为了完工自愿空调旅客舱温度传感器的虚拟化，基于热搜集、能量平均的表面，对旅客舱车身、玻璃、空调送风编制、旅客舱表里境况等修筑及时温度模子，并将模子编译下载到某一车型自愿空调驾御器，完工风洞、道道楷模工况测试，结果注解模子筹划的车内温度和实质衡量值相仿性较好，十足能够代替旅客舱内实质温度传感器。

跟着汽车工业的成长和人们需求的抬高，可能按照室外氛围温度、太阳辐射强度、车速、带动机热负荷以及室内人体散热等成分变革，实时自愿地对旅客舱内的氛围境况举行医治的自愿空调编制取得越来越寻常的操纵[1]。目前，自愿空调驾御编制众是基于旅客舱内氛围温度的负反应驾御编制，通过驾御出风温度、风量等，医治旅客舱内氛围温度到达方向值，因而，首要职司是精确、安定的获取旅客舱目今温度。目前获取首要体例是传感器收罗，其存正在易被扰乱、寿命短等题目，跟着筹划CFD 的成长，构修旅客舱热模子，仍旧成为钻研旅客舱温度和热痛速性一个紧要的宗旨。

旅客舱纷乱的布局，以及一连变革的外部境况和空调劳动形态，是影响旅客舱内温度的首要成分，国表里学者利用差异的法子对旅客舱温度和热痛速性举行了钻研。文献[2]利用CFD 举行旅客舱温度场和首要影响成分的动态耦合钻研，文献[3]利用CFD 钻研空调送风角度对旅客舱内温度场的影响，文献[4]利用CFD 修筑的三维旅客舱模子，举行旅客舱内暴晒和降温的模仿领会，文献[5-6]基于一维修模软件折柳修筑旅客舱单温区、众温区温度模子，并对楷模工况的动态模仿领会，文献[7-8]则是基于旅客舱温度和热痛速性的领会结果向导策画劳动，国内学者也基于旅客舱模子对影响旅客舱内温度的成分举行了钻研[9-11]。目前文献较少涉及旅客舱及时温度模子的钻研和操纵。

本文先容的旅客舱温度筹划模子，是基于热量转达和能量平均的一维模子，筹划速率速，通过容易衡量的参数，如车速、境况温度、太阳辐射强度，空调出风温度，及时筹划旅客舱内氛围温度的一种法子。当模子转换为代码，编译下载到自愿空调驾御器中，即可及时筹划并反应旅客舱内氛围温度，能够替代实物温度传感器。

组成旅客舱空间的车厢壳体分为玻璃和车身，相看待玻璃，从热工方面来说车身是一个纷乱的编制，它由金属骨架、金属外蒙、种种隔热层、塑料等组成，况且车身众层平面和曲面壁内包罗大批几何样子纷乱的元件，其热量转达体例涉及导热、对流换热、辐射，这对筹划旅客舱内氛围温度带来坚苦[12]。为了修筑旅客舱温度筹划模子，合理的简化是有须要的。

车窗玻璃能够看作平均介质，其导热系数能够通过试验测得，常用玻璃导热系数为0.65～0.71W/（m·K）。车身是由差异材质、差异布局构成的众层编制，而且车门、地板、防火墙等材质和层数都不肖似。为了简化题目，正在餍足工程须要的条件下，不斟酌热桥、工艺孔、接触热阻等不确定成分。将车身布局简化为众层导热题目。以地板为例，由外到内折柳为钢板、沥青油毡、隔音棉和地毯，看待众层壁面的热阻，有如下相干式[13]：

式中，T1、T5 折柳为众层壁面两侧外表的温度（℃）；q为众层壁面的热流率（w/m2）；δi、λi为i层材质的厚度（m）和导热系数（W/（m·K））。

阳光映照到车身等非透后的轮廓面上，一一面被摄取，余下的被反射，但映照到玻璃上，除摄取、反射的一面，余下的一面进入旅客舱内，被内饰板摄取。玻璃或内饰板摄取辐射热量温度升高，当温度高于方圆氛围温度时，就以对流的体例向旅客舱内、外传热。进入旅客舱内的热量最终会影响旅客舱内氛围温度。因而筹划玻璃摄取、透射的热量是精确筹划有阳光工况旅客舱内氛围温度的条件。看待给定厚度、类型玻璃，能够通过测试获取玻璃的物性参数：透射率τ 和反射率γ。当阳光强度I 已知，且玻璃的法向和阳光的夹角θ 已知时，能够筹划出玻璃摄取的热量：Qa=I*（1-γ-τ）*cosθ，透射的热量：Qt=I*τ*cosθ。

车身轮廓面光阴都正在和周边的境况爆发着辐射换热，搜罗车身轮廓面和地面的互相辐射换热，车身轮廓面和天空的互相辐射换热。看待车身、地面、天空的辐射换热能够采用斯蒂芬-波尔兹曼（Stefan-Boltzmann）定律。看待天空的发射率，采用Angstrom 方程[14]获取，即：

式中T 表现境况温度（℃），式（1）、（2）折柳实用于境况温度高于0 度、低于0 度的处境。

旅客舱内部是一个密闭的空间，其各个外表之间存正在着互相的辐射换热，按照辐射换热的根基定律，能够得出第j 个外表和第i 个外表的辐射热量Qi，j（ W）如下：

式中Ai 表现第i 个外表的面积（m2）；Xi，j 表现外表i对外表j 的角系数；表现发射率，假设悉数外表发射率肖似；σ 为斯蒂芬-波尔兹曼常数；Ti、Tj 折柳表现第i、j 个外表的温度（K）。

无论的车身如故玻璃，其两侧都是滚动的氛围，流体和固体外表之间的换热是通过对流换热实行的，对流换热系数的通过履历公式筹划获取[12]。看待车身轮廓面：车辆行驶进程中：

式中，v 为车速（m/s）、Va 为旅客舱内氛围流速（m/s）。看待车窗玻璃轮廓面：车辆行驶进程中：

热阻热容法（热搜集法），差异于有限元法、有限容积法等数值筹划法子，是一种热电相比的领会法子。把钻研对象细分成单位节点，节点之间有热量转达，无论是以何种体例换热，节点之间都用热阻替代，这就变成热搜集。各个节点均当作是具有集总参数的单位，引入热阻Ｒjn 及热容

为了进一步简化模子，本模子只筹划前排左温区的温度，怠忽车厢前排右温区和后排左温区对前排左温区的影响，而且将组成前排左区（节点为17）的壳体导热简化为一维导热，其节点划分睹表1，另外，车外氛围为节点1，太阳为节点16，天空节点为17，地面节点为19。

按照2.1 中节点划分的描画，能够构修热节点搜集图，睹图1，为了搜集图的明晰，此中旅客舱内部节点之间的互相辐射换热只标识了节点12 和其它节点的辐射相干。为了筹划出旅客舱内氛围温度，即节点17 的温度，务必筹划出节点2 到节点15 的温度。

式中qci，j，qvi，j，q，j 折柳为j 节点到i 节点的传导热流率（w/m2）、对流热流率（w/m2）、辐射热流率（w/m2）；n 为与节点有换热相干的节点总数。

式中，mi、cv，i、Ａi、qi折柳为节点i的质地（kg）、比热J（/ kg·K）、热量转达宗旨截面积（m2）、净热流率（w/m2）；

正在给定悉数节点初始温度后，对悉数节点采用公式（3）和（4），即能够获取包罗悉数节点温度的方程组，以dt为岁月步长举行迭代筹划，即能够筹划出纵情光阴悉数节点的温度。

筹划出组成前排左温区壳体悉数节点温度后，即能够按照牛顿冷却公式筹划通过壳体各个区域进入旅客舱内的热量：

式中，Ai、hi、Ti折柳为壳体各个区域的外表积（m2）、对流换热系数（W/（m2·K））、内外表节点温度℃，Tai为前排左温区温度（℃）。

除通过壳体各个区域进入旅客舱内的热量会影响旅客舱内温度外，汽车空调出风口的风量和温度也会对旅客舱内温度形成直接影响，假设流入前排左温区的氛围流量为min，空调出风口的焓值为hHVAC，流出前排左温区的氛围焓值为hevac，则前排左温区的温度筹划方程如下：

折柳为k、k-1 光阴的旅客舱内氛围温度（℃）；mai、cp折柳为旅客舱内氛围的质地（kg）和比热（J/（kg·K））；dt 为筹划岁月间隔。

为了验证上述模子筹划实在凿性，采取某一车型举行实车验证，按照采取车型，确定热搜集每个节点的几何参数和物性参数，此中几何参数搜罗：质地、各材质厚度、面积、高度角、方位角等，物性参数搜罗：比热、导热系数、透射率、反射率等。这些几何参数、物性参数取决于车辆策画利用的材质和车身制型，车辆策画完工后，这些参数将不会更改。

模子基于Matlab/Simulink 搭修，而车载的空调驾御器的选用的32 位芯片，不赞成浮点运算，为了将算法移植到芯片，须要举行繁琐的浮点运算酿成定点运算的劳动。

图2 为节点9 温度筹划浮点运算转定点运算的一面示例，此中T_in_k-1，T_in_k 折柳表现节点9 前临时刻和目今光阴的温度，sfix32_E24 中的sfix 表现此变量为有符号类型，32 表现变量总位数，E24 表现此中24 位为小数位，余下的7 位为整数位。因为浮点运算酿成定点运算劳动万分繁琐，本文涉及的模子借助浮点转定点器械[16]完工，完工定点运算转换后，天生代码、集成到空调驾御算法，编译、下载到空调驾御器中。

完工上述盘算后，即可举行楷模的热境况、冷境况风洞测试和道道测试。楷模的热工况，境况温度38 度，湿度40%，阳光强度1000W/m2，空调出风宗旨为吹面，风量最大，温度设定最低，车速和其它空调参数睹表2。

楷模的冷工况，境况温度-20 度，无阳光，空调出风宗旨为吹脚，风量5 档，悉数温区温度设定最高，车速和其它空调参数睹表3。

看待道道测试，其境况温度、车速、阳光强度以实质道道为准，空调为自愿驾御，设定温度24 度。遵循上述三种工况，折柳举行热、冷境况风洞测试和道道测试，及时纪录前排左温区两个热电偶测温点的温度，同时，及时纪录运转正在空调驾御器中算法及时筹划并反应到纪录仪的筹划温度。

图3~4 所示是正在楷模热和冷境况工况下试验数据和模子筹划结果的比拟。图5 是道道测试进程中及时纪录的车速和阳光强度的变革处境，境况温度正在10~15 度内变革，图6 所示是正在实质道道工况下试验数据和模子筹划结果的比拟。通过和前排左温区两个测点温度的及时比拟浮现，无论看待异常的冷境况、热境况如故看待车速、阳光强度、境况温度及时正在爆发变革的实质道道工况，模子正在空调驾御器中的筹划结果都较好的及时随同两个实质衡量数据点，即能确凿且及时的反映旅客舱内氛围的温度，而且其抗外界扰乱本事更强、结果更安定，能够餍足工程的须要。

当空调驾御器须要赞成自愿空调运转时，其平凡须要一个及时衡量旅客舱内氛围温度的传感器行为输入，本文先容的模子以及其对应代码运转正在空调驾御器中时，能够按照目今的车速、境况温度、阳光强度、出风温度、出风量等工况参数，及时筹划出旅客舱内氛围温度，从而无需用实质的旅客舱内氛围温度传感器，即能够助助汽车空调驾御器组成完全的闭环驾御编制，最终实行旅客舱内氛围温度的驾御。

本文所述的旅客舱温度筹划模子，是针对单温区乘用车构修的模子，通过表面的筹划和实车的试验钻研得出如下结论：

①基于热节点搜集及能量平均表面，对旅客舱车身、玻璃、空调送编制、旅客舱表里境况等举行热传播递领会，最终完工旅客舱一维温度模子修筑；

②完工旅客舱温度模子定点运算转换、天生代码、算法集成、编译、下载到某车型空调驾御器中，正在楷模的热境况和冷境况下，举行风洞测试和道道测试验证，结果注解模子筹划的旅客舱内氛围温度与实质测得的旅客舱内氛围温度较切近，餍足工程须要；

③看待装置自愿空调的车辆，当模子对应的代码运转正在空调驾御器中，能够及时筹划旅客舱内氛围的温度，即能够代替目前车辆常用的温度传感器，无物料本钱。

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