CN117075529A - 整车热系统控制开发平台及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种整车热系统控制开发平台及方法，包括整车待开发热系统、执行器接口调理模块、多目标通用实时控制器、传感器接口调理模块、操作显示仪表板和电源模块；多目标通用实时控制器对整车待开发热系统执行器的控制信号通过执行器接口调理模块下发；设置在整车待开发热系统上的各个传感器采集的信号通过传感器接口调理模块传输至多目标通用实时控制器。本发明有益效果：整车热系统控制开发平台及方法，实现热系统控制的敏捷开发，即灵活配置热系统、快速验证控制策略。

Description

整车热系统控制开发平台及方法

技术领域

本发明属于汽车热系统控制技术领域，尤其是涉及一种整车热系统控制开发平台及方法。

背景技术

汽车热系统，涉及范围宽，不仅有空调的热管理系统，还有发动机、动力电池、驱动电机、发电机、电机控制器、发电机控制器、直流-直流变换器(DCDC)、车载充电机(OBC)、自动驾驶智能控制器(AIC)的热管理系统，以及燃料电池的热管理系统、变速箱的热管理系统等等。

随着生活水平的提高，人们对汽车热舒适性的要求越来越高，使得汽车空调的热管理系统的结构和控制越来越复杂；不同的制冷制热方式、不同的冷却介质、不同的空间布置、不同的功能要求，都会有不同的热系统构型；冷却方式上有风冷、水冷、油冷，还有其它冷却介质冷却的方式；其它冷却介质有包括R134a、R1234yf、R152a、R290、R744等在内的几十种之多，汽车上常用的也有数种；空间布置受车型及其它系统如动总的限制，不同的车型以及搭载的不同动总系统、控制系统对热系统空间布置和功能要求，都不一样；而且，单就空调热系统功能而言，不仅有制冷、制热、热泵制热、空气质量调节等要求，还有自动运行、智能节能舒适运行的要求，越来越丰富的功能要求，也导致其热系统结构和控制越来越复杂。随着新能源汽车技术的发展，其动力电池、驱动电机、发电机、电机控制器、DCDC、OBC等各子系统部件的节能与热管理，要求越来越高，热系统结构和控制也越来越复杂：仅就动力电池的热管理系统来看，就有冷却、加热、保温、阻断热失控、调节充放电性能等一些列的功能要求。这些都使得热系统结构和控制越来越复杂。

汽车热系统结构和控制日趋复杂，但应快速变化的市场要求，整车开发周期又在不断缩短，使得热系统控制的开发需要越来越敏捷、灵活、快速，即热系统构建要灵活、控制系统构成要快速、控制策略实现要快速、控制功能验证要快速、热系统及关键零部件选型与确认要快速、控制方案确定要快速、热系统的台架标定与整车标定要能快速实现、整车搭载也要快速实现，等等，这就使得快速开发变得越来越重要和越来越迫切。

要实现快速开发，就需要有相应的快速开发平台和快速开发方法。

在整车热系统研究领域，东风汽车集团有限公司技术中心王伟民等在《汽车技术》上发表了《汽车架构开发中的整车热管理系统开发方法研究》提出了基于架构项目的整车热管理系统开发思路，及快速拓展应用于架构内车型的整车热管理系统的开发方法，但是没有公开关于控制实现的具体技术，对于热系统控制的敏捷开发，目前仍然是行业亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种整车热系统控制开发平台及方法，特别是针对整车热系统的控制开发，提出一种敏捷开发方法及实现该方法的敏捷开发平台。

为达到上述目的，本发明的技术方案参照附图，按如下方式予以实现：

整车热系统控制开发平台，包括整车待开发热系统、执行器接口调理模块、多目标通用实时控制器、传感器接口调理模块、操作显示仪表板和电源模块；

多目标通用实时控制器对整车待开发热系统执行器的控制信号通过执行器接口调理模块下发；

设置在整车待开发热系统上的各个传感器采集的信号通过传感器接口调理模块传输至多目标通用实时控制器；

操作显示仪表板与多目标通用实时控制器之间连接，通过操作显示仪表板向多目标通用实时控制器下发控制指令，通过操作显示仪表板显示多目标通用实时控制器中的信息；

所述电源模块用于为整车待开发热系统、执行器接口调理模块、多目标通用实时控制器、传感器接口调理模块和操作显示仪表板供电。

进一步的，在整车待开发热系统中，包括空调热泵回路、空调制冷回路、空气流向控制回路、电池包控温回路、电驱冷却回路、发动机冷却及空调采暖回路、智能控制器冷却回路。

进一步的，在整车待开发热系统中，包括用于检测状态信息的传感器。

进一步的，在所述多目标通用实时控制器对整车待开发热系统执行器的控制信号通过执行器接口调理模块下发过程中，涉及PWM控制驱动子模块组、步进电机驱动子模块组和开关信号输出驱动子模块组。

进一步的，所述多目标通用实时控制器内设置CAN通讯模块、LIN通讯模块、车载以太网通讯模块，用以实时运行整车热系统控制程序、同时处理输入输出接口、模拟车载网关运行、控制面板输入输出设置与显示。

进一步的，本方案公开了整车热系统控制开发方法，基于整车热系统控制开发平台，包括：

S1、分析出整车热系统的功能需求；

S2、根据功能需求分析，列出详细的热系统需求清单，绘制热系统布置图；

S3、根据功能需求清单、系统布置图，快速搭建热系统；

S4、加注热系统冷却介质和润滑油等；

S5、根据算力和实时性要求，选择实时控制器；

S6、根据热系统传感器和执行器布置，选择实时控制器输入输出IO信号调理模块；

S7、依据系统需要选择(调节)电源；

S8、连接热系统的控制系统所有线路，包括高低压电源线路；

S9、构建热系统控制软件，编制控制程序，调试并下载到实时控制器中；

S10、控制程序发布运行；

S11、依据开发进度，分别实施台架标定测试、零部件选型验证测试、系统功能验证测试、系统的零部件能耗分析测试；

S12、经反复调试后进行系统功能确认，软件固化、硬件固化，出车载级热系统控制单元，完成热系统控制的初步开发。

进一步的，本方案公开了一种电子设备，包括处理器以及与处理器通信连接，且用于存储所述处理器可执行指令的存储器，所述处理器用于执行整车热系统控制开发方法。

进一步的，本方案公开了一种服务器，包括至少一个处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使所述至少一个处理器执行整车热系统控制开发方法。

进一步的，本方案公开了一种计算机可读取存储介质，存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现整车热系统控制开发方法，按照程序步骤控制整车热系统。

相对于现有技术，本发明所述的整车热系统控制开发平台及方法具有以下有益效果：

（1）本发明所述的整车热系统控制开发平台及方法，实现热系统控制的敏捷开发，即灵活配置热系统、快速验证控制策略；

（2）本发明所述的整车热系统控制开发平台及方法，基于本发明所述的敏捷开发方法及平台，帮助整车热系统的开发部门完成：热系统的快速搭建；热系统控制策略、控制方法的快速实现与验证；热系统关键零部件的选型与验证；热系统的控制系统的台架标定，含传感器标定、执行器标定、策略标定、系统标定；热系统能量分解、优化与验证；热系统工作原理演示、控制开发过程演示。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为整车热系统控制敏捷开发平台框图；

图2为整车热系统控制敏捷开发平台示意图；

图3为整车热系统控制敏捷开发平台热系统构型一；

图4为整车热系统控制敏捷开发平台热系统构型二；

图5为整车热系统控制敏捷开发平台热系统构型三；

图6为整车热系统控制敏捷开发平台热系统构型四；

图7为整车热系统控制敏捷开发平台热系统构型五；

图8为热系统构型中关键零部件选型布置示意图；

图9为热源模拟器结构示意图；

图10为本发明实施例所述的热系统构型示意图。

附图标记说明：

A、整车待开发热系统；B、执行器接口调理模块；C、多目标通用实时控制器；D、传感器接口调理模块；E、操作显示仪表板；F、电源模块；1、电动压缩机；2、内部冷凝器；3、空调系统空气电加热器；4、外部冷凝器前电子膨胀阀；5、旁通阀；6、外部冷凝器；7、制热阀；8、气液分离器；9、制冷阀；10、外部冷凝器附加段；11、蒸发器前电子膨胀阀；12、蒸发器；13、散热风扇；14、鼓风机；15、新风循环风风门；16、除霜除雾风门；17、吹面风门；18、吹足风门；19、电子膨胀阀；20、水-冷媒板式换热器；21、三通阀；22、电池回路散热器；23、电池回路水电加热器；24、电池包；25、电池回路电子水泵；26、发动机；27、发动机回路水泵；28、高温散热器；29、发动机回路电子节温器；30、空调箱内采暖换热器；31、电驱回路散热器；32、前驱回路阀门；33、前驱电动机；34、发电机；35、前驱电动机控制器；36、发电机控制器；37、前驱回路电子水泵；38、后驱回路阀门；39、后驱电动机；40、后驱电动机控制器；41、DCDC；42、OBC；43、后驱回路电子水泵；44、智能控制器回路阀门；45、智能控制器；46、智能控制器回路电子水泵；47-1、前关断阀一；47-2、前关断阀二；47-3、前关断阀三；47-4、前关断阀四；48-1、后单向阀一；48-2、后单向阀二；48-3、后单向阀三；48-4、后单向阀四；49-1、前端关断阀一；49-2、前端关断阀二；49-3、前端关断阀三；49-4、前端关断阀四；50-1、后端单向阀一；50-2、后端单向阀二；50-3、后端单向阀三；50-4、后端单向阀四；T1、环境温度；T2、车内温度；T3、中间吹面出风温度；T4、右侧吹面出风温度；T5、除霜出风温度；T6、前吹足出风温度；T7、驾驶员侧电加热温度；T8、采暖PTC出口温度；T9、压缩机进口温度；T10、压缩机出口温度；T11、车内冷凝器进口温度；T12、车内冷凝器出口温度；T13、车外冷凝器出口温度；T14、前蒸发器芯体温度；T15、后蒸发器芯体温度；T16、水-冷媒板式换热器出口温度；H1、湿度传感器；S1、主驾阳光传感器；S2、光照传感器；P1、压缩机出口压力传感器；P2、车外冷凝器二出压力传感器；P3、水-冷媒板式换热器进口压力传感器；W1、模式风门位置传感器；W2、循环风门位置传感器；W3、吹面风门位置传感器；W4、副驾温度风门位置传感器；W5、主驾温度风门位置传感器；V1、鼓风机反馈电压传感器；CO2、二氧化碳传感器；I、车辆的机舱段；II、车辆的乘员舱段；III、车辆的电池电机段；Ti、热源模拟器进口温度传感器；Ex、换热器；To、热源模拟器出口温度传感器；Tw1、小水箱；Pw1、小水泵；PTCx、热源模拟器电加热器；Ep、膨胀壶；Tw2、大水箱；Vx、开关阀；Tw3、补水水箱；Pw2、补水水泵。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1、图2所示，整车热系统控制的一种敏捷开发平台，硬件由整车待开发热系统A（可以包括任意构型）、执行器接口调理模块B、多目标通用实时控制器C、传感器接口调理模块D、操作显示仪表板E、电源模块F组成。

所述的电源模块F根据不同构型的整车待开发热系统A的设计需要，分别给整车待开发热系统A、执行器接口调理模块B、多目标通用实时控制器C、传感器接口调理模块D、操作显示仪表板E的传感器、控制器、执行器提供工作需要的低压电源，一般为9VDC至28VDC工作电源，具体依据待开发的整车的低压电源定(一般为12VDC或者24VDC)；根据不同热系统构型的整车待开发热系统A的需要，分别给电动压缩机1、空调系统空气电加热器3（即为aPTC）、电池回路水电加热器23（即为wPTC）等提供工作需要的高压电源，一般为300VDC至800VDC车辆动力驱动电源，具体亦依据待开发的整车高压电源定，平台电源模块可采用ACDC电源模块或者某一车载动力电池包+DCDC电源模块，输出电压可调。

操作显示仪表板E为多目标通用实时控制器C实时通讯连接的输入设置、输出显示、过程显示的面板；面板具备车辆的空调运行时输入设置功能及接口技术特征；面板具备整车热系统运行时输出动态显示技术特征；面板具备整车热系统调试时，热系统各个器件在台架进行标定并输入设置参数的特征。依据车辆热系统要求，操作显示仪表板可采用面板实时输入输出及显示，面板为实时触屏控制系统、嵌入式实时控制器加显示仪表组合、具有实时驱动功能的上位计算机虚拟仪表等之一。

上述的“实时通讯连接”为与整车待开发热系统A相一致的车辆控制CAN通讯、LIN通讯、车载以太网通讯方式之一或其组合，必要时(开发前期)，也可采用工业控制领域的EtherCAT、modbus、RS485、GPIB、工业以太网等通讯方式。

上述的“输入设置功能及接口技术特征”包括“空调待调节车内温度T2设定”、“空调运行手动/自动模式设定”、“新风/循环风选择设定”、“空调除霜除雾/吹面/吹足设定”、“鼓风风量大小设定”、“车内空气质量调节设定”、“动力系统运行在节能/运动模式设定”。

上述的“输出动态显示技术特征”包括电路、液路、气路动态显示。

上述的电路动态显示包含：热系统控制信号流单页动态显示，热系统各部件电能耗实时显示。

上述的液路动态显示包含：热系统工作介质流单页动态显示，各节点温度压力流量实时显示，空调子系统制冷模式下冷媒流向单页动态显示，空调子系统制热模式下介质流向单页动态显示，电池子热系统工作介质流向单页动态显示，电机及电机电控单元、DCDC、OBC工作介质流向单页动态显示。

上述的气路动态显示包含：热系统空气流单页动态显示，各空间点(针对有布置相应传感器的位置点)温度压力流量湿度风速光照度实时显示。

传感器接口调理模块D是整车待开发热系统A的各个传感器到多目标通用实时控制器C的输入信号通道，包含各种车用传感器信号采集调理模块组。

上述的各种车用传感器信号采集调理模块组包括负温度系数温度传感器NTC信号采集调理模块组(32路温度NTC采集，一组布置)、热电偶温度传感器信号采集调理模块组(2路热偶温度TC采集，一组布置)、压力传感器信号采集调理模块组P(2路压力P采集，一组布置)、空气湿度传感器H1信号采集调理模块组(2路湿度H采集，一组布置)、光照传感器S2信号采集调理模块组(3路阳光S采集，一组布置)、风门位置信号采集调理模块组(6路风门位置采集，一组布置)、开度阀及电子蒸发器12位置信号采集调理模块组(3路位置信号采集，合一组布置)、电压信号采集调理模块组(4路电压采集，一组布置)、TEDs接口模块组(4路TEDs信号采集，一组布置)、ICP传感器模块组(4路ICP信号采集，一组布置)。

上述的每一种车用传感器信号采集调理模块组为一块或多块信号采集卡，采集卡数量依据“整车待开发热系统”传感器通道数定，采集卡由放大电路、滤波电路、12位至24位ADC模数转换电路组成。

上述的信号调理模块可选用研华ADAM-3000系列模块、BECKHOFFEL的EtherCAT端子模块、DEWETRONDAQ/PAD系列调理模块、DEWE的数据采集系统、NI的数据采集系列卡、Speedgoat的数据采集卡、dSPACE的数据采集卡、ADI的数据采集卡等(选用不同厂商的数据采集卡或采集模块，需要相应地匹配不同的实时控制器)。

多目标通用实时控制器C是带CAN通讯模块、LIN通讯模块、车载以太网通讯模块的“热系统控制快速开发的通用型实时控制器”，具备实时运行整车热系统控制程序、同时处理输入输出接口、模拟车载网关运行、控制面板输入输出设置与显示的能力。

上述的“热系统控制快速开发的通用型实时控制器”(以下简称“热系统控制器”)可选用dSPACE的MicroLabBox实时控制箱或SCALEXIOLabBox实时控制箱、Speedgoat的Performance实时目标机或Mobile实时目标机、NI的cRIO实时控制器或PXI实时控制器、Avnet或AMD的FPGADSP实时控制套件等；对于小型的输入输出(IO)参数不多而CAN/LIN控制器件较多的热系统(或者单独开发某一热系统的某一个器件的控制及调试时)，实时控制器也可采用Vector公司CANoe、Intrepidcs公司的VehicleSpy；对于热系统构型验证成熟的热系统，可基于微控制器(MCU)自行开发嵌入式实时控制器。

上述的“CAN通讯模块”至少具备两组，用于控制热系统中的CAN控电动压缩机、CAN控PTC、CAN控风扇等，也用于与车辆其它CAN节点交互性息，两组用于开发中设置不同的波特率，挂载不同的CAN节点等。

上述的“LIN通讯模块”至少具备两组，用于控制热系统中的LIN控电动压缩机、LIN控PTC、LIN控风扇、LIN控电子膨胀阀、LIN通讯空气质量与生命特征信息传感器等，两组用于开发中挂载不同的波特率的、不同的通讯协议版本要求的或者具有相同的ID编号的LIN控器件等。

所述的“执行器接口调理模块”B是“多目标通用实时控制器”C到“整车待开发热系统”A的各个执行器的输出信号通道。

上述的输出信号通道包含PWM控制驱动子模块组(8路PWM)、步进电机驱动子模块组(4路步进电机驱动信号)、开关信号输出驱动子模块组(16路DO)。

所述的“整车待开发热系统”A是面向整车的、规划开发的热系统的任意一种构型，典型构型如图1所示，包含空调热泵回路、空调制冷回路、空气流向控制回路、电池包控温回路、电驱冷却回路(包括前驱电动机33与后驱电动机39、发电机34、后驱电动机控制器40与前驱电动机控制器35、发电机控制器36，以及DCDC41与OBC42的冷却回路）、发动机26冷却及空调采暖回路、智能控制器45冷却回路。上述的空调热泵回路一般包含：电动压缩机1；内部冷凝器2；空调电加热器aPTC；外部冷凝器前电子膨胀阀4；外部冷凝器6；制热阀7；气液分离器8。

上述的空调制冷回路一般包含：电动压缩机1；旁通阀5；外部冷凝器6；制冷阀9；外部冷凝器附加段10(或外部二冷)；蒸发器前电子膨胀阀11；蒸发器12；气液分离器8。对于“三区前后独立送风空调”一般还包含后排空调用电子膨胀阀和后排空调用蒸发器，其空气回路还包含后排鼓风机。上述的空调空气控制回路一般包含：外部冷凝器6；外部冷凝器附加段10；散热风扇13；鼓风机14；内部冷凝器2；蒸发器12；新风循环风风门15；除霜除雾风门16；吹面风门17；吹足风门18。

上述的电池包24控温回路一般包含：电子膨胀阀19；水-冷媒板式换热器20（即为Chiller）；三通阀21；电池回路散热器22；电池回路水电加热器23；电池包24(由带热源的换热模块代替)；电池回路电子水泵25。上述的发动机26冷却及空调采暖回路一般包含：发动机26(由带热源的换热模块代替)；发动机回路水泵27；高温散热器28（即发动机回路散热器）；发动机回路电子节温器29；空调箱内采暖换热器30。

上述的电机、发电机34、DCDC41、OBC42冷却回路，即电驱冷却回路一般包含：电驱回路散热器31；前驱回路阀门32；前驱电动机33(由带热源的换热模块代替)；发电机34(由带热源的换热模块代替)；前驱电动机控制器35(由带热源的换热模块代替)；发电机34的发电机控制器36(由带热源的换热模块代替)；前驱回路电子水泵37；DCDC41(由带热源的换热模块代替)；OBC42(由带热源的换热模块代替)；对于四驱前后独立电机驱动系统电驱回路一般还包含：后驱回路阀门38；后驱电动机39(由带热源的换热模块代替)；后驱电动机控制器40(由带热源的换热模块代替)；后驱回路电子水泵43。上述的智能控制器45冷却回路一般包含：电驱回路散热器31；智能控制器回路阀门44、智能控制器45(由带热源的换热模块代替)；智能控制器回路电子水泵46。

整车待开发热系统A还包括热系统一般包含的传感器：环境温度T1；车内温度T2；中间吹面出风温度T3；右侧吹面出风温度T4；除霜出风温度T5；前吹足出风温度T6；驾驶员侧电加热温度T7；采暖PTC出口温度T8；压缩机进口温度T9；压缩机出口温度T10；车内冷凝器进口温度T11；车内冷凝器出口温度T12；车外冷凝器出口温度T13；车内冷凝器出口温度T12；后蒸发器芯体温度T15；水-冷媒板式换热器出口温度T16；湿度传感器H1；主驾阳光传感器S1；光照传感器S2；压缩机出口压力传感器P1；车外冷凝器二出压力传感器P2；水-冷媒板式换热器进口压力传感器P3；模式风门位置传感器W1；循环风门位置传感器W2；吹面风门位置传感器W3；副驾温度风门位置传感器W4；主驾温度风门位置传感器W5；鼓风机反馈电压传感器V1(以上编号，在传感器接口调理模块D中为接口，在整车待开发热系统A中为对应接口的传感器)；

整车待开发热系统A包含在车辆的机舱段I（其中包括前端冷却模块段I-1和压缩机总成段I-2）；车辆的乘员舱段II；车辆的电池电机段III。各段及实车环境可分别布置在焓差室两侧实施温差标定实验、控制验证实验等。

整车待开发热系统A根据热系统开发设计需要，执行器件由以下流体动力源类、阀类、带热源的换热器类(如电加热器PTC)等零部件组成，这些零部件，在热系统中，除了接受实时控制器的指令动作外，还向热系统控制敏捷开发平台的实时控制器适时地反馈其状态信息，包含压缩机的工作状态(电压、电流、内部温度、故障等等)、电加热器PTC的工作状态(电压、电流、温度、故障等等)、鼓风机的工作状态、泵的工作状态、开关阀开度阀的工作状态。

上述的流体动力源类零部件：即将电能转换成流体动能的器件：电动空压机(CAN控、LIN控、PWM控制)、电动水泵(LIN控、PWM控制)、鼓风机(PWM控制)、风扇(PWM控制)。上述的阀类零部件：即改变流体运动方向和流量的器件：电子膨胀阀(步进信号控制或LIN控)、三通阀(开度控制)、开关阀(开关信号控制)、风门(伺服电机控制)、节温器(开度控制)。

上述的带热源的换热器类零部件：电加热器PTC(系电能转换成流体热能)、发动机(系化学能转换成流体热能)、电池(系电能转换成流体热能)、电机(系电能转换成流体热能)、电机控制器(系电能转换成流体热能)、DCDC(系电能转换成流体热能)、OBC(系电能转换成流体热能)。

上述的整车待开发热系统A，根据热系统开发设计需要，控制信息采集器件由温度传感器、压力传感器、阳光传感器、湿度传感器、位置传感器、空气质量监测类传感器(如CO₂传感器)、电压信息采集模块等零部件组成。

上述的温度传感器，包括NTC热电阻、TC热偶；上述的压力传感器，包括压电传感器、ICP；上述的位置传感器，采集可变电阻信息类；上述的空气质量监测类传感器，通过LIN通讯方式读取CO₂浓度、颗粒物浓度等；TEDs传感器，直接读取寄存器获得相应的信息类。

上述的整车待开发热系统A，根据热系统开发设计需要，还需要只参与热系统的构型，不需要实施电控的“无热源的换热器类”器件、“管道类”器件等非电控器件。

上述的“无热源的换热器类”器件，包括散热器、冷凝器、蒸发器、水-冷媒板式换热器等。

上述的“管道类”器件，包括同心管、铝管、钢丝软管、接头、气液分离器等。

上述的非电控器件在整车待开发热系统A中，仅参与热系统构型，不在热系统中做电控控制；作为带热源换热器的发动机、电池、电机、电机控制器、DCDC、OBC，其热源，在热系统的台架开发阶段，由“热源模拟器”组成，在搭载实车开发阶段由真实发动机、电池、电机、电机控制器、DCDC、OBC取代。

上述零部件组成整车待开发热系统A，根据整车对热系统开发需要及开发进度安排，整车待开发热系统A的构型可以是如图3所示的热系统构型一，仅具备空调制冷功能的热系统。该热系统为开发常年在高温地区运行的车辆（如只在中东、东南亚、中国海南、中国岭南等地区运行的车辆），或者只需要开发调试一部分热系统功能的热系统构型，即车辆热系统只需要为车辆提供制冷功能，不需要提供制热功能。

上述零部件组成整车待开发热系统，根据整车对热系统开发需要及开发进度安排，整车待开发热系统A构型可以是如图4所示的热系统构型二，带制冷、热泵制热、PTC制热的空调热系统（这一空调系统也可以组成其它的构型形式，图4只是该类空调的典型构型例）。

上述零部件组成整车待开发热系统，根据整车对热系统开发需要及开发进度安排，整车待开发热系统的构型可以是如图5所示的热系统构型三，带制冷、热泵制热、PTC制热、发动机热水采暖的空调热系统及发动机冷却系统的整车热系统（这一空调及发动机冷却系统也可以组成其它的构型形式，图5只是典型构型例）。

上述零部件组成整车待开发热系统，根据整车对热系统开发需要及开发进度安排，整车待开发热系统的构型可以是如图6所示的热系统构型四，带制冷、热泵制热、PTC制热空调热系统及电池冷却、电池加热的整车热系统（这一空调及电池热系统也可以组成其它的构型形式，图6只是典型构型例）。

上述零部件组成整车待开发热系统，根据整车对热系统开发需要及开发进度安排，整车待开发热系统的构型可以是如图7所示的热系统构型五，带电池冷却、电池加热、电机冷却、电机控制器冷却、DCDC冷却、OBC冷却的整车热系统（这一热系统也可以组成其它的构型形式，图7只是该功能需求下的典型构型例）。

上述的整车热系统每种构型中，每种关键器件的构成(比如压缩机、电子膨胀阀、电加热器等)可依据热系统设计需要任意选型，如图8所示的热系统构型，其中，压缩机、电加热器，可以依据设计需要，任意选用，并可实施相应的测试评价。如图8所示的电动压缩机1所示（包括电动压缩机一1-1、电动压缩机二1-2、电动压缩机三1-3），并在试验系统中预留电动压缩机四1-4的接口(电动压缩机四1-4接口上可连接任意待测试评价的压缩机)，为配合电动压缩机一1-1、电动压缩机二1-2、电动压缩机三1-3、电动压缩机四1-4的单独运行，分别设置有压缩机前端关断阀（包括前端关断阀一49-1、前端关断阀二49-2、前端关断阀三49-3、前端关断阀四49-4），以及压缩机后端单向阀（包括后端单向阀一50-1、后端单向阀二50-2、后端单向阀三50-3、后端单向阀四50-4），通过关断阀开通电动压缩机一1-1、电动压缩机二1-2、电动压缩机三1-3、电动压缩机四1-4每一路，都可以单独实施该路压缩机的选型、评价和能耗试验。如图8所示的电池回路水电加热器23所示（包括水电加热器一23-1、水电加热器二23-2、水电加热器三23-3），并在试验系统中预留水电加热器四23-4的接口(也可接其它加热器)，为配合加热器水电加热器一23-1、水电加热器二23-2、水电加热器三23-3、水电加热器四23-4的单独运行，分别设置有加热器前端关断阀（包括前关断阀一47-1、前关断阀二47-2、前关断阀三47-3、前关断阀四47-4），以及加热器后端单向阀（包括后单向阀一48-1、后单向阀二48-2、后单向阀三48-3、后单向阀四48-4），通过关断阀开通水电加热器一23-1、水电加热器二23-2、水电加热器三23-3、水电加热器四23-4每一路，都可以单独实施该路加热器的选型、评价和能耗试验。

上述的作为带热源换热器发动机、电池、前后驱动电机、前后驱动电机控制器、发电机、发电机控制器、DCDC、OBC、智能控制器，在热系统台架开发测试阶段，分别由“热源模拟器”E₂₆、Batt、M_f、M_fC、M_r、M_rC、G、GC、DCDC、OBC、IC来模拟，E₂₆、Bat、M_f、M_fC、M_r、M_rC、G、GC、DCDC、OBC、IC等“热源模拟器”分别为发动机热源模拟器、电池包热源模拟器、前驱动电机热源模拟器、前电机控制器热源模拟器、后驱动电机热源模拟器、后电机控制器热源模拟器、发电机热源模拟器、发电机控制器热源模拟器、DCDC热源模拟器、车载充电机热源模拟器、智能控制器热源模拟器。每种热源模拟器的系统结构如图9所示：

上述的热源模拟器E₂₆、Batt、M_f、M_fC、M_r、M_rC、G、GC、DCDC、OBC、IC，由热源模拟器进口温度传感器Ti、换热器Ex、热源模拟器出口温度传感器To、小水箱Tw1、小水泵Pw1、热源模拟器电加热器PTCx、膨胀壶Ep、大水箱Tw2、开关阀Vx、补水水箱Tw3、补水水泵Pw2及其连接管道和控制线路、热源模拟器的控制器组成。

上述的热源模拟器E₂₆、M_f、M_fC、M_r、M_rC、G、GC、DCDC、OBC、IC，通过控制器控制其中的热源模拟器电加热器PTCx通断电，以及大水箱Tw2供水量，使其出口冷却液温度To满足从试验环境温度到下表所示出口冷却液最高温度之间，且使其进口冷却液温度Ti与出口冷却液温度To差值不大于10℃（对于温控要求严格的热系统的模拟验证，根据真实热系统的对标测量数据，做进一步精确的要求，比如通过控制调节使E₂₆进出口水温温差不大于7℃）；大水箱Tw2供水为常温自来水；各热源模拟器，通过对其电加热器PTC、泵、阀的控制，使其冷却液进出口温度及流量满足如下表《各热源模拟器参数要求表》所示。

上述的热源模拟器Batt，进口冷却液温度Ti与出口冷却液温度To差值一般不大于6℃；当整车热系统所处的试验环境温度高于30℃时，热源模拟器电加热器PTCx不加热，大水箱Tw2通入-7℃乙二醇水溶液，使Batt热源模拟器出口冷却液温度To满足从试验环境温度到23℃±3℃之间，热源模拟器工作在制冷状态；控制其进出口冷却液温度及流量如下表1所示。

表1 各热源模拟器参数要求表

本发明所述的“整车热系统控制敏捷开发方法”，拟通过以下步骤予以实现：

1)分析出整车热系统的功能需求：是否需要乘员舱制冷、是否需要乘员舱制热、是否有发动机热源、是否需要动力电池热管理、是否需要驱动电机冷却、是否需要驱动电机控制器冷却、是否需要发电机冷却、是否需要发电机控制器冷却、是否需要DCDC冷却、是否需要OBC冷却、是否有智能控制器需要冷却；以上制冷、制热采用何种结构、何种模式；结合整车E/E架构，分析每一结构、模式的功能如何实现；在此基础上，结合供应商零部件库信息和成本控制要求决定零部件的使用，进一步分析需要控制哪些器件，分析传感器与执行器如何组成、如何布局。

2)根据功能需求分析，列出详细的热系统需求清单，绘制热系统布置图。

3)根据功能需求清单、系统布置图，快速搭建热系统：必要时，先实施热系统功能仿真分析、性能仿真分析，修订功能需求，再通过采购热系统零部件实物，搭建热系统，包括对应的传感器、执行器都需要搭建到设计构型的热系统中。

4)加载热系统冷却介质和润滑油等(如试验环境温度有低于0℃的可能，模拟电池热控制的冷却介质用乙二醇或乙二醇水溶液，空调系统加载热系统开发拟定用介质如R134a、R134yf等)。

5)根据算力和实时性要求，选择实时控制器，可基于微控制器(MCU)自行开发嵌入式实时控制器。

6)根据热系统传感器和执行器布置，选择实时控制器输入输出IO信号调理模块，可自行开发相应的满足实时性要求的IO模块。

7)依据系统需要选择电源。

8)连接热系统的控制系统所有线路，包括高低压电源线路。

9)构建热系统控制软件，编制控制程序，调试并下载到实时控制器中。

10)控制程序发布运行。

11)依据开发进度，分别实施台架标定测试、零部件选型验证测试、系统功能验证测试、系统的零部件能耗分析测试。

12)经反复调试后进行系统功能确认，软件固化、硬件固化，出车载级热系统控制单元，完成热系统控制的初步开发。

某一构型的热系统的构型及其控制方法如下：

据某单电机驱动电动汽车热管理需要，设计了如图10所示的一种热系统构型。该热系统构型由前端冷却模块总成、水路控制模块总成、空调箱总成及电动压缩机1等组成，用于冷却后驱电动机39、后驱电动机控制器40、DCDC41、OBC42，并用于给动力电池包24加热或冷却、通过空调箱总成给乘员舱制冷或制热。

上述的前端冷却总成至少包含乙二醇水溶液介质的电池回路散热器22、空调冷媒介质的外部冷凝器6、散热风扇13，可设置主动进气格栅(AGS)。

上述的前端冷却模块总成通过管道G1、G2、G3分别连接到电动压缩机1的出口端、空调箱总成的入口端，通过管道G8、G9、G7分别连接到三通分流节温器的两个出口端。

上述的空调箱总成至少包含如附图1所述的蒸发器前电子膨胀阀11、蒸发器12、鼓风机14、空调系统空气电加热器3(aPTC)。

上述的空调箱总成通过管道G3、G4分别连接到冷凝器的出口端、电动压缩机1的入口端(或经储液干燥气液分离器8再连接到电动压缩机1的入口端)。

上述的水路控制模块总成由电池回路水泵、电驱回路水泵、电池回路与电驱回路互通管道G18、两位三通阀ExV1、两位三通阀ExV2、电子节温器、水-冷媒板式换热器20、电池回路水电加热器23组成；两位三通阀ExV1用于连通电池回路与电驱回路、两位三通阀ExV2用于切换冷却液是否经热源循环。

上述的水路控制模块总成的水-冷媒板式换热器20通过管道G5、管道G6分别连接到冷凝器的出口端、电动压缩机1的入口端。

上述的水路控制模块总成与电池包以及相应的管道一起组成电池(冷却、加热)回路。

上述的水路控制模块总成与后驱电动机39、后驱电动机控制器40、OBC42、分流节温器、前端冷却模块总成的散热器、DCDC41，以及相应的管道等一起组成电驱(冷却)回路。

上述的电驱回路，其DCDC41、后驱电动机39、OBC42、后驱电动机控制器40在构型的电驱回路中，依据车辆前驱、后驱、四驱以及电池包充放电口向前、向后而布置。

上述的电池回路与电驱回路之间还设置有回路互通两位三通阀ExV1,回路互通阀切换决定冷却液是否经前端冷却模块总成的散热器的大循环。

热系统构建好后，热系统控制器需实时通过传感器接口调理模块D、执行器接口调理模块B、CAN通讯模块、LIN通讯模块，采集相应的温度、湿度、阳光、以及空气质量传感器数据、执行器工作状态数据，判断热系统工作状态及环境状况。

系统工作时，车辆上电，热系统控制器上电，热系统控制器完成自检后，控制电池回路水泵起动、电驱回路水泵起动，根据动力电池包出口温度调节电池回路水泵转速，根据电驱回路最后冷却的器件(比如上述构型中为OBC42)出口温度调节电驱回路水泵转速；根据各温度值及相互关系，分别起动其他执行器，构成电池、电驱不同运行模式下的不同冷却液流动回路。

上述的分流节温器，依据动力电池包工作的需要，采用21℃/27℃切换的冷却液分流节温器，即流经的冷却液温度Tx低于21℃时，节温器管道G17与管道G7之间通道(记作下通道)全开，流经的冷却液温度Tx高于27℃时，节温器管道G17与管道G8之间通道(记作上通道)全开，流经的冷却液温度Tx介于21℃与27℃之间时，上下通道依据冷却液温度Tx比例开启，并依据Tx高低变化开度，上通道开度为100-(27-Tx)/(27-21)*100，冷却液温度Tx与充电机出口温度T21、动力电池包进口温度T23以及两条回路流经分流节温器的冷却液流量相关。分流节温器，依据不同动力电池包最佳工作温度区间需要，可采用其他温度切换冷却液分流通道的节温器，如15℃/25℃切换节温器、17℃/27℃切换节温器(下同，动力电池包最佳工作温度区间以21℃~27℃为例予以说明)。

上述的分流节温器，可采用两位三通电磁阀代替，通过两位三通电磁阀实现冷却液分流，此时，充电机出口温度T21、环境温度T1低于21℃时，下通道全开；充电机出口温度T21、环境温度T1高于27℃时，上通道全开(充电机出口温度T21、环境温度T1的取用原则：电池回路冷却液、电驱回路冷却液循环起来后，即起动回路水泵15秒后，取充电机出口温度T21做判断；冷却液循环起来前，取充电机出口温度T21、环境温度T1的综合值做判断，min{T1,T21}低于21℃时下通道开，max{T1,T21}高于27℃时上通道开)；21℃~27℃之间(区间位置都包含区间端点值，下同)的温度，两位三通电磁阀可停于任意位置；依据不同动力电池包最佳工作温度区间需要，上下通道开关由热系统控制器灵活控制。

所述电池(冷却、加热)工作回路：热系统控制器采集各温度传感器值，进行待运行模式判别，然后控制水泵、两位三通阀ExV1、ExV2、冷却风扇、电动压缩机、电子节温器、wPTC的运行(wPTC即为电池回路水电加热器)，保障动力电池包运行在21℃~27℃(设定电池包进口温度为T23，电池包出口温度为T24以(T23+T24)/2计算，或者以电池管理系统BMS给出的电池包电芯平均温度计算)的最佳工作温度区间，且不可超过电池在不同温度下充放电性能要求的温度区间值。

上述的电池(冷却、加热)回路待运行模式，包括充液维护模式、自检模式、wPTC加热电池模式、电驱回路余热加热电池模式、混合加热电池模式、水-冷媒换热器冷却电池模式、(外部)散热器冷却电池模式、混合冷却电池模式、电芯温度均衡化模式。

电池包内温度(以CAN总线传递给控制器的电池包内温度计，或以(T23+T24)/2计)，21℃≤T23≤27℃，或者系统自检完成后未进入电池加热模式、电池冷却模式之前，进入电芯温度均衡化模式，即电池回路水泵运转，并通过ExV1、ExV2阀下电，使管道G21与管道G23导通、管道G23与管道G24导通，使冷却液循环起来，达到电池包内电芯温度均衡化。

电池包内温度≤21℃，且环境温度T1低于电池包充放电性能要求的极限温度下限值时，起动加热模式，电子节温器关闭。进入加热模式时，依据环境温度T1、充电机出口温度T21、电池包进口温度T23、电池包出口温度T24的温度关系，具体判断进入wPTC加热电池模式、电驱回路余热加热电池模式、还是混合加热电池模式：T21＜21℃时，进入wPTC加热电池模式，此时，ExV1阀下电、ExV2阀上电，管道G21与管道G23及管道G25导通，wPTC起动加热，且依据需要对系统进行分级加热；T21＞27℃时，进入电驱回路余热加热电池模式，此时，ExV1阀上电、ExV2阀下电，管道G21与管道G22导通、管道G23与管道G24导通，wPTC不加热，电池回路水泵起动、电驱回路水泵起动，且电池包出口温度T24＞25℃时，ExV1阀下电，T24≤25℃时，ExV1阀上电，ExV1阀上下电最短时间间隔大于3秒，依此反复，直至充电机出口温度T21满足其他条件，退出电驱回路余热加热电池模式。21℃≤T21≤27℃时(或18℃≤T21/2+T23/2≤24℃)，ExV2阀上电，wPTC起动，ExV1阀每5秒一次间隙上电下电，进入混合加热电池模式。

电池包内温度＞27℃，且环境温度低于电池包充放电性能要求的极限温度上限值时，起动电池冷却模式，wPTC不加热。进入加热模式时，依据环境温度T1、充电机出口温度T21、电池包进口温度T23、电池包出口温度T24的温度关系，具体判断进入水-冷媒换热器冷却电池模式、(外部)散热器冷却电池模式、还是混合冷却电池模式：T21＜27℃时，进入(外部)散热器冷却电池模式，此时，ExV1阀上电、ExV2阀下电，管道G21与管道G22导通，冷却风扇起动(此时，需要车速修正，一定的车速下有足够的冷却风量，则无需起动冷却风扇，必要时，又得加大冷却风扇转速，以达到电池及其它系统的冷却)；27℃≤T21≤45℃时，进入混合冷却电池模式，此时，ExV1阀间隙上下电、ExV2阀上电，电子节温器开起、空调压缩机开启、冷却风扇开启，电子节温器开度、空调压缩机转速、冷却风扇转速依据系统需求定；T21＞45℃时，进入水-冷媒换热器冷却电池模式，此时，ExV1阀间隙下电、ExV2阀上电，电子节温器开起、空调压缩机开启、冷却风扇开启，电子节温器开度、空调压缩机转速、冷却风扇转速依据系统最大需求定。

以上电池的加热、冷却方式，既能保障电池安全运行，又节省热系统的运行能量，延长电池支持整车的续航里程。通过采用两位三通阀ExV1，使得电驱回路与电池回路贯通起来，利用电驱回路余热加热电池。

所述电驱冷却工作回路：热系统控制器采集各温度传感器值，进行判别，然后控制水泵、两位三通阀ExV1、冷却风扇的运行，保障驱动系统运行在各自合理的温度区间值。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件方式来执行，还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。上述单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.整车热系统控制开发平台，其特征在于，包括整车待开发热系统、执行器接口调理模块、多目标通用实时控制器、传感器接口调理模块、操作显示仪表板和电源模块；

多目标通用实时控制器对整车待开发热系统执行器的控制信号通过执行器接口调理模块下发；

设置在整车待开发热系统上的各个传感器采集的信号通过传感器接口调理模块传输至多目标通用实时控制器；

操作显示仪表板与多目标通用实时控制器之间连接，通过操作显示仪表板向多目标通用实时控制器下发控制指令，通过操作显示仪表板显示多目标通用实时控制器中的信息；

所述电源模块用于为整车待开发热系统、执行器接口调理模块、多目标通用实时控制器、传感器接口调理模块和操作显示仪表板供电。

2.根据权利要求1所述的整车热系统控制开发平台，其特征在于：在整车待开发热系统中，根据热系统开发需要，包括空调热泵回路、空调制冷回路、空气流向控制回路、电池包控温回路、电驱冷却回路、发动机冷却及空调采暖回路、智能控制器冷却回路中的至少一种；

空调热泵回路、空调制冷回路、空气流向控制回路、电池包控温回路、电驱冷却回路、发动机冷却及空调采暖回路、智能控制器冷却回路之间可任意组合。

3.根据权利要求1所述的整车热系统控制开发平台，其特征在于：在整车待开发热系统中，包括用于检测状态信息的传感器。

4.根据权利要求1所述的整车热系统控制开发平台，其特征在于，在所述多目标通用实时控制器对整车待开发热系统执行器的控制信号通过执行器接口调理模块下发过程中，涉及PWM控制驱动子模块组、步进电机驱动子模块组和开关信号输出驱动子模块组。

5.根据权利要求1所述的整车热系统控制开发平台，其特征在于，所述多目标通用实时控制器内设置CAN通讯模块、LIN通讯模块、以太网通讯模块，用以实时运行整车热系统控制程序、同时处理输入输出接口、模拟车载网关运行、控制面板输入输出设置与显示。

6.整车热系统控制开发方法，基于权利要求1-5任一所述的整车热系统控制开发平台，其特征在于，包括：

S1、分析出整车热系统的功能需求；

S2、根据功能需求分析，列出详细的热系统需求清单，绘制热系统布置图；

S3、根据功能需求清单、系统布置图，快速搭建热系统；

S4、加注热系统冷却介质和润滑油；

S5、根据算力和实时性要求，选择实时控制器；

S6、根据热系统传感器和执行器布置，选择实时控制器输入输出IO信号调理模块；

S7、依据系统需要选择电源；

S8、连接热系统的控制系统所有线路，包括高低压电源线路；

S9、构建热系统控制软件，编制控制程序，调试并下载到实时控制器中；

S10、控制程序发布运行；

S11、依据开发进度，分别实施台架标定测试、零部件选型验证测试、系统功能验证测试、系统的零部件能耗分析测试；

S12、经反复调试后进行系统功能确认，软件固化、硬件固化，出车载级热系统控制单元，完成热系统控制的初步开发。