座舱一维多节点热模型与参数辨识（含 CFD→1D 分区映射）

课程大纲

• 能按「独立输出量 / 时间常数量级 / 独立边界」三条判据给座舱定节点划分与节点数，并说明为什么 A1-06 的 Bi<0.1 判据不足以定这件事
• 能把玻璃太阳得热在 1D 里拆成透射、玻璃自身吸收、内表面长波二次再辐射三段，并按短波 / 长波两个波段分别给材料属性
• 能把围护渗漏换气写成随车速与风压变化的形式（含三个待拟合系数的来源），而不是取一个常数
• 能用暴晒热浸升温曲线与 pull-down 降温曲线两组实测反辨识等效 UA、有效太阳开口与有效热容，并说明升温段两参数为何耦合、用哪一段激励解耦
• 能在动手拟合前用灵敏度矩阵条件数与参数相关系数判断一组数据够不够分开这几个参数，并据此换激励而不是人为固定参数
• 能从已收敛的 3D 结果提出分区平均空气温度与分区对流换热系数、按写死的加权口径映射回 1D，并完成映射后的回验
• 能加一条湿度状态并与温度节点双向耦合，把蒸发器除湿与冷表面析水两项分列不合并
• 能为交付的模型写出六项可信边界与已知失效工况声明，并指明超边界时降级为趋势使用

1. 座舱节点划分与「几节点够用」的判据
   • 状态向量先定后建模：空气节点（前排 / 后排是否分开）+ 围护、玻璃、顶棚、仪表台、座椅、地毯固体节点；每个节点必须同时写清「热容从哪来、边界是什么、对应哪个观测量」，三栏缺一即不可辨识
   • A1-06 的 Bi<0.1 是固体内部导热口径，只回答「这块固体要不要沿厚度再分层」；座舱是空气+太阳+通风+湿度的混合体——两块玻璃即使 Bi 都远小于 0.1，只要一块受晒一块背阴就必须拆成两个节点，判据在边界不同，不在 Bi
   • 座舱另立三条节点数判据：① 该节点是否承担独立输出（玻璃温度→防雾露点裕度、内饰表面→触摸温度限）；② 其时间常数是否与已有节点相差一个数量级以上（同量级可合并）；③ 是否接受独立边界（受晒 / 背阴、直吹 / 非直吹）
   • 节点数与可辨识性是对偶关系：上界由独立测点数与激励数决定，不由物理细节决定；加了节点却没有对应观测量，只是把不可辨识参数变多，第 3 讲的条件数会立刻暴露
   • 前后排是否分区看两件事——模型出口是否要评前后排温差或分区控制，以及后排是否有独立测点；只有出口需求没有测点时按单空气节点加后排偏置处理，分区送风策略本身归 A4-08 与 C6-01
   • 本讲不重讲：单节点一阶 τ=(m·c_p)_eff/(UA+ṁ_air·c_p) 与 pull-down 可行性预检承 B1-04 第 2 讲；RC 拓扑（Cauer/Foster）、电-热类比与「有效参与质量」承 A1-06；负荷四项口径承 B1-01 / C1-06 / C6-03 / A2-04 / C3-01 / B4-02 / A4-07
   • 本讲出口：这套状态向量降阶后就是车载在线估计器的模型骨架；降阶形式与实时性核算见 J7-02，输入可得性裁剪见 C5-03，观测器整定与退出条件见 K3-10，本课不交控制器实现
2. 玻璃与围护的边界项在 1D 里怎么表达：太阳两波段、sol-air、渗漏换气
   • 玻璃的太阳得热在 1D 里必须拆三段：透射直入舱内（落到空气与内饰节点）、玻璃自身吸收（抬高玻璃节点温度）、内表面向内饰的长波二次再辐射；并成一笔会同时丢掉遮阳杠杆与镀膜杠杆
   • 短波与长波分两个波段给属性：短波用太阳吸收比 α_s 与玻璃太阳透过率 τ_g，长波用红外发射率 ε_IR、玻璃对长波近似不透明；用一个灰体 ε 同时代两处是最常见错设（该判据承 J4-01，本课只把它落到 1D 节点方程里）
   • SHGC 随入射角与镀膜变化，1D 里不逐时刻查角度表，而是集总成一个「有效太阳开口 (τA)_eff」交给第 3 讲辨识；逐面式 Σ A_proj·SHGC·I 只用作它的物理上界与初值，SHGC 不等于透射比 τ 的口径承 C1-06 / C6-03
   • 不透明车身那条路径按 sol-air 折算并入围护节点：式本体与「驻车 h_o 小、行驶 h_o 成倍增大致温升回落」的判据承 J4-01、取值来源承 C1-06；本课只定它在 1D 里的接法——加在外表面节点还是等效环境节点，两种接法在长瞬态下的差别要一次算清
   • 渗漏换气项不能取常数：随车速与风压变化，行驶明显高于驻车；1D 里写成 ṁ_inf = ρ·C_leak·Δp^n、Δp 由 ½ρv² 折算，C_leak、n 与折算系数三者必须由本车型整车实测拟合
   • 渗漏项的取值来源与乘用车量级承 C1-06（整车实测折算），客车开门渗透的标定值不可移植（C6-03）；换气次数 ACH 的「新风口径」与「名义口径」之别承 J4-01，本课不重立定义
   • 本讲出口：玻璃节点降阶成单节点或两节点 RC 后即无玻璃温度传感车型的在线估算器骨架；其输入可得性裁剪与最冷点（风窗下沿、A 柱根部比传感点更冷）偏置标定见 C5-03，估计器整定与退出条件见 K3-10，本课只交模型结构与参数辨识
3. 参数反辨识：等效 UA、有效太阳开口与有效热容
   • 三个未知量至少需要三条独立信息：暴晒热浸升温曲线（有太阳、无送风）、pull-down 降温曲线（送风量与送风温度已知）、外加一段遮阳或夜间自然降温段（辐照近零）
   • 升温段 UA 与 (τA)_eff 强耦合：两者同向抬升舱温，单条升温曲线只能定出组合量；解耦靠换激励——高 / 低辐照段做辐照差分、加遮阳帘取近零辐照段、或先用夜间自然降温段单独解出 UA
   • 降温段主要定 (m·c_p)_eff：一阶时间常数的分母含送风热容流率 ṁ_air·c_p，风量必须实测或已标定，否则有效热容与风量互相吸收误差，模型一换风量档立刻失准
   • 动手拟合前先算灵敏度矩阵条件数与参数相关系数：相关系数逼近 1 就是不可分，正确动作是换激励段，而不是人为固定一个参数或继续优化到「数值收敛」
   • 参数一律交区间与量级，不交带小数点的单值；辨识报告必须带「激励段清单 / 条件数 / 参数区间」三栏，否则残差一大无从归因
   • 本讲不重讲：单节点 UA 与有效热容的两法联立（环境舱稳态功率法 + 热浸升温曲线）、分部位 U 值的取值来源列、以及「先对边界、再对分项、最后才动参数」的残差归因顺序，全部承 C1-06 第 5 讲；辨识方法学本体（最小二乘 θ*=argmin、标定与验证之别、独立验证集、过拟合、可信域）承 J7-01 第 4 讲与 A1-06 第 5 讲；本课只解决座舱专属的激励设计与解耦顺序
   • 试验侧取数规程不在本课：pull-down 工况与考核时刻按整车降温性能试验方法口径（见 L3-03 与 C1-06 所引方法，编号与年份按现行版本确认）；日晒浸车与停机后热浸是两件事，写标定规范时须点明取哪一义（承 L4-01）
4. CFD→1D 分区映射与分区换热系数反向喂回
   • 从已收敛的 3D 结果只提三样东西：分区平均空气温度、分区内表面对流换热系数、分区间的空气交换量；提取入口 J4-01 第 5 讲已开，本课出映射方法学与回验
   • 加权口径必须写死并随模型一起交付：喂给空气节点能量方程的代表温度用流量加权（体积加权会被滞留区拉偏），喂给壁面换热的 h 用面积加权
   • 分区必须与第 1 讲的 1D 节点划分同构；不同构就要再做一次面积 / 流量再分配，误差不可追溯
   • 两个方向别混：3D→1D 是离线提参数（标定分区 h 与分区拓扑），1D→3D 是给 soak 初场——后者已由 J4-01 承接，本课只对接接口与初场时刻的约定
   • 与 J2-02 的分野：那里的 1D-3D 联算是机舱空气侧与冷却回路在线双向迭代到收敛；本课是离线单向提参数、不做联立迭代，因此也不承担耦合发散与宏时间步问题
   • 与 A4-03 的分野：A4-03 消费的分区 h 是人体表面的（喂多节点生理模型），本课的分区 h 是舱内壁面与内饰表面的，对象不同、数值不可互换
   • 映射完必须回验：用 1D 复算同一工况，与 3D 的分区温度曲线逐段比对；趋势不一致先查加权口径、再查节点拓扑，最后才动 h——不回验的映射等于把 3D 的偏差原样搬进 1D，还叠了一层加权误差
   • 3D 侧的建模有效性（浮力用理查森数量级判、DO / S2S 取舍、y+ 与网格无关性）承 J4-01；投影类降阶（POD / DMD）与状态空间落点承 J7-02，本课的映射是物理分区集总，不是模态投影
5. 湿度节点与除湿 / 析水耦合
   • 温度状态之外加一条湿度状态：V·ρ·dd/dt = ṁ_gen + (ṁ_f + ṁ_inf)·(d_amb − d) − ṁ_dehum − ṁ_cond，与温度节点双向耦合——潜热进空气节点能量方程，ṁ_cond 由玻璃节点温度决定
   • 蒸发器除湿 ṁ_dehum 与冷表面析水 ṁ_cond 必须分列、不得合并：后者是自限负反馈，把含湿量钳在 d_sat(T_glass) 附近，是拿视野换来的；合并进除湿量会让模型显示「湿度自己稳住了」，掩盖已经起雾（机理承 C4-04 与 C5-03）
   • 内饰、座椅、地毯的吸放湿缓冲在分钟到几十分钟量级：只按空气容积算会把湿度响应估得偏快；建模上二选一——显式加一个吸湿容节点，或在辨识里承认它被有效热容与时间常数吸收，并把这一选择写进边界声明
   • 湿平衡式反过来用即产湿率 ṁ_gen 的在线推断，但那是 C4-04 的出口：其可辨识性边界（新风量未知或内外循环比例正在变时只能给「在增 / 在减」的趋势、不能给绝对值）与防雾侧的保守取值见 C4-04，残差判据与退出条件见 K3-10，本课不做控制器实现
6. 模型可信边界、已知失效工况与交付声明
   • 可信边界声明六项须随模型交付：辨识所用的辐照与环温区间、车速区间（决定 h_o 与渗漏）、循环模式与风量档、载员数、是否含湿工况、玻璃与遮阳配置；超区间使用一律降级为趋势判断
   • 已知失效工况要主动写在交付页上：不对称受晒（单侧车窗，单空气节点抹平局部过热、偏差方向偏乐观）、强直吹射流（局部温度与集总空气温度脱节）、开门瞬态（渗漏项形式不成立）、长时间高湿下的内饰湿滞累积
   • 模型可信域按「能否用于工程决策」分档，用途不同门槛不同：拿去做控制器标定还要多过一道「灵敏度方向与增益量级是否正确」的门槛（判据承 J7-01）；本课交模型与辨识，实时化见 J7-02、整车集成接口见 J1-04 / J1-07

• 以为节点拆得越细越准，其实节点数上界由独立测点数与激励数决定；加了节点没有对应观测量，只是把不可辨识参数变多，误差会在参数之间乱窜，标定工况看不出来、换工况就崩
• 以为 Bi<0.1 过了就能用集总，其实 Bi 只管固体内部的导热梯度；一块受晒玻璃与一块背阴玻璃即使 Bi 都远小于 0.1 也必须分成两个节点——判据是边界不同，不是 Bi
• 以为一条暴晒升温曲线就能同时定出 UA 与有效太阳开口，其实两者在升温段同向作用、只能解出组合量；不换激励就继续优化，只是把误差按优化器的偏好分给两个参数
• 以为玻璃给一个灰体发射率就够，其实短波（α_s、τ_g）与长波（ε_IR，玻璃对长波近似不透明）必须分开给；混用会同时算错内饰升温速率与玻璃节点温度，而玻璃温度正是防雾判据的那一路
• 以为渗漏换气可以取一个常数，其实它随车速与风压变化、行驶时明显高于驻车；拿驻车值跑行驶工况会把新风 / 渗透负荷与湿平衡一起算小，方向偏危险
• 以为从 CFD 取分区 h 直接填进 1D 就完事，其实加权口径（流量加权还是面积加权）不写死、映射后不回验，等于把 3D 的偏差原样搬进 1D，还多叠一层加权误差
• 以为冷表面析水可以并进除湿量，其实它是拿视野换来的自限负反馈；并进去之后模型会显示「湿度自己稳住了」，恰好掩盖已经起雾这件事
• 以为交了模型就算交付，其实没有可信边界与失效工况声明的模型，下游必然拿它去跑不对称受晒、强直吹与开门瞬态——这三类 1D 本就不成立，而且偏差方向偏乐观，最容易被当成结论用

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