TMS汽車熱管理系統HILRCP解決方案

TMS汽車熱管理系統介紹

隨著汽車電動化和智能化的發展，整車能量管理內容增多，對汽車能量管理的要求也越來越高，從整車層面出發對各子系統進行能量統籌管理將成為電動汽車未來的發展趨勢，其中汽車熱管理是整車能量管理的重要組成部分，高效的整車熱管理系統對于提高車輛性能、延長電池壽命以及增加乘員的舒適度至關重要。

目前汽車熱管理已從傳統分散式熱管理系統發展成為集成式智能化的熱管理系統，集成式智能化熱管理系統通過整合車輛各系統的熱管理需求，優化能量利用率，為現代汽車（尤其是新能源汽車）帶來了多方面的顯著優勢，主要體現在：

提升能源利用效率：余熱回收與再利用、動態分配熱能、降低系統總能耗；
優化車輛性能與可靠性：精準溫控、防止極端工況、系統協同響應；
降低成本和空間占用：硬件集成化、輕量化設計、簡化布局；
提升用戶體驗：快速調節座艙溫度、降低噪音、緩解續航焦慮；
環保與可持續發展：減少碳排放、延長電池壽命、兼容綠色制冷劑；
適應未來技術發展：支持高壓快充、兼容多能源架構、奠基智能化發展。
整車熱管理系統

從技術研發角度出發，集成式智能化熱管理技術在系統研發中面臨以下主要困難：

利用硬件在環（Hardware-in-the-Loop,HIL）測試技術，對整車集成式熱管理系統的研發和測試帶來顯著的優勢：

1. 加速開發周期

早期驗證與迭代：HIL測試允許在整車原型尚未完成時，對熱管理系統進行功能驗證和控制策略優化，大幅縮短開發周期；

并行開發：熱管理系統硬件（如壓縮機、水泵和水閥等）和軟件（如控制算法）可以同步開發和測試，減少傳統串行開發的等待時間。

2. 增強系統集成測試能力，提高測試覆蓋度

多子系統協同測試：HIL測試平臺可集成電池、電機、空調等多個子系統的硬件和仿真模型，驗證集成式熱管理系統的整體性能；

全工況模擬測試：HIL測試可以在實驗室環境中模擬極端溫度、濕度等復雜工況，覆蓋傳統實車測試難以實現的場景；

軟硬件接口驗證：通過HIL測試，可提前發現并解決軟硬件接口（如傳感器信號、執行器控制）的兼容性問題；

故障注入與邊界測試：可主動注入傳感器、執行器等電氣及失效等故障，驗證系統的魯棒性和容錯能力。

3.?降低研發成本與風險

減少實車測試依賴：HIL測試可在實驗室完成大部分功能驗證，減少對實車測試的依賴，降低測試成本（如路試費用、環境艙費用）；

避免硬件損壞風險：在虛擬環境中測試極限工況（如過熱、過冷），避免因測試失誤導致的硬件損壞或安全事故；

優化資源利用：通過HIL測試提前發現設計缺陷，減少后期修改成本，并優化測試資源分配。

綜上，HIL測試為整車集成式熱管理系統的研發和測試提供了高效、靈活、安全的驗證手段，顯著提升了開發效率、測試覆蓋率和系統可靠性。通過HIL測試，研發團隊能夠在早期階段發現并解決問題，降低開發成本與風險，同時支持復雜控制策略的開發與優化，為下一代智能電動汽車的熱管理技術突破奠定堅實基礎。

系統復雜性增加：利用多通閥或者管路，將電池、電驅回路與空調系統的部分或全部回路連通，形成一個大的循環回路；
熱耦合效應：各子系統之間存在熱耦合，某一子系統的變化可能影響整體性能，增加了系統設計和優化難度；
能量管理挑戰：系統需在滿足熱管理需求的同時優化能量使用，對能量管理提出更高的要求；
控制策略復雜：需要開發復雜的控制策略，確保各子系統在不同工況下高效運行，同時滿足整車性能要求；
仿真與測試難度：集成式系統仿真和測試更為復雜，需建立精確的模型及大量的測試用例進行測試驗證；
可靠性和耐久性：系統需在各種工況下長期穩定運行，增加了可靠性設計和測試的難度；
成本控制：集成式系統可能增加硬件、軟件以及測試成本，需在整車性能和成本之間找到平衡。

整車熱管理 HIL測試系統

整車熱管理HIL測試系統是一個復雜的集成平臺，旨在模擬整車熱管理系統的運行環境，并對其硬件和軟件進行實時測試。該系統通常包括以下三大核心部分：

上位機

開發熱管理被控對象實時仿真模型，包括：空調回路（壓縮機模型、冷凝器模型、膨脹閥模型、蒸發器模型等），電機回路（電子水泵模型、多通水閥模型、電機熱模型等），電池回路（電池熱模型、chiller模型、電子水泵模型、多通水閥模型等）；

編譯下載并運行被控對象模型；

試驗管理：運行試驗管理軟件，搭建測試界面實現在線調參，波形顯示，數據記錄等；

自動化測試：運行自動化測試軟件，實現對被測控制器自動化測試。

實時仿真系統

實時仿真機：高性能實時計算設備，運行整車熱管理系統仿真模型；

IO接口模塊：提供數字量、模擬量、CAN總線、LIN總線等接口，實現仿真系統與被測控制器之間的數據交互；

信號調理模塊：用于將仿真模型輸出的信號轉換為被測控制器可接受的信號（如電壓、電流、PWM信號），并將被測控制器的反饋信號（如溫度、壓力）經過調理傳輸回仿真模型；

故障注入模塊：用于測試過程中向被測控制器注入相應的電氣故障。

被測控制器（TMS）

專用于控制熱管理系統的硬件設備。

實時仿真機

實時仿真機，包括CPU、RAM和SDD，通過PCIe總線擴展數字量IO模塊，模擬量IO模塊，CAN/LIN總線IO模塊，并通過千兆以太網與上位機進行數據交互。

Intel Core/Xeon多核高性能CPU，支持升級
支持并行多核，多目標機和FPGA的實時運行
靈活可擴展I/O模塊
適用于桌面及機柜式HIL應用（低噪音）

整車熱管理系統模型

基于Simscape開放的多物理域仿真平臺，在Simscape Electrical(電氣系統)、Simscape Battery(電池系統)、Simscape Fluids(流體系統)、Simscape Multibody(多體動力學系統)以及Simscape Driveline(傳動系統)等領域具有豐富的專業庫，使其能夠應對更加復雜的多物理系統建模需求。

Simscape Fluids(流體系統)中集成了整車熱管理建模的豐富模型庫，包括：Two-Phase Fluid(兩相流)、Thermal Fluid(熱流)、Moist Air(濕空氣)等模塊，工程師可根據熱管理原理拓撲圖方便高效的搭建整車熱管理模型，簡化了對熱力學復雜公式的推導，模型部件與實際部件對應，模型可識度較高，有助于團隊之間的溝通與合作。