
1）優點
模糊控制擁有很多的優勢，比如簡化系統設計的複雜性，特別適用於非線性、時變、模型不完全的系統上。
模糊控制器是一語言控制器，使得操作人員易於使用自然語言進行人機對話。它是一種容易控制、掌握的較理想的非線性控制器，並且抗干擾能力強，響應速度快，並對系統參數的變化有較強的魯棒性和較佳的容錯性。
2）應用
汽車在某些情況下（例如，石油和天然氣的混合、缸內燃燒等過程）的控制中想找到準確的模型是很難的，就算找出模型，也應該會因模型過於複雜難以對其實施控制。
而在模糊控制運行過程中是不需要預先知道精確的數學模型的，在汽車空調控制系統的具體設計中將計算過程簡化了許多，並且也增強了可操作性。
3）組成
A. 感測器
其作用是將被控制對象的溫度、壓力、速度、流量等非電量轉化為電信號（數字或模擬），作為控制器輸入變數。因此，感測器的精度將直接決定控制系統的誤差,要求其穩定性好、精度高。
B. 模糊控制器
模糊控制器是模糊控制系統的核心，由下列四個基本部分組成：
C. 輸入輸出介面
系統中，感測器信號需要模數(A/D)轉換為MCU可識別的數字信號，而被控對象控制所需的控制信號也需要數模(D/A)轉換後才可用於執行機構驅動。
D. 執行機構
被控對象的控制需要通過對執行機構的操控來具體實施，執行機構可以是電動的、氣動的或液壓的，如步進電機、伺服電機、氣動閥、液壓馬達、液壓閥等。
E. 被控對象
被控對象一般有線性或非線性的、定常的或時變的單變數或多變數及具有強偶合和干擾等多種，其中，對於難以建立精確數學模型的複雜對象，適合選擇模糊控制方法。
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PID控制器系統
PID(Proportional;Integral;Derivative)控制是經典控制演算法中的典型代表。
在實際工程應用中，PID演算法佔有相當的地位。據統計，PID類控制在工業控制的控制器中佔有90%以上。
PID控制方法是最早得到快速發展的控制策略之一，由於它的魯棒性好、可靠性高並且演算法簡單，因此適用廣泛，使用也比較簡單方便，在數學模型己知的控制系統中控制效果尤其突出。
但是，實際有很多被控過程具有非線性、時變等不確定性因素，無法或難以建立較為準確的數學模型，系統的特性無法精確描述，因此，應用傳統PID控制演算法往往不能達到理想的效果。
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模糊PID控制方法
模糊PID方法將模糊控制原理和PID控制理念結合起來，既保持了模糊控制靈活、適應性強的優點，同時又具有PID控制精度高的特點，對各種被控對象均能實現PID最佳控制。
汽車空調系統是典型的非線性系統，過程參數隨工況經常頻繁變化。過程參數變化對溫度控制的干擾很大。因此，在車輛溫度控制中，採用PID參數模糊自整定方法，可以實現PID參數的在線自適應，滿足汽車溫度的精確控制。
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CAN匯流排技術
CAN（ControllerAreaNetwork）是控制器區域網絡的簡稱，是由以研發和生產汽車電子產品著稱的德國BOSCH公司開發的，並最終成為國際標準（ISO11898），是國際上應用最廣泛的現場匯流排之一。
CAN屬於現場匯流排的範疇，它是一種有效支持分散式控制或實時控制的串列通信網路。較之許多RS-485基於R線構建的分散式控制系統而言，基於CAN匯流排的分散式控制系統在以下方面具有明顯的優越性：
CAN屬於一種串列通信，能夠實時的進行相應的分散式控制，1991年RobertBosch對CANV2.0B的相關規範進行了完整的定義。
CAN網路由於以上特點，現如今已經逐步將工業中的信號傳輸線所替代了，並常常被運用到SDS以及DeviceNet等工控應用之中
1）優點
使用CAN數據傳輸系統的優點如下：
A.將感測器信號線減至最少
使更多的感測器信號進行高速數據傳遞；
B.節省電控單元的有限空間
電控單元和電控單元插腳最小化應用；
C.組網自由，擴展性強
如果系統需要增加新的功能，僅需軟體升級即可。對複雜的汽車網路具有強大的優勢；
D.實時監測
各電控單元的監測對所連接的CAN匯流排進行實時監測，如出現故障該電控單元會存儲故障碼；
E.符合國際標準
CAN數據匯流排符合國際標準，以便於一輛車上不同廠家的電控單元間進行數據交換；
F.匯流排利用率高
數據傳輸距離較長(長達10km),數據傳輸速率高(高達1Mbit/s)；
G.成本相對較低
節省大量的有色金屬。
2）應用
製冷壓縮機的啟動控制過程是：
空調控制面板將製冷壓縮機的啟動指令通過CAN舒適網傳給ECU，對於用戶的指令通過按製冷壓縮機啟動按鈕來啟動壓縮機。
對於自動空調，收到空調控制單元的指令後如果發動機轉速條件滿足，且鼓風機啟動，製冷壓縮的啟動指令將予以採納。
CAN包括驅動系統、舒適性系統和信息系統三大板塊。
應用這種技術的車輛，通過遍布車身的感測器，在收集到車輛行駛的各種信息後，不需要給出信號接收者的地址，信號發送者就可以將安全編碼後的數據發送給所有的接收者，以短幀多發的方式實現數據的高實時性。
五、結語
隨著人們對汽車空調系統的性能、質量、安全、舒適度等方面要求越來越高,中低檔汽車手動空調控制系統將面臨更新換代。為了滿足廣大車主對汽車空調的舒適性、節能以及操控便捷性的更高需求，汽車空調控制系統的設計開發正在不斷進步。
為了使汽車空調的控制系統變得更加人性化、實用，各種技術的引入將為之帶來更多優勢。
寫在最後
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