自動室温調節システムのシミュレーション

Stateflow® コントローラー

Stateflow によって監視コントローラーが実装されます。制御ロジックを表示するには、チャートを開きます。

"Heater_AC" ステートは、現在の車内温度より少なくとも 0.5℃高い設定点温度を入力すると、ヒーター システムがオンになることを示しています。ヒーターは、車内の現在温度が設定点温度の 0.5℃以内になるまでアクティブなままになります。同様に、現在の車内温度より 0.5℃以上低い設定点を入力すると、エアコンがオンになります。車内の気温が設定点温度の 0.5℃以内になるまでアクティブなままになります。ヒーターのオンとオフの連続切り替えを回避するために、このロジックでは 0.5℃の不感帯が実装されています。

"Blower" ステートでは、設定点温度と現在温度の差が大きくなるほど、ファンはより強く送風します。これにより、温度差に関係なく、妥当な時間内に温度が確実に必要値に到達します。車内の気温が設定点温度の 0.5℃以内になると、システムはオフになります。

2 つのスイッチにより、空気分配 ("AirDist") ステートと空気再循環 ("Recyc_Air") ステートを制御する Stateflow チャートがトリガーされます。ウィンドウの効果的な除霜を促進するために、このコントローラーではこれら 2 つのステート内で内部遷移が実装されています。除霜ステートがアクティブになると、コントローラーは空気の再循環をオフにします。

図 2: Stateflow の監視制御ロジック

ヒーター モデルとエアコン モデル

ヒーター モデルは次の熱交換方程式を実装します。

Tout = Ts - (Ts-Tin)e^[(-pi*D*L*hc)/(m_dot*Cp)]

ここで、

このモデルではヒーター フラップが考慮されています。送風機の動作と同様に、必要な設定点温度と現在の室内温度の温度差が大きくなるほど、暖房効果はより大きくなります。

エアコン モデルは次の方程式を実装します。

y*(w*Tcomp) = m_dot*(h4-h1)

ここで、

エアコン システムのバンバン制御では、エンジン速度とコンプレッサー トルクを使用して、エアコンから出る空気の温度を決定します。

図 3: ヒーター制御サブシステム

図 4: エアコン制御サブシステム

車室の熱伝達

次の要因は、ドライバーが感じる気温に影響します。

これらの要因が、車室内の熱力学モデルへの入力になります。通気孔から出る空気の温度を考慮するために、このモデルでは、通気孔から出る空気の温度と現在の車内温度の差を計算し、これにファン速度比 (質量流量) を掛けます。モデルにより、車内の 1 人につき 100 W のエネルギーが追加されます。外部から車内に放散される空気を考慮するために、このモデルでは、外気温度と室内空気温度の差に、小さい方の質量流量を掛けます。

Thermometer Display ブロックにより内部力学モデルの出力が表示されます。これは、運転席頭部の後ろに設置された温度センサーの測定値です。既定の設定でシミュレーションを実行する場合、温度の読み取りは 18°C の外気温から開始し、9°C のユーザー設定点まで冷却します。

図 5: 時間に対する Thermometer ディスプレイ