基于商用車的駐車空調控制系統的研究

【摘" 要】針對商用車駐車過程中駕乘人員對空調的需求、駐車空調電池損耗和蒸發(fā)器結霜等問題，提出一種駐車空調智能控制系統，在實現制冷、風量調節(jié)、空氣質量調節(jié)等功能的同時增加了駐車空調系統保護的功能。通過MATLAB/Simulink建模對提出的控制方法進行仿真，對該系統的可行性進行驗證，在不同環(huán)境條件下，該系統控制輸出達到預期效果。

【關鍵詞】駐車空調；控制策略；仿真驗證

中圖分類號：U463.851" " 文獻標識碼：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

商用車車載空調主要由行車空調和駐車空調兩個部分構成，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]。駐車空調是對行車空調的補充，滿足駕乘人員在卸貨等待或夜晚休息時對空調的需求，解決停車時無法使用空調的問題。駐車空調主體由壓縮機、冷凝風扇、蒸發(fā)器、節(jié)流閥（膨脹閥）和鼓風機5個部分組成，與行車空調共用電機，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)變化產生制冷效果[3-4]。目前駐車空調安裝主要有頂置式、背包式以及并聯式[5]。

1" 駐車空調系統組成

如圖1所示，駐車空調系統由輸入模塊、控制模塊和輸出模塊構成。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、冷凝風扇和電機等構成輸出模塊。駐車空調通過布置在駕駛室內外的溫度傳感器將駕駛室的實時溫度發(fā)送至控制模塊，控制模塊結合來自其他控制器的開關命令及制動狀態(tài)、發(fā)動機轉速等車輛狀態(tài)信號，判斷駕乘人員需求，通過電控方式控制電動壓縮機、冷凝風扇等電器，實現駐車空調智能制冷、風量調節(jié)等效果，并將系統運行狀態(tài)通過多媒體屏反饋駕駛員。

1.1" 輸入模塊

駐車空調系統輸入模塊主要有駐車空調開關信號狀態(tài)采集、設定溫度信號采集、室內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行決策，通過駐車空調開關狀態(tài)和設定溫度判斷駕乘人員需求，通過溫度傳感器及車輛狀態(tài)信息判斷車輛當前狀態(tài)。

1.2" 控制模塊

駐車空調系統的控制模塊主要由模數采集模塊、CAN模塊、驅動模塊等部分構成。依據開關量消抖、傳感器信號濾波、車輛狀態(tài)信息CAN線接收，判斷當前車輛狀態(tài)并進行相應的控制邏輯處理及控制信號的輸出。

1.3" 執(zhí)行模塊

駐車空調系統的執(zhí)行模塊根據控制模塊的輸出信號，對電動壓縮機、冷凝風扇、鼓風機、多媒體屏、電機驅動進行控制。電動壓縮機接收控制模塊輸出的硬線驅動信號和轉速控制百分比，控制壓縮機的開啟關閉和轉速。冷凝風扇和鼓風機接收硬線驅動信號。多媒體屏接收溫度、出風模式、空氣循環(huán)模式信號，顯示駐車空調狀態(tài)信息，并在駐車空調故障時反饋故障信息。循環(huán)電機、模式電機接收硬線驅動信號，控制出風口位置和內外循環(huán)方式。

2" 駐車空調控制功能設計

駐車空調系統除了傳統的制冷控制和風量控制功能外，還根據駕駛員的實際反饋和車輛配置情況新增了駕駛室空氣質量調整、蓄電池保護、防結霜保護功能，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

當駐車空調打開時，當環(huán)境溫度和設定溫度發(fā)生變化，控制電動壓縮機的輸出占空比調整，轉速隨之改變，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，當環(huán)境溫度與駕乘人員需求的設定溫度差距越大時，電動壓縮機轉速越快，制冷強度越大。當電動壓縮機轉速達到系統設定閾值時，不再隨溫度差的增大而變快。

2.2" 風量控制功能

風量控制分為自動調節(jié)和手動控制兩種。當駐車空調打開時，風量處于自動調節(jié)狀態(tài)，風量的大小隨著環(huán)境溫度和設定溫度的溫差增大而變大；駕乘人員人為設置風量時，則激活手動控制，風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" 空氣質量調整功能

車輛駐車，駕乘人員等待或夜間休息時，長時間內循環(huán)導致駕駛室空氣質量降低、人員頭暈不適的問題。當駐車空調打開時，循環(huán)模式控制處于自動調節(jié)狀態(tài)，以內循環(huán)和外循環(huán)交替運行，保證新鮮空氣的輸入，持續(xù)改善駕駛室內的空氣質量。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。

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

針對外界環(huán)境溫度較低時，長時間制冷易出現結霜的問題，當蒸發(fā)器溫度過低或冷媒壓力異常時，系統自動開啟防結霜保護功能。此時，關閉電動壓縮機，風扇和鼓風機保持工作；蒸發(fā)器溫度回升至系統設定溫度且冷媒壓力恢復正常時，電動壓縮機可恢復工作。

2.5" 故障反饋功能

故障反饋功能是未滿足駐車空調開啟條件（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未正常開啟，則在多媒體屏上進行故障顯示。

3" 設計及功能驗證

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

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

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

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

駐車空調打開后，當電源電壓異常時，所有驅動停止；電源電壓正常時，若出現蒸發(fā)器溫度過低或冷媒壓力異常，則電動壓縮機關閉，冷凝風扇保持打開；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)電機進行驅動；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。駐車空調未正常開啟時，多媒體屏會提示駐車空調故障。仿真輸出與計劃控制結果一致，達到預期效果。

4" 結束語

本文提出了一種駐車空調智能控制系統，在完成制冷、風量調節(jié)、空氣品質調節(jié)等功能的同時增加了駐車空調系統保護的功能。該系統通過環(huán)境溫度與駕乘人員設定溫度的差距趨勢計算，得到需求電動壓縮機轉速，在此基礎上分配風量大小，并在系統運行過程中持續(xù)監(jiān)測車輛狀態(tài)，確保駐車空調各組成部分安全運行。經過軟件仿真，對設計的控制功能進行可行性驗證，該系統在滿足駕乘人員需求的基礎上，可根據環(huán)境變化和車輛狀態(tài)自動調整控制模式，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

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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軟件開發(fā)工作。