一种汽车环境风洞温度前馈控制方法技术

本发明专利技术属于环境风洞温度调节技术领域，具体涉及一种汽车环境风洞温度前馈控制方法，包括：S1，计算环境风洞的热负荷总量Q

【技术实现步骤摘要】
一种汽车环境风洞温度前馈控制方法


[0001]本专利技术属于环境风洞温度调节
，具体涉及一种汽车环境风洞温度前馈控制方法。

技术介绍

[0002]汽车环境风洞是汽车研发中十分重要的试验室，可模拟外界真实的气候环境。汽车环境风洞对温度模拟系统的要求极高，控温精度要求
±
0.5℃。
[0003]当前，国内外风洞主要采用PID算法同时对制冷侧/制热侧的大阀(即大流量三通调节阀)和小阀(即小流量三通调节阀)进行控制，即，将设定温度与实际温度进行比较后，根据温度的差值进行制冷侧/制热侧的大阀和小阀的调节。调节的具体过程为，当温度差值较小时，关闭制冷侧或制热侧的大阀，通过控制同侧小阀的开度进行PID调节；当温度差值较大时，完全打开制冷侧或制热侧的小阀，并通过控制同侧大阀的开度进行PID调节。这样的好处是，设计思路简单，需要采集的参数很少，只需要采集实时温度即可，并且在大多数情况下，都能够勉强满足
±
0.5℃的基本要求。因此，本领域技术人员在进行环境风洞的温度控制时，都是以PID调节为主导控制。换个说法，本领域技术人员已经形成了以PID算法同时控制小阀和大阀为主导控制的思维定势，即使进行控制的优化，也是在此基础上，加入其它控制(如前馈控制)作为辅助和修正，以使控制精度能够稳定的在
±
0.5℃。但在实际测试中，当车速或风速的变化较大较快时，优化后的控制方式仍可能超出
±
0.5℃的要求。由于本领域技术人员以PID算法同时控制小阀和大阀为主导控制的思维定势，目前的研究，仍集中在PID算法的优化改进，以及辅助手段的模型优化。
[0004]本方案的专利技术人，在其另一专利技术中，创造性的提出了一种用于汽车环境风洞的温度控制方法，克服了本领域“以PID为主导控制”以及“用同一算法同时控制大阀和小阀”这两个技术偏见，该方法以环境风洞的热负荷总量Q为基础的温度调节方案，通过Q的正负值来选择制冷侧或制热侧(Q为正则制冷，Q为负则制热)，并通过Q的数值来对大阀进行前馈控制作为主导调节，再通过环境风洞的设定温度与实际温度的差值
△
e对小阀进行PID调节，进行精度调节。该方法在各种情况下，均能对环境风洞进行稳定的温度控制。然而，该方法想要稳定的发挥作用，需要大阀的前馈开度能够保证较高的精准度，而大阀的前馈开度，直接由环境风洞的热负荷总量Q决定，因此，该方法要稳定的发挥作用，就需要环境风洞的热负荷总量Q的测量足够准确。
[0005]但是，由于当前对环境风洞的温度控制是以设定温度与实际温度的差值
△
e为基础的，以PID算法为主导的控制方法，即使加入前馈控制也只是作为辅助，对前馈控制的精确度没有热别高的需求，因此，目前关于环境风洞的热负荷总量Q的计算方式都非常粗糙，往往只考虑主风机前馈。而由于“以PID为主导控制”以及“用同一算法同时控制大阀和小阀”的技术偏见，本领域技术人员也没有动机进行改进。环境风洞的热负荷总量Q的计算方式仍处于非常简单的阶段。另一方面，随着智能化的发展，环境风洞中对温度调节的精度要求也会越来越高，专利技术人提出的控制方法想要今后长时间内都能稳定发挥作用，就需要能
够精准的计算环境风洞的热负荷总量Q，保证大阀的前馈开度的精准性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于，提供一种汽车环境风洞温度前馈控制方法，能够精准的计算环境风洞的热负荷总量，保证大阀的前馈开度的精准性。
[0007]本专利技术提供的基础方案为：
[0008]一种汽车环境风洞温度前馈控制方法，包括：
[0009]S1，计算环境风洞的热负荷总量Q
总
＝Q
风机
+Q
阳光模拟
+Q
车辆
+Q
雪
+Q
钢流道
，式中，Q
风机
表示主风机机械功耗散到循环空气中的热量；Q
阳光模拟
表示阳光模拟系统辐射散热到循环空气中的热量；Q
车辆
表示试验车辆散热器、冷凝器散发到循环空气中的热量；Q
钢流道
表示环境风洞钢流道散热量；Q
雪
表示雪试验时水相变为雪过程中产生的热负荷；
[0010]S2，根据Q
总
的正负分析前馈控制的大阀位于制冷侧或制热侧，并用预设的模型，根据Q
总
的数值分析前馈控制的大阀的前馈开度；
[0011]S3，根据S2的分析结果，将对应侧的大阀打开对应的前馈开度。
[0012]基础方案工作原理及有益效果：
[0013]由于现有技术中，由于对环境风洞进行温度控制时，存在核心技术为“以PID为主导控制”且“用同一算法同时控制大阀和小阀”这样的技术偏见。温度控制时，环境分动的热负荷总量Q
总
的作用非常小，并且绝大多数时候根本用不上，毫无关键性，因此，环境风洞的热负荷总量Q
总
的计算方式处于非常简单的阶段，且本领域技术人员均没有动机进行改进。目前在计算境风洞的热负荷总量Q
总
时，通常都是直接将风机的热负荷Q
风机
作为热负荷总量Q
总
。对“以PID为主导”的现有温度控制方式而言，这样的计算方式已经足以其在大多数情况下条实现
±
0.5℃的温控精度。至于不能稳定满足温控精度的情况，本领域技术人员的改进方向也基本都是对PID算法的优化，或者辅助模型的优化。
[0014]因此，将Q
风机
作为Q
总
，成为了本领域技术人员的共识。其他的热负荷，基本都是作为一个固定值来使用。以Q
阳光模拟
为例，现有的温度控制系统中没有考虑阳光模拟系统辐射散热前馈，这部分的散热往往被认为恒定值，通过前馈PID控制中的PID去调节，这样的方式，已经足以其在大多数情况下条实现
±
0.5℃的温控精度。(Q
车辆
、Q
钢流道
及Q
雪
的情况基本相同，现有技术也都是将其作为一个固定值进行调节控制。)
[0015]但本申请人由于开拓性的提出了一种以大阀前馈控制为主导的温度控制方法，该方法想要实现调节精度，就必须要精确的计算Q
总
；除此，随着智能化的发展，环境风洞中对温度调节的精度要求也会越来越高，当温度调节的精度不再只是
±
0.5℃，本方案想要长期保持精度，就需要更加精准的计算出环境风洞的热负荷总量Q
总
。因此，本申请人重新设计了Q
总
的计算方式，通过Q
总
＝Q
风机
+Q
阳光模拟
+Q
车辆
+Q
雪
+Q
钢流道
这样的计算方式，可以保证计算得到的热负荷总量Q
总
的精准性。
[0016]在保证热负荷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种汽车环境风洞温度前馈控制方法，其特征在于，包括：S1，计算环境风洞的热负荷总量Q
总
＝Q
风机
+Q
阳光模拟
+Q
车辆
+Q
雪
+Q
钢流道
，式中，Q
风机
表示主风机机械功耗散到循环空气中的热量；Q
阳光模拟
表示阳光模拟系统辐射散热到循环空气中的热量；Q
车辆
表示试验车辆散热器、冷凝器散发到循环空气中的热量；Q
钢流道
表示环境风洞钢流道散热量；Q
雪
表示雪试验时水相变为雪过程中产生的热负荷；S2，根据Q
总
的正负分析前馈控制的大阀位于制冷侧或制热侧，并用预设的模型，根据Q
总
的数值分析前馈控制的大阀的前馈开度；S3，根据S2的分析结果，将对应侧的大阀打开对应的前馈开度。2.根据权利要求1所述的汽车环境风洞温度前馈控制方法，其特征在于：S1中，其中，ε
风机
表示风机功率修正系数，MF
风机
表示从主风机控制系统传来的主风机功率；表示当风机功率变化时热负荷变化的惯性环节传递函数；T
风机
表示主风机惯性时间常数；s表示传递函数中的复变量。3.根据权利要求1所述的汽车环境风洞温度前馈控制方法，其特征在于：S1中，式中，n
灯
表示阳光模拟系统辐照灯的个数，W
灯
表示阳光模拟系统单个辐照灯的最大功率，φ
灯
标识阳光模拟系统设定功率与最大功率的比值，表示阳光模拟系统热负荷变化的惯性环节传递函数；T
阳光
表示阳光模拟系统惯性时间常数，s表示传递函数中的复变量。4.根据权利要求1所述的汽车环境风洞温度前馈控制方法，其特征在于：S1中，计算Q
车辆
时，先通过风洞尾排管内空气温度t
尾排
，以及风洞驻室内空气温度t
驻室
，分析车辆的动力类型，再根据动力类型计算Q
车辆
。5.根据权利要求4所述的汽车环境风洞温度前馈控制方法，其特征在于：S1中，若t
尾排
＞t
驻室
，则将车辆归为燃油车，Q
车辆
的计算方式为：式中，η
燃油车
表示燃油车散热系数，W
轮边功率
表示转鼓测得的轮边功率，表示当燃油车行驶工况变化时热负荷变化的惯性环节传递函数，T
燃油车
表示燃油车惯性时间常数定，s表示传递函数中的复变量。6.根据权利要求4所述的汽车环境风洞温度前馈控制方法，其特征在于：S1中，若t
尾排
＝t
驻室
，则将车辆归为电动车，Q
车辆
的计算方式为：式中，η
电动车
表示电动车散热系数，W
轮边功率
表示转
鼓测得的轮边功率，表示当电动车行驶工况变化时热负荷变化的惯性环节传递函数，T
电动车
表示电动车惯性时间常数，s表示传递函数中的复变量。7.根据权利要求1所述的汽车环境风洞温度前馈控制方法，其特征在于：S1中，式中，ε
雪
表示雪热负荷修正系数；m
水
表示降雪所使用的水流量；cp
水
表示水的比热容；t
水
表示水温；L
水的凝结热
表示水在0℃的单位质量相变换热量；cp
冰
表示冰的比热容；t
驻室
表示风洞驻室内空气温度；表示为考虑雪试验时热负荷变化的惯性环节传递函数；T
雪
表示雪试验惯性时间常数；s表示传递函数中的复变量。8.根据权利要求1所述的汽车环境风洞温度前馈控制方法，其特征在于：S1中，Q
钢流道
的计算方法为：式中，h
流道i
表示第i个钢流道分段的对流传热系数；A
流道i
表示第i个钢流道分段的内表面积；t
流道表面
表示钢流道表面温度的平均值；t
驻室
表示风洞驻室内空气温度；h
拐角i
表示第i个拐角的对流传热系数；A
拐角i
表示第i个拐...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭文林，徐磊，周龙，龙海生，席椿富，
申请(专利权)人：中国汽车工程研究院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：