空调温控与压缩机转速/过热度控制（制冷与制热两模式）

课程大纲

• 能画出「座舱设定/TAO 慢外环 → Te_tgt 仲裁 → 压缩机转速环」的三层结构框图，标出 EXV 过热度环与转速环的耦合点，并注明哪条是串级的外环/主环与内环/副环、哪条是并列的耦合快环
• 能选择变频压缩机转速控制律并说明其对过热度的影响机制
• 能设计EXV开度-过热度闭环并给出典型控制参数的物理意义
• 能判断座舱温控在瞬态工况下的常见异常并给出应对
• 说清制热模式下热泵与 PTC 的运行时切分与交接，以及制冷回路七条限值红线的阈—迟滞—去抖—恢复设计

1. 两条环的结构与耦合
   • 是三层结构，不是两层：① 座舱设定温度 → TAO 慢外环，执行=风量+混风门（归 [[C6-01]]，本课只管冷源侧、不展开风道侧）；② TAO 与除湿需求、蒸发器结霜下限仲裁出蒸发器目标温度 Te_tgt；③ 压缩机转速环闭蒸发器出口温度 T_e 对 Te_tgt。转速环不直接闭座舱空气温度——体系内既定口径见 [[G1-02]]「上层给目标蒸发温度/过热度/排气压力，压缩机执行转速闭环」
   • 过热度环：目标=蒸发器出口过热度 ΔT_sh，执行=EXV 开度。它与转速环**不是串级的内外环**，而是通过冷媒回路相互耦合的两条并列快环——本课的串级只发生在 Te_tgt → 转速环这一层
   • 双环耦合：压缩机转速变化改变蒸发压力，进而扰动过热度环
   • 前指A1-05过热度定义、C1-02四大件匹配
   • 本课定位：这两条快环是 [[K3-01]] 模式表某一行被激活之后的**环内实现**；模式怎么选、跟电池冷却抢压缩机时谁让谁，属 K3-01 的仲裁范畴，本课不展开
2. 压缩机转速控制
   • 变排量/变频压缩机的转速-制冷量关系（非线性，低速区效率差）
   • 转速控制律：座舱温度偏差→目标转速映射（PI+前馈，衔接K3-05）
   • 转速限幅与斜坡：避免电流冲击与噪声突变
   • 低转速工况的真实下界是**回油不足与容积效率塌陷**：低于回油最低转速时冷冻油返不回压缩机，失效以长期磨损形式滞后爆发（机理见 [[G1-02]] §4.1）；同时内泄漏占比上升，实际排量与理论排量偏差拉大、COP 一起下掉。转速下限不能凭经验拍，依据取 [[C3-02]] 的运行包络四条边：最低蒸发压力、最大压比、排气温度上限、回油最低转速
   • 容量可行性判据：先算最小负荷率 LR_min = Q_load,min / Q_comp,min（Q_comp,min = 回油最低转速×排量对应的可持续制冷量，取值来源 [[G1-02]] 第 4 讲）。LR_min < 1 时控制层已经无解——死区、最小运行/停机时间、滤波怎么调都只是在分配代价而不是消除代价，这是方案定型阶段的校核项、不是标定阶段的补救项。四个必须点名的典型低负荷工况：露营/休息长时驻车（[[C6-04]]）、后排单开（[[C6-02]]）、直冷包保温（[[D2-02]]）、冬季低负荷制冷除湿
   • 开停机频次的完整估算式：常见口径只有 f_cycle ≈ 1/(t_on+t_off) ∝ 1/(C_cabin·ΔT_db)，只含热容与死区两项、缺负荷率这一维。补出量纲关系 f_cycle ∝ LR·(1−LR)·Q_comp,min/(C_sys·ΔT_db)，反直觉结论是**频次极大值出现在 LR≈50% 的半载点，而不是负荷最低点**——负荷极低时是长停短开、负荷接近最小容量时是长开短停，两端频次都低，中间最难受。所以标定的恶劣工况不能只挑最冷/最热两端
   • 需求低于最小容量时的三条处置路线并排（按能耗、温差与舒适、NVH、寿命四本账打分，并注明各自适用架构：直冷 vs 间接、单蒸发 vs 双蒸发、有无水路热惯性缓冲）：①温度死区＋最小开/停机时间——死区、最小开停机时间与 f_cycle 前指 [[C6-04]] 第四节，滞环整定前指 [[K6-03]]「冷却启停滞环」与 ΔT_hys ≥ 2δ_sensor + ΔT_max,pack；②贴最低转速运行、容忍过冷与温度波动——「降转速优先于开停机、但不得破回油下限」前指 [[G1-02]] §3.3 与 §4.1；③热气旁通/假负荷卸载。本条只给结论与出处，各路线本体一律互指、不重写
   • 热气旁通/假负荷的非除霜用法（本站唯一真空白项，故在此展开）：旁通点位取「排气→蒸发器进口」或「排气→吸气」；靠伪造负荷把压缩机抬离最小容量，代价是纯耗功、且旁通热气会把过热度环搅乱（ΔT_sh 读数失真）；只有在最小可持续容量远大于常态需求、又必须连续运行的架构上才值得上这套硬件。注意它与压缩机内部旁通卸载/数码涡旋不是一回事——后者见 [[G1-02]] §1.3，结论是整车上无竞争力
   • 四本账的量化口径与「必须改硬件」的触发次序：能耗账＝单次启停过渡损失 × f_cycle（过渡损失含加速功、油循环扰动、压力再平衡，机理引 [[G1-02]] §3.3，不重推）；温差账＝ΔT 波动幅值 ≈ ΔT_db + 超调，直冷场景须换算成 ΔT_pack 增量（转 [[D2-02]]）；NVH 账＝启停声的可闻阈与夜间门槛（转 [[C6-04]]、[[G11-04]]）；寿命账＝启停次数当量与循环载荷（转 [[G1-05]]、[[I6-01]]）。触发次序写成一条可执行的判据：先加宽死区 → 顶到舒适/温差上限 → 再加 t_on_min/t_off_min → f_cycle 仍超限或温差已超包内限值 → **参数域已耗尽，必须回退到硬件域**（更小排量与旁通卸载归 [[G1-02]] 第 1 节，多压缩机/多回路归 [[C6-03]]，蒸发压力调节与分时供冷归 [[B3-02]]）
   • 两条边界要点破：①低负荷同时逼近两条下界——最小稳定过热度 MSS 恶化（[[G3-03]]）与回油恶化（[[G1-02]]/[[G1-05]]），所以低负荷不是轻松工况，而是回油与过热度控制最难的工况，验证工况卡必须覆盖；②**容量层开停阈值与模式层迟滞/最小驻留是两套阈值**（后者归 [[K3-01]]），互相牵制、不能共用一组参数。本节只讲需求低于最小能力时的控制处置，能力匹配与高效转速带仍归 [[G1-02]]
3. EXV过热度控制
   • EXV开度-过热度非线性、大迟延特性（气态传输迟延+换热器热惯性）
   • 典型控制律：PI为主+抗积分饱和，部分方案叠加前馈
   • 过热度设定值不是常数：随蒸发温度/工况漂移的判据
   • 液击风险 vs 过热损失的过热度设定权衡（衔接A1-04）
4. 双环耦合与解耦
   • 转速阶跃对过热度环的扰动：需过热度环响应更快或加解耦前馈
   • 增益调度：不同蒸发压力/负荷下用不同PI参数（衔接K3-05）
   • 两条快环的时标要分开：转速环（闭 T_e）与过热度环（闭 ΔT_sh）的响应速度不能靠得太近，否则来回打架。可校核口径——分别对两环做阶跃辨识取主导时间常数，比值不足时先降慢环增益或加解耦前馈，经验带宽比只是起点、必须实测标定。这是**时标分离**的一个实例，一般判据、「快多少算够」的量化方法与通道配对准则见 [[K3-14]]，本课只做这一实例、不重讲通法
   • 结构术语要说准：本课的串级（级联）只有一层——Te_tgt 是外环/主环的输出、压缩机转速环是内环/副环；而转速环与 EXV 过热度环是 2×2 配对下**并列的耦合快环**，不构成串级。画框图时必须分别标出「哪条是串级内/外环」「哪条是并列耦合环及其耦合点」
   • 系统硬件也会改环路增益：无储液缓冲件的最小充注系统，过热度环的有效增益偏高、稳定裕度偏窄，整定时须按 [[C1-03]] 的充注敏感度分档处理，不能与带储液器系统共用一组 PI 参数（物理机理在 C1-03，本节只做回链）
5. 典型异常与瞬态处理
   • 压缩机启停瞬态（一）过热度环的初始化：PI 积分项初值按当前 EXV 开度与前馈基准 θ_base 反算（I₀ = θ_actual − θ_base），既不从零起算、也不沿用停机前旧值——从零起算会让开度先塌一拍再爬回来，沿用旧值会把停机前的历史偏差原样带进新工况。起动初期过热度信号本就不可信，闭环交接要延后，窗口内走开环预置开度（做法与理由前指 [[G4-01]] §4.2）
   • 环温骤变（如出隧道/开窗）时温度环的抗扰
   • 传感器信号异常时的降级控制（前指K1-01/K1-03）
   • 控制律切换的无扰接管：交回闭环那一拍要把 PI 积分项/输出预置为当前实际开度。**只有位置式 PI 需要**——增量式 PID 同步刷新 e[k−1] 后跳变从 −38.5 个百分点降到 +0.15，差 257 倍；且 [[G4-01]] §4.2 的「切换期走开环预置开度、稳定后再交回闭环」在结构上已消掉这一跳
   • 蒸发压力作被控量时与过热度下限保护的共存结构：限幅 vs 低选/override 选择器（矛盾本体见 [[D2-02]]，ΔT_sh ≥ ΔT_sh,min 见 [[K6-02]]，MOP/LOP 见 [[G12-02]]）——全量「低选/override/选择器」0 门，属实缺
   • 压缩机启停瞬态（二）再启动放行判据（属 enable 条件，不是保护）：①最短停机时间 t_off_min；②高低压再平衡判据 |p_d − p_s| ≤ Δp_start，或按再平衡时间常数 τ_eq 做定时兜底；③吸/排气压力回落到允许窗口内；④上次停机形态是正常停机还是保护停机（决定放行与是否走甩液分支）。τ_eq 的量级由是否有单向阀/截止阀隔断、管路与储液器容积、环温与停机时长决定——孔管架构（常通）与 EXV 全关架构（可隔断）再平衡快慢相差很大。可用 EXV 预置开度在启动前做受控泄压（承接 [[G4-01]] 的 EXV 兼作截止阀与内漏讨论）。误区提醒：判据是「压差低于上限」而非「必须完全均压」，后者是定频往复机+毛细管系统的习惯。边界：高压上电使能链（预充、绝缘监测、HVIL、软起动限冲击电流）归 [[G12-03]] 与 [[K1-02]]，本节只写制冷侧允许判据
   • 压缩机启停瞬态（三）软起动与起动前短时甩液的择一，以及停机序列：择一按停机时长与环境温度触发，机理与两策对比归 [[G1-05]] §4.3（该处已写明「谁来判断是压缩机与控制团队的接口条款」，本节负责接下这个接口）；执行顺序＝EXV 预置 → 放行校验 → 软起动斜坡或短时甩液 → 过热度环由开环预置交回闭环（无扰接管复用本节已有要点）。停机序列＝降载 → 停机 → EXV 处置以抑制停机迁移（前指 [[B3-02]]、[[G10-01]] 储液器），排气单向阀防倒转由部件保证（[[G1-01]]），控制侧不得靠反复重启去试探
   • 压缩机启停瞬态（四）带液高发窗口：除霜/模式切换退出瞬间与压缩机再起动，此时过热度环刚交回闭环、EXV 前馈基准还没跟上，回液会把 ΔT_sh 压到近 0（实证见 [[G12-02]] 化霜后过热度掉到近 0、靠抬高目标过热度＋回液缓冲解决的案例）。做法：这两个窗口内把目标过热度临时抬高一档，并对压缩机转速加升速率限；退出条件用**驻留时间**而不是定时器（定时器兜底的教训见 [[K3-04]] 除霜退出误区）
   • 同一只 EXV 的四种控制模态与选择准则：①过热度环（常规制冷/制热稳态，被控量 ΔT_sh）；②蒸发压力环（低温制热按「抬蒸发压力保吸气密度」，电池直冷按「蒸发压力经饱和关系折成板温」，前指 [[G4-01]]、[[D2-02]]）；③预置定开度开环（模式切换期与重同步期，做法与理由前指 [[G4-01]] §4.2/§4.6）；④全关截止（停机或隔离支路，内漏是选型硬指标，归 [[G4-01]] §4.1）。被控量多解时的选择准则＝**看哪个量此刻是约束边界**：蒸发温度受限于板温/结霜目标时选压力环、压缩机回液风险主导时选过热度环、信号失真期（流量突变、传感器滞后）一律退到定开度。切换判据与最小驻留归 [[K3-01]]/[[K3-03]]/[[C3-03]]/[[C3-05]]，开度变化率限幅归 [[K3-05]]
   • 两路来源相减的派生量在瞬态下的可信性：ΔT_sh = T_meas − T_sat(p) 由两路信号相减而来，两路若分属不同任务或不同报文，模式切换、化霜进退、压缩机启停时压力变得快而温度那一路还是旧值，相减会给出一个并不存在的过热度尖峰或凹坑，EXV 据此误动作——现象与真回液极像但根因完全不同。分辨方法：真回液时排气/吸气的温压同向变化且可复现，测量错配时改采样时刻或改任务配置后现象立刻就变。处置＝瞬态标志窗内或对齐失败时抑制过热度环输出（保持上次开度或走开环预置开度、稳定后再交回闭环），与本节「无扰接管」及 [[G4-01]] §4.2 同一套动作，不新造机制。对齐手段本体前指 [[K1-01]]；空间侧的共位错配（P 取 A 点、T 取 B 点）已由 [[G12-02]] §1.3 讲透，本条只讲时间侧
6. 制热模式：热泵与 PTC 的运行时切分与交接
   • TAO / Q_demand 分解到两个热源：先给热泵吃满（COP 高），不足部分才由 PTC 补差——平衡点温度与补差边界承接 [[C3-02]]
   • 交接的三件套：迟滞带、最小驻留时间、交叠斜坡（通用件在 [[K3-01]]，本节只做制热侧的实例化取值）。三件套是**分程（split-range）分配律**的实例化——动作顺序、交班点、重叠带宽度这些通用参数以及开环 MAP 与闭环分程的取舍见 [[K3-05]]。重叠带宽度的量化口径：按「PTC 单档功率 ÷ 热泵在该环温下的制热量斜率」定，太窄则档间出力出台阶、太宽则两热源长期共存拉低整体 COP
   • PTC 分档投切的条件承接 [[C2-06]]（作业②已有分级投入与投退条件），本课不重复，只讲它与压缩机排量分配的联合决策
   • 出风温度不出台阶：斜坡接管的范例见 [[B2-02]]；母线电流不出台阶：台阶约束见 [[K3-07]] 的 P_budget 式。三件套的取值不能只按热源侧稳定性整定，还要反过来被座舱侧的**可感知阈**约束——单次交接引起的出风温度台阶及其变化率是硬指标，判据与标定量见 [[C6-01]] 冬季 warm-up 要点
   • 制热需求合成 Q_demand：把座舱送风热需求（由 [[C6-01]] 的 TAO 与 SW=(TAO−Te)/(Th−Te) 折算出的 Th 需求）、电池加热请求（[[K3-03]] 的目标温升与 t_lead）、除霜除雾请求（[[C5-01]]/[[C3-04]]）合成一个实时 Q_demand（kW）。分配在 P_budget 封顶下进行（口径引 [[K3-07]]，跨子系统权重法不重复）：Q_demand 减去当前热泵可出力（曲线取自 [[C3-02]]，本课只取用不重推）后的补差量，切分为压缩机转速指令与 PTC 档位/占空比——PTC 侧只给功率请求 P*，执行与过温保护下指 [[G9-03]]
   • pull-up 段与稳态段必须用两套分配律和两套限幅：pull-up（冷起动升温）允许 PTC 大出力换升温速率，稳态段尽量全热泵换 COP。同一组参数通吃，结果只能在「升温慢」和「高速巡航还在烧 PTC」之间二选一
   • 制热模式下压缩机转速环的被控量要换：不再是蒸发器出口温度，而是冷凝侧目标（水冷冷凝的目标水温、或高压侧目标压力/目标出风温度），并同时受排气温度上限与工作包络对转速上限的约束（前指 [[C3-02]]、[[G1-02]]）。这一条整个大纲无第二处覆盖，别把制冷侧那条控制律原样搬过来用
7. 制冷回路的限值保护层
   • 七条红线的阈—迟滞—去抖—恢复：高压上限、低压下限、排气温度上限、压比上限、回油最低转速、**低过热度/带液（湿压缩）**、**蒸发器防冻结 Te 下限**（包络四条边承接 [[C3-02]]，MOP/LOP 与包络优先于闭环见 [[G12-02]]）
   • **保护动作 ≠ 置 DTC**：保护是控制层的限幅与卸载，诊断码是 [[K5-01]] 的事；把两者绑死会让正常的边界工况刷出满屏故障码
   • 两级限速的震荡排查：部件内置保护限速与域控保护限速叠加时会互相追（注意与 [[G1-02]] §5.2 的 EXV—压缩机抢控过热度不是同一件事）
   • 降额曲线、FTTI 与 safe state 引 [[K5-02]]，迟滞带与最小驻留引 [[K3-01]]，运行边界四条与保护上报引 [[G1-02]] 第 4/5 讲，本节只做制冷回路的实例化
   • 第六条红线 低过热度/带液（湿压缩）保护：①**判据不能用瞬时过热度**——用 ΔT_sh 低于阈值的时间积分或下降速率（体系内先例＝[[G9-03]] 的干烧判据用温升速率而非绝对温度），并与排气温度异常**偏低**（方向与既有排温上限相反）做联合判据；两条判据的阈值与去抖整定/验证方法前指 [[K5-07]]，本课不展开。②动作序列与优先级：抬目标过热度 → 限压缩机转速上升率 → EXV 先关后切 → 强制退出除霜/模式切换；前三步是本节 override 选择器的输入，第四步要越过外环去改模式请求，是本节唯一一条能反向抢模式权的保护。③两级恢复：可恢复降额（ΔT_sh 回到目标带并驻留 T 后逐级退出）vs 闭锁故障（同一驾驶循环内反复触发 N 次则闭锁，需下电或服务清除），闭锁等级定义引 [[K5-02]]、不重讲
   • 第七条红线 蒸发器防冻结 Te 下限：①判据四选一与取舍——蒸发器出口空气温度 / 翅片表面温度 / 蒸发压力经饱和线折算 / 风温回差，四者的响应速度、代表性与成本各不相同；单点传感器的代表性直接决定该判据可信度，机理与正反馈失控环一律前指 [[G2-03]] 第 4 讲 §4.3，本课不重讲。②Te 下限的迟滞带、最小驻留时间与减载斜率复用 [[K3-01]] 通用件，本节只做制冷回路的实例化取值。③方向冲突仲裁：除湿/除雾要压低 Te、防冻结要抬高 Te，两者是同一条轴的两端——视野安全优先级前指 [[C5-03]]，上界（露点约束 T_evap < T_dp(回风)）前指 [[C4-04]]。④误判区分：真结冰 vs 低风量（滤芯堵、鼓风机降档）vs 传感器漂移，给出三者的可分辨特征量。⑤减载与恢复期会出现制冷量空档与出风温度回摆，恢复判据不能与减载判据同阈，否则往复
   • 同一条限不是一个阈值，而是「预警/降载/保护/停机」多档，每档动作按代价从轻到重排：降转速（[[G1-02]] §4.3）→ 抬蒸发压力目标（[[G12-02]] §3.3 LOP 侧）→ 开补气缓解排温（[[C3-05]] 已有进/退判据与迟滞+最小驻留，此处只作为排温档的减压手段调用）→ EXV 保护性开度（[[K3-04]]）→ 停机（[[K5-02]] safe state）。动作本体一律前指、本处只给映射表。范式对照 [[E2-05]]「预警→降频→限流→限扭→跳保护」与 [[E1-05]]「预警降额→限扭→跳保护」——本节是它们在制冷剂回路上的对应物
   • 多条限同时逼近时的汇流结构：把本节已有的「限幅 vs 低选/override 选择器」从「蒸发压力 vs 过热度下限」这一对，推广为七条红线共用的**低选（min-select）**——各条限值各自算出一个允许转速/允许开度上限，取最小者下发，而不是写 if-else 优先级链。低选的输出必须带一位「当前哪条红线在压制」的标记，该标记同时给到标定观察量与 [[K5-01]] 的冻结帧（台账的列定义、更新周期分类与跨执行器（PTC、水泵）的通用形式见 [[K3-01]]，本节只做制冷回路的实例）。退出用迟滞带（ΔT_hys 与 t_dwell_min 引 [[K3-01]]，不重写），另加一条「保护退出后的再进入闭锁时间」——与最小驻留要分开：最小驻留管的是模式切换频次，闭锁时间管的是同一条保护的反复触发
   • 温控环的目标制冷/制热量必须落在 [[G1-02]] 的转速—容量地图与四条运行边界（最低转速回油、最高转速温升、排温上限降额、低吸气压力能力衰减）围出的**可达区间**内。目标超出可达区间时该由上层削需求，而不是让保护层反复兜底（物理不重推，前指 [[G1-02]]、[[C3-02]]）
   • 再启动放行属于「进入允许（enable）条件」，与本节的「保护限幅/卸载」不是一类：不要混进同一张阈值表，也不因为未放行就置 DTC（沿用本节「保护动作 ≠ 置 DTC」的写法）

• 只调座舱温度环PI，不管过热度环带宽是否跟得上，转速快时过热度被压穿，出现湿压缩隐患
• 过热度设定值定死一个常数，忽略蒸发温度漂移，低负荷工况过热度实际过大浪费换热面积
• EXV开度环PI参数在小开度/大开度区用同一组增益，非线性区响应失配，该用增益调度
• 转速指令用阶跃而非斜坡，压缩机电流/噪声冲击，且加剧过热度环扰动
• 温度环积分饱和未做限幅，长时间达不到设定温度时积分项爆掉，工况恢复后严重超调
• 把低转速的限制理由说成「防喘振」——喘振是离心式/轴流式叶轮机在小流量大压比下的流动失稳，车用涡旋/旋叶/斜盘压缩机是容积式、压升由排气侧背压决定，根本没有这条线；真正该校核的是回油下限与容积效率。若确要讨论低负荷下的振荡，那是过热度环增益失配引起的 hunting，与 surge 必须明确切开
• 把压缩机转速 + EXV 当成同一个被控量的分程（split-range）去做出力劈分——转速控的是 T_e（目标由上层给 Te_tgt）、EXV 控的是 ΔT_sh，这是 2×2 配对下的双环耦合，解法是解耦前馈与增益调度，不是分程；这条误判在需求文档里反复出现
• 只调过热度环、不看 Te 下限限幅：保护介入压着 EXV 时过热度环的 PI 仍在积分，限幅解除后一次性放出来造成过冲
• 多条限值用 if-else 排优先级：两条限交替占优时输出来回跳，应改用低选（min-select）汇流
• 把「低负荷」等同于「轻负荷、不用管」——低负荷同时逼近最小稳定过热度与回油两条下界，是回油与过热度控制最难的工况
• 靠加宽温度死区去压启停投诉，却不回头查是否把温差、蒸发器结露与 OCR（油循环率）一起赔了进去
• 最小输出已经大于当前需求时仍然坚持用连续调制，被迫落进开停机振荡——此时该走温度死区+最小开/停机时间，或直接判定容量不匹配（现象参照 [[C6-04]] 的整夜启停案例）
• 热泵与 PTC 用单阈值硬切（到点就切）：出风温度与母线电流一起出台阶，且在阈值附近来回切；必须用迟滞带＋最小驻留＋交叠斜坡三件套

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