汽车空调系统的故障检测和隔离

汽车空调系统的故障检测和隔离

随着现代汽车技术的不断发展，汽车空调系统功能也日趋完善，但是由于汽车空调结构的封闭性和复杂性，因此其出现的许多故障和原因之间的关系错综复杂，导致维修人员不能及时对故障进行诊断。基于模块的故障检测和分离方法在汽车领域已经成为了通用的设计维修方法，但是由于缺乏表征制冷器相变的特征，因此使得基于蒸气压缩循环系统的汽车空调系统应用受到限制。

为了快速、准确地对汽车空调故障进行诊断隔离，采用动态边界法建立空调系统的动态特性模型。首先分析汽车空调系统中的常见故障，并对其分类后纳入到用热体、流体力学建立的空调系统数学模型中。常见的空调系统的故障为：电机绕组故障、不平衡电压、制冷剂污染等导致的压缩电机故障、步进电机故障、电子控制器故障、结垢或结霜导致的热交换器故障、压力传感器故障、热电偶故障等。可将上述故障分为3类，即执行器故障（如故障压缩机和阀门故障）、传感器故障（如压力传感器故障及热电偶故障）和参数故障（如管道泄漏或污染）。从故障观测性的观点来看，同时可检测到的故障数目由可用的传感器总数来确定。由于硬件限制，本文所关心的故障包括执行器故障（压缩机故障），传感器故障（压力传感器故障）以及参数故障（蒸发器结垢故障）。建立空调系统模型，其中压缩机和阀作为静态量进行建模，基于能量守恒和质量守恒，应用动态边界法建立热交换器的动态模型。通过观察传感器的参数和模型中各状态量的变化即可检测到空调故障。由于上述模型抗干扰性较差，因此本文将H∞滤波器应用到汽车空调故障检测和隔离系统中，以提高系统的鲁棒性。空调模型和H∞滤波器组成一个闭环，通过调节H∞控制器的增益来满足不同的冷却负荷。过滤器鲁棒性通过安装额外热电偶来实现。此外，可使用调度增益来缓和H∞滤波器对于故障参数变化的敏感性。

从分析结果看出，无论故障如何形成和改变，所设计的空调模型和H∞滤波器能够准确检测到执行器和传感器故障。

刊名：Control Engineering Practice（英）

刊期：2015年第43期

作者：Quansheng Zhang et al

编译：王莹