CN112729755A - 一种调控环境风洞试验舱温度的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种调控环境风洞试验舱温度的系统和方法，系统包括主换热器、冷却管路和加热管路，冷却管路和加热管路并联于主换热器的出入口之间；冷却管路包括并联设置的第一冷却支路、第二冷却支路和第三冷却支路，分别与循环有冷却水、冷冻水和深冷却水的交换器进行热量交换；第一冷却支路设置有第一开关阀，第二冷却支路设置有第二开关阀，第三冷却支路设置有第三开关阀；冷却管路上并联设置有第一三通调节阀和第二三通调节阀；加热管路上设置有第三三通调节阀。本发明的方法应用于上述系统。本发明显著提高了环境风洞试验舱温度调控的控制精度等级和响应速度，且本申请系统和方法逻辑结构清晰简约，可靠性高，工程化可实施性强。

Description

一种调控环境风洞试验舱温度的系统和方法

技术领域

本发明总体而言涉及新能源汽车环境风洞试验舱领域，具体而言，涉及一种调控环境风洞试验舱温度的系统和方法。

背景技术

随着消费者对汽车功能性、舒适性、个性化体验等方面要求越来越高，以及新能源互联网车企对产品快速更新迭代的市场需求，新能源汽车车企逐渐认识到自有汽车环境风洞试验舱的重要性。新能源汽车风洞环境试验舱用于模拟自然界真实的气候环境，用于验证汽车整车、空调系统、电池模块、电机驱动系统的匹配研发及性能，风洞环境试验舱温度控制范围要求较宽，且系统呈大惯性迟滞特性，然而，传统风洞环境试验舱温度调控的精度低，且响应时间较长，无法满足新能源汽车的试验需求。

因此，业界亟需一种调控精度高且能快速响应的调控环境风洞试验舱温度的系统和方法。

发明内容

本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种调控精度高且能快速响应的调控环境风洞试验舱温度的系统和方法。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供了一种调控环境风洞试验舱温度的系统，包括：主换热器、冷却管路和加热管路，

所述冷却管路和所述加热管路并联于所述主换热器的出入口之间；

所述冷却管路包括并联设置的第一冷却支路、第二冷却支路和第三冷却支路，所述第一冷却支路、所述第二冷却支路和所述第三冷却支路分别与循环有冷却水、冷冻水和深冷却水的交换器进行热量交换；

所述第一冷却支路设置有第一开关阀，第二冷却支路设置有第二开关阀，所述第三冷却支路设置有第三开关阀；

所述冷却管路上并联设置有第一三通调节阀和第二三通调节阀，所述第一三通调节阀的三个端口分别连接冷却支路的入口、冷却支路的出口和所述主换热器；

所述加热管路上设置有第三三通调节阀，所述第三三通调节阀的三个端口分别连接所述加热管路的入口、所述加热管路的出口和所述主换热器。

根据本发明的一实施方式，所述加热管路包括有旁路换热器，所述第三三通调节阀的三个端口分别连接所述旁路换热器的出入口和所述主换热器，所述旁路换热器内循环有温度为90℃的热水；

所述加热管路包括有温度传感器，所述温度传感器设置于所述第三三通调节阀与所述旁路换热器之间；

所述加热管路包括有第四调节阀，用于调节在所述旁路换热器热水侧循环的热水的流量。

根据本发明的一实施方式，所述冷却水的温度为30℃，所述冷冻水的温度为7～13℃，所述深冷却水的温度为-45℃。

根据本发明的一实施方式，所述调控环境风洞试验舱温度的系统用于新能源汽车环境风洞的温度控制。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种调控环境风洞试验舱温度的方法，所述方法应用于如上任一所述的调控环境风洞试验舱温度的系统，所述方法包括：利用控制装置对所述第一三通调节阀的输出进行调控，根据以下模型调控所述第一三通调节阀的输出：

其中，AO_CV01为所述第一三通调节阀的控制输出量，AO_Out为控制输出百分比，S1为分层参数，S1＝55％。

根据本发明的一实施方式，所述方法包括：利用控制装置对所述第二三通调节阀的输出进行调控，根据以下模型调控所述第二三通调节阀的输出：

其中，AO_CV02为所述第二三通调节阀的控制输出量，AO_Out为控制输出百分比，S1、S2为分层参数，S1＝55％，S2＝85％。

根据本发明的一实施方式，所述方法包括：利用控制装置对所述第三三通调节阀的输出进行调控，根据以下模型调控所述第三三通调节阀的输出：

其中，AO_CV03为所述第三三通调节阀的控制输出量，AO_Out为控制输出百分比，S2为分层参数，S2＝85％。

根据本发明的一实施方式，根据以下模型获取控制输出百分比AO_Out的值：

其中，Gain为增益，

TD为微分时间常数，

S为拉普拉斯变换的复数，DiffGain为微分器的增益，缺省值DiffGain＝5，ER为温度偏差，ER＝Ts-Ta，Ts为环境风洞试验舱的温度设定值，Ta为环境风洞试验舱的温度实际值，Rset为外部复位信号，缺省值Rset＝1；

TI为积分时间常数，

根据本发明的一实施方式，所述方法包括：利用控制装置对所述第四调节阀的输出进行调控，根据以下模型调控所述第四调节阀的输出：

其中，Gain为增益，缺省值Gain＝20，TD为微分时间常数，缺省值TD＝5，S为拉普拉斯变换的复数，DiffGain为微分器的增益，缺省值DiffGain＝10，ER为温度偏差，ER＝Ts+15-Tb，Ts为环境风洞试验舱的温度设定值，Tb为所述加热管路上的温度传感器的温度实际值，TI为积分时间常数，缺省值TI＝120。

根据本发明的一实施方式，所述方法包括：利用控制装置对所述第一开关阀、所述第二开关阀和所述第三开关阀的输出进行调控，根据以下模型调控所述第一开关阀、所述第二开关阀和所述第三开关阀的输出：

其中，DO_V01为所述第一开关阀的控制输出量，DO_V02为所述第二开关阀的控制输出量，DO_V03为所述第三开关阀的控制输出量，Ts为环境风洞试验舱的温度设定值。

由上述技术方案可知，本发明的调控环境风洞试验舱温度的系统和方法的优点和积极效果在于：

本发明中，通过以上对环境风洞试验舱主换热器的温度调控管路的设置，以及对主换热器的温度调控算法的设置，显著提高了环境风洞试验舱温度调控的精度等级，环境风洞试验舱温度调控的响应速度也得到有效提高，且本申请的系统和控制方法逻辑结构清晰简约，可靠性高，工程化可实施性强，具有很高的经济性，极为适合在业界推广使用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以如这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例调控环境风洞试验舱温度的系统的结构示意图。

图2为本发明一实施例调控环境风洞试验舱温度的系统的环境风洞的结构示意图。

图3为本发明一实施例调控环境风洞试验舱温度的系统的控制装置的结构示意图。

其中，附图标记说明如下：

1、环境风洞试验舱；11、新能源汽车测试区；12、试验舱温度检测器；2、钢流道；21、喷口；22、收集口；23、风机；24、导流片；3、主换热器；31、冷却管路；311、第一冷却支路；3111、冷却水交换器；3112、第一开关阀；312、第二冷却支路；3121、冷冻水交换器；3122、第二开关阀；313、第三冷却支路；3131、深冷水交换器；3132、第三开关阀；314、第一三通调节阀；315、第二三通调节阀；316、介质容器；32、加热管路；321、旁路换热器；322、第三三通调节阀；323、温度传感器；324、第四调节阀；33、开关阀；4、控制装置；41、控制器；42、以太网通信模块；43、模拟量输入模块；44、模拟量输出模块；45、数字量输出模块；5、温度设定装置。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

在对本发明的不同示例的下面描述中，参照附图进行，所述附图形成本发明的一部分，并且其中以示例方式显示了可实现本发明的多个方面的不同示例性结构、系统和步骤。应理解，可以使用部件、结构、示例性装置、系统和步骤的其他特定方案，并且可在不偏离本发明范围的情况下进行结构和功能性修改。而且，虽然本说明书中可使用术语“顶部”、“底部”、“前部”、“后部”、“侧部”等来描述本发明的不同示例性特征和元件，但是这些术语用于本文中仅出于方便，例如如附图中所述的示例的方向。本说明书中的任何内容都不应理解为需要结构的特定三维方向才落入本发明的范围内。

图1为本发明一实施例调控环境风洞试验舱温度的系统的结构示意图。

如图1所示，该实施例的调控环境风洞试验舱温度的系统，包括：主换热器3、冷却管路31和加热管路32，冷却管路31和加热管路32并联于主换热器3的出入口之间；冷却管路31包括并联设置的第一冷却支路311、第二冷却支路312和第三冷却支路313，第一冷却支路311、第二冷却支路312和第三冷却支路313分别循环有冷却水、冷冻水和深冷却水；第一冷却支路311设置有第一开关阀3112，第二冷却支路312设置有第二开关阀3122，第三冷却支路设置有第三开关阀3132；冷却管路31上并联设置有第一三通调节阀314和第二三通调节阀315，第一三通调节阀314的三个端口分别连接冷却支路的入口、冷却支路的出口和主换热器3；加热管路32上设置有第三三通调节阀322，第三三通调节阀322的三个端口分别连接加热管路32的入口、加热管路32的出口和主换热器3。

图2为本发明一实施例调控环境风洞试验舱温度的系统的环境风洞的结构示意图。

如图2所示，该实施例中，调控环境风洞试验舱温度的系统用于新能源汽车环境风洞的温度控制，新能源汽车环境风洞包括有环境风洞试验舱1和钢流道2，环境风洞试验舱1和钢流道2设置于环境风洞实验楼内；环境风洞试验舱1内设置有新能源汽车测试区11和试验舱温度检测器12，新能源汽车测试区11用于放置和承载待试验的新能源汽车，试验舱温度检测器12用于获取环境风洞试验舱1的温度实际值Ta；钢流道2的主体位于环境风洞试验舱1外侧，用于为气流提供流动通道，钢流道2的首尾分别为喷口21和收集口22，喷口21对应新能源汽车测试区11的前部，收集口22对应新能源汽车测试区11的后部，气流从喷口21吹出，经过新能源汽车测试区11处放置的车辆后，从收集口22回风；钢流道2内设置有风机23，用于产生气流，钢流道2内还设置有若干导流片24，用于对气流进行导流，主换热器3设置于钢流道2内，且靠近喷口21设置，用于调控吹向车辆的气流的温度。

该实施例中，主换热器3可具有多个出口和多个入口，每个出口和入口处可分别设置有开关阀33，主换热器3的出口和入口之间通过管路连接，该管路上可设置有开关阀33和泵，泵的入口对应主换热器3的出口，泵的出口对应主换热器3的入口，在泵的出口与主换热器3的入口之间的管路上并联有冷却管路31和加热管路32，冷却管路31设置于主换热器3进出口之间的管路上的泵出口和加热管路32之间，冷却管路31包括并联设置的第一冷却支路311、第二冷却支路312和第三冷却支路313，第一冷却支路311包括有冷却水交换器3111，冷却水交换器3111内循环有主换热器3的换热介质和冷却水，换热介质的流道和冷却水的流道相互隔离，冷却水的温度为30℃，冷却水交换器3111的入口管路上设置有开关阀33，冷却水交换器3111的出口管路上设置有开关阀33、泵和第一开关阀3112。

该实施例中，第二冷却支路312包括有冷冻水交换器3121，冷冻水交换器3121内循环有主换热器3的换热介质和冷冻水，换热介质的流道和冷冻水的流道相互隔离，冷冻水的温度为7～13℃，冷冻水交换器3121的入口管路上设置有开关阀33，冷冻水交换器3121的出口管路上设置有开关阀33、泵和第二开关阀3122；第三冷却支路313包括有深冷水交换器3131，深冷水交换器3131内循环有主换热器3的换热介质和深冷却水，换热介质的流道和深冷却水的流道相互隔离，深冷却水的温度为-45℃，深冷水交换器3131的入口管路上设置有开关阀33，深冷水交换器3131的出口管路上设置有开关阀33、泵和第三开关阀3132；冷却管路31上并联设置有第一三通调节阀314和第二三通调节阀315，第一三通调节阀314的一个端口与第一冷却支路311的入口、第二冷却支路312的入口、第三冷却支路313的入口并联，第一三通调节阀314的另一个端口与第一冷却支路311的出口、第二冷却支路312的出口和第三冷却支路313的出口并联，第一三通调节阀314的剩余一个端口连接于主换热器3进出口之间的管路上的泵出口和加热管路32之间；冷却管路31上还设置有介质容器316，介质容器316与第一冷却支路311、第二冷却支路312和第三冷却支路313并联，且位于冷却管路31的末端，即前述三个冷却支路位于前述两个三通调节阀与介质容器316之间，介质容器316可以是介质存储罐或者蓄能器，用于存储系统内的主换热器介质。

该实施例中，加热管路32包括有旁路换热器321，旁路换热器321内循环有主换热器3的换热介质和温度为90℃的热水，换热介质的流道和热水的流道相互隔离，旁路换热器321的主换热器换热介质出入口设置于旁路换热器321一侧，主换热器换热介质入口管路上设置有开关阀33、第三三通调节阀322、泵、温度传感器323，温度传感器323设置于第三三通调节阀322与旁路换热器321之间，主换热器换热介质出口管路上设置有开关阀33，第三三通调节阀322的三个端口分别对应连接旁路换热器321的主换热器换热介质入口、主换热器换热介质出口和主换热器3；热水出入口设置于旁路换热器321另一侧，热水入口管路上设置有泵和开关阀33，热水出管路上设置有开关阀33和第四调节阀324，第四调节阀324入口和泵入口连通设置，第四调节阀324用于调节在旁路换热器321内循环的热水的流量。

图3为本发明一实施例调控环境风洞试验舱温度的系统的控制装置的结构示意图。

如图3所示，该实施例中，调控环境风洞试验舱温度的系统还包括有控制装置4，控制装置4可包括控制器41，控制器41可以是可编程逻辑控制器或是微处理器，本实施例中以前者为例，控制装置4包括有以太网通信模块42、多个模拟量输入模块43、多个模拟量输出模块44和多个数字量输出模块45，以太网通信模块42用于输入来自环境风洞试验舱1的温度设定装置5例如工控机的温度设定值Ts，模拟量输入模块43用于输入来自试验舱温度检测器12的环境风洞试验舱1的温度实际值Ta和来自加热管路32上的温度传感器323的信号，模拟量输出模块44用于输出第一三通调节阀314、第二三通调节阀315、第三三通调节阀322、第四调节阀324的控制输出量，数字量输出模块45用于输出第一开关阀3112、第二开关阀3122、第三开关阀3132的控制输出量，从而分别对第一三通调节阀314、第二三通调节阀315、第三三通调节阀322、第四调节阀324、第一开关阀3112、第二开关阀3122、第三开关阀3132进行输出调控。

该实施例中，气流流经主换热器3并与主换热器3内的换热介质进行热交换，主换热器介质流经冷却管路31和加热管路32，并与第一冷却支路311和/或第二冷却支路312和/或第三冷却支路313和/或加热管路32进行热交换，获得按控制装置4的目标比例混合的不同热交换程度的主换热器介质，进而按控制装置4的目标比例混合的不同温度的主换热器介质流入主换热器3，从而实现对环境风洞试验舱1的高精度高响应速度的调控，而在整个调控过程中系统管路中主换热器3介质的总流量是保持不变的。

本发明还提供了一种调控环境风洞试验舱温度的方法，该方法应用于如上的调控环境风洞试验舱温度的系统，方法包括：利用控制装置4对第一三通调节阀314的输出进行调控，根据以下模型调控第一三通调节阀314的输出：

其中，AO_CV01为第一三通调节阀314的控制输出量，AO_Out为控制输出百分比，S1为分层参数，S1＝55％。

该实施例中，调控环境风洞试验舱温度的方法包括：利用控制装置4对第二三通调节阀315的输出进行调控，根据以下模型调控第二三通调节阀315的输出：

其中，AO_CV02为第二三通调节阀315的控制输出量，AO_Out为控制输出百分比，S1、S2为分层参数，S1＝55％，S2＝85％。

该实施例中，调控环境风洞试验舱温度的方法包括：利用控制装置4对第三三通调节阀322的输出进行调控，根据以下模型调控第三三通调节阀322的输出：

其中，AO_CV03为第三三通调节阀322的控制输出量，AO_Out为控制输出百分比，S2为分层参数，S2＝85％。

该实施例中，调控环境风洞试验舱温度的方法包括：根据以下模型获取控制输出百分比AO_Out的值：

其中，Gain为增益，

TD为微分时间常数，

S为拉普拉斯变换的复数，DiffGain为微分器的增益，缺省值DiffGain＝5，ER为温度偏差，ER＝Ts-Ta，Ts为环境风洞试验舱的温度设定值，Ta为环境风洞试验舱的温度实际值，Rset为外部复位信号，缺省值Rset＝1；

TI为积分时间常数，

该实施例中，调控环境风洞试验舱温度的方法包括：利用控制装置4对第四调节阀324的输出进行调控，根据以下模型调控第四调节阀324的输出：

其中，Gain为增益，缺省值Gain＝20，TD为微分时间常数，缺省值TD＝5，S为拉普拉斯变换的复数，DiffGain为微分器的增益，缺省值DiffGain＝10，ER为温度偏差，ER＝Ts+15-Tb，Ts为环境风洞试验舱的温度设定值，Tb为加热管路32上的温度传感器323的温度实际值，TI为积分时间常数，缺省值TI＝120。

该实施例中，调控环境风洞试验舱温度的方法包括：利用控制装置4对第一开关阀3112、第二开关阀3122和第三开关阀3132的输出进行调控，根据以下模型调控第一开关阀3112、第二开关阀3122和第三开关阀3132的输出：

其中，DO_V01为第一开关阀3112的控制输出量，DO_V02为第二开关阀3122的控制输出量，DO-V03为第三开关阀3132的控制输出量，Ts为环境风洞试验舱的温度设定值。

本发明中，通过以上对环境风洞试验舱主换热器的温度调控管路的设置，以及对主换热器3的温度调控算法的设置，显著提高了环境风洞试验舱温度调控的精度等级，环境风洞试验舱温度调控的响应速度也得到有效提高，且本申请的系统和控制方法逻辑结构清晰简约，可靠性高，工程化可实施性强，具有很高的经济性，极为适合在业界推广使用。

本发明所属技术领域的普通技术人员应当理解，上述具体实施方式部分中所示出的具体结构和工艺过程仅仅为示例性的，而非限制性的。而且，本发明所属技术领域的普通技术人员可对以上所述所示的各种技术特征按照各种可能的方式进行组合以构成新的技术方案，或者进行其它改动，而都属于本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种调控环境风洞试验舱温度的系统，其特征在于，包括：主换热器、冷却管路和加热管路，

所述冷却管路和所述加热管路并联于所述主换热器的出入口之间；

所述冷却管路包括并联设置的第一冷却支路、第二冷却支路和第三冷却支路，所述第一冷却支路、所述第二冷却支路和所述第三冷却支路分别与循环有冷却水、冷冻水和深冷却水的交换器进行热量交换；

所述第一冷却支路设置有第一开关阀，第二冷却支路设置有第二开关阀，所述第三冷却支路设置有第三开关阀；

所述冷却管路上并联设置有第一三通调节阀和第二三通调节阀，所述第一三通调节阀的三个端口分别连接冷却支路的入口、冷却支路的出口和所述主换热器；

所述加热管路上设置有第三三通调节阀，所述第三三通调节阀的三个端口分别连接所述加热管路的入口、所述加热管路的出口和所述主换热器。

2.如权利要求1所述的调控环境风洞试验舱温度的系统，其特征在于，所述加热管路包括有旁路换热器，所述第三三通调节阀的三个端口分别连接所述旁路换热器的出入口和所述主换热器，所述旁路换热器热水侧循环有温度为90℃的热水；

所述加热管路包括有温度传感器，所述温度传感器设置于所述第三三通调节阀与所述旁路换热器之间；

所述加热管路包括有第四调节阀，用于调节在所述旁路换热器内循环的热水的流量。

3.如权利要求1所述的调控环境风洞试验舱温度的系统，其特征在于，所述冷却水的温度为30℃，所述冷冻水的温度为7～13℃，所述深冷却水的温度为-45℃。

4.如权利要求1所述的调控环境风洞试验舱温度的系统，其特征在于，所述调控环境风洞试验舱温度的系统用于新能源汽车环境风洞的温度控制。

5.一种调控环境风洞试验舱温度的方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1-4任一所述的调控环境风洞试验舱温度的系统，所述方法包括：利用控制装置对所述第一三通调节阀的输出进行调控，根据以下模型调控所述第一三通调节阀的输出：

其中，AO_CV01为所述第一三通调节阀的控制输出量，AO_Out为控制输出百分比，S1为分层参数，S1＝55％。

6.如权利要求5所述的调控环境风洞试验舱温度的方法，其特征在于，所述方法包括：利用控制装置对所述第二三通调节阀的输出进行调控，根据以下模型调控所述第二三通调节阀的输出：

其中，AO_CVO2为所述第二三通调节阀的控制输出量，AO_Out为控制输出百分比，S1、S2为分层参数，S1＝55％，S2＝85％。

7.如权利要求5所述的调控环境风洞试验舱温度的方法，其特征在于，所述方法包括：利用控制装置对所述第三三通调节阀的输出进行调控，根据以下模型调控所述第三三通调节阀的输出：

其中，AO_CV03为所述第三三通调节阀的控制输出量，AO_Out为控制输出百分比，S2为分层参数，S2＝85％。

8.如权利要求5-7任一所述的调控环境风洞试验舱温度的方法，其特征在于，根据以下模型获取控制输出百分比AO_Out的值：

其中，Gain为增益，

TD为微分时间常数，

S为拉普拉斯变换的复数，DiffGain为微分器的增益，缺省值DiffGain＝5，ER为温度偏差，ER＝Ts-Ta，Ts为环境风洞试验舱的温度设定值，Ta为环境风洞试验舱的温度实际值，Rset为外部复位信号，缺省值Rset＝1；

TI为积分时间常数，

9.如权利要求5所述的调控环境风洞试验舱温度的方法，其特征在于，所述方法包括：利用控制装置对所述第四调节阀的输出进行调控，根据以下模型调控所述第四调节阀的输出：

其中，Gain为增益，缺省值Gain＝20，TD为微分时间常数，缺省值TD＝5，S为拉普拉斯变换的复数，DiffGain为微分器的增益，缺省值DiffGain＝10，ER为温度偏差，ER＝Ts+15-Tb，Ts为环境风洞试验舱的温度设定值，Tb为所述加热管路上的温度传感器的温度实际值，TI为积分时间常数，缺省值TI＝120。

10.如权利要求5所述的调控环境风洞试验舱温度的方法，其特征在于，所述方法包括：利用控制装置对所述第一开关阀、所述第二开关阀和所述第三开关阀的输出进行调控，根据以下模型调控所述第一开关阀、所述第二开关阀和所述第三开关阀的输出：

其中，DO_V01为所述第一开关阀的控制输出量，DO_V02为所述第二开关阀的控制输出量，DO_V03为所述第三开关阀的控制输出量，Ts为环境风洞试验舱的温度设定值。

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