蒯家琛，王 玮，温 敏，张世昊，张文明，崔书浩

（江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

空调经过多年的发展已广泛应用于汽车上，同时随着人们对驾驶舒适性要求越来越高，空调控制也越来越复杂化，可靠的测试验证方法显得尤为重要。然而传统的实车测试方法，测试周期长及覆盖度较低，已经无法满足对整车开发周期及可靠性的需求。主机厂越来越多开始采用硬件在环（HIL）进行测试验证，HIL测试已成为整车开发流程中不可或缺的一部分［1］。

HIL测试是一种基于半实物的仿真测试，可以在实验室环境下，模拟整车各种测试工况，从而进行系统功能、故障诊断等测试。本文在基于HIL仿真测试系统基础上，针对某车型的空调控制策略进行测试验证，为整车空调控制策略的开发提供新的验证方法。

1 空调控制系统

1.1 空调控制原理

本文空调控制系统为空调制冷控制系统，通过空调压缩机在空调制冷剂回路中起压缩驱动制冷剂的作用。空调控制系统主要通过控制空调离合器继电器来控制空调压缩机的运转，如图1所示。空调控制单元（集成于EMS发动机控制单元中）根据空调AC开关输入、外部环境以及车辆运动状态，控制空调离合器继电器的吸合和切断，间接控制空调压缩机工作［2］。

图1 空调离合器控制示意图

车载空调压缩机的工作动力来源于发动机，因此当发动机运转时，空调压缩机离合器的吸合会给发动机增加额外的负荷，从而影响整车驾驶性能。因此在某些特殊工况下，比如车辆起步、大油门、急加速等对动力要求较高工况时，应切断空调以保证车辆完整动力输出。同时出于对车辆以及空调控制系统的保护，在部分工况下也需要进行切断空调，例如高水温、高/低电压等［2］。

1.2 空调控制策略

空调控制策略决定了在不同工况下的空调压缩机运行状态，对整车动力性及舒适性起到关键作用。空调控制系统结构如图2所示，EMS（发动机管理系统）接收到车辆运行参数，如转速、车速、水温、空调三态开关、电压、油门开度等，再执行空调压缩机的工作与断开，同时决策发动机实行增扭/降扭，进一步控制进气、喷油、点火等，进而使发动机扭矩闭环控制。

图2 空调控制系统结构

空调控制系统主要分为空调激活、空调切断以及空调恢复。车辆运行在允许空调继电器吸合工况（非切断空调工况）时，当EMS接收到空调请求信号，EMS控制空调继电器吸合；车辆运行在不允许空调继电器吸合工况（切断空调工况）时，即使EMS接收到空调请求信号，EMS也不会控制空调继电器吸合；当空调继电器已经吸合后，车辆运行到切断空调继电器工况时，EMS控制空调继电器断开；当车辆又运行到允许继电器吸合工况时，EMS重新控制空调继电器吸合。具体空调控制策略如表1所示。

2 HIL测试系统

2.1 HIL仿真原理

控制器整个开发过程均遵循V型开发流程［3］，其中HIL仿真是开发流程中非常重要的一环。设计完的控制器投入生产后，在投放试产前，通常利用硬件在回路仿真（HILS）测试［4］。控制器V型开发流程，如图3所示。

图3 控制器V型开发流程

在HIL仿真中，实际控制器和用来代替真实环境或设备的仿真模型一起组成闭环测试系统，难以建立数学仿真模型的部件（如点火线圈、喷油器）可以保留在闭环中，这样就可以在实验室环境下完成对控制器的测试［5］。

2.2 HIL系统结构

建立基于dSPACE的硬件在环测试系统，主要分为硬件平台和软件平台。硬件平台主要包括HIL测试机柜、被测控制器以及不可代替执行器；软件平台由Simulink仿真模型以及上位机相关软件组成（例如：Controldesk测试管理软件）［1］。HIL测试系统结构如图4所示。

图4 HIL测试系结构

测试机柜用于和真实控制单元进行电气连接及总线通信，提供控制器所需的各种传感器信号，并接收控制器发出的各种控制信号，反馈给车辆模型进行计算仿真。同时通过残余节点仿真与控制器进行总线通信，并可以通过模拟各种故障进行故障工况仿真［6］。

2.3 HIL仿真模型

HIL仿真模型在dSPACE的ASM模型基础上，增加I/O接口模型。其中ASM模型需要根据车辆参数对ASM模型进行参数化标定。车辆主要参数见表2。

表2 车辆主要参数

I/O接口模型则分为传感器、执行器、继电器、开关模型以及CAN通信模型。传感器和开关模型，根据传感器和开关特性，在Simulink中搭建模型接口，由机柜仿真发送给控制器；执行器和继电器模型为机柜采集回的控制信号，解析后供车辆模型闭环使用。I/O接口模型如图5所示。

图5 I/O接口模型

CAN通信模型是通过RTICAN模块，根据控制器与其他控制节点之间的通信信号定义，搭建的CAN信号交互模型。CAN通信模型如图6所示。

图6 CAN通信模型

3 HIL测试结果

HIL测试机柜和控制器正常工作后，在上位机软件ControlDesk中，根据表1的空调工作条件，使车辆模型运行到不同测试工况，进行实时监控测试并记录数据。

3.1 空调激活测试

空调激活测试，使车辆模型运行在允许空调继电器吸合工况，设置AC请求为1（仿真并改变通过空调高低压开关输出给EMS的电压），EMS即识别出AC请求，控制空调继电器吸合；空调主动关闭测试原理同上，在空调激活后，设置AC请求为0，EMS控制空调继电器断开。怠速空调激活测试结果如图7所示。

图7 怠速空调激活测试

3.2 空调切断与恢复测试

车辆模型运行在空调正常激活工况，再通过仿真油门、水温、电压等信号，使车辆模型运行到切断空调触发条件，验证空调切断逻辑；在空调切断后，进一步使车辆模型运行到恢复条件，验证空调恢复逻辑。空调切断与恢复测试结果如图8～图15所示。

图8 高车速空调测试

图15 急加速空调测试

综上所述，建立基于dSPACE的硬件在环空调测试系统，可在车辆虚拟模型中实时控制测试条件，并能够实现对空调控制策略的准确验证。

4 结论

针对某车型空调控制策略，基于硬件在环系统上进行的空调策略测试验证，得到如下结论。

1）建立的硬件在环空调测试系统，可以代替传统实车测试，能够快速实现对空调测试，节省开发周期，降低开发成本。

2）基于HIL的测试系统，能够灵活控测试工况，从而便于针对空调激活、空调切断和空调恢复控制策略进行测试验证。

图9 高转速空调测试

图10 电池电压过高空调测试

图11 电池电压过低切断空调测试

图12 高水温切断空调及恢复测试

图13 起步空调测试

图14 大油门空调测试

3）基于HIL的空调测试系统，目前只对空调控制策略进行验证，后续可开展对空调的诊断策略进行验证。