车载空调自动控制系统设计毕业设计(编辑修改稿)

车载空调自动控制系统设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

年代就参加到模糊控制领域的研究讨论当中，到了 90 年代和最近几年，已经在模糊控制等智能控制领域得到了较成熟的发展。 在理论研究方面，国内研究涉及了基于传统 PID 的模糊控制，基于神经模糊网络模糊控制和时空混沌的自适应模糊控制等。 可以说 国内的理论研究已经朝纵深发展，理论体系也比较完善。 而根据近几年的研究发展可以看到，大量的研究都尝试采取新型的自适应进化算法，如神经网络、遗传算法和模糊控制相结合应用。 而在实践应用领域，模糊控制在近几年几乎涉及到各个重、轻工业领域。 在空调制冷系统，温度控制系统和各种家庭小电器中都可以看见用模糊控制方法实现优化处理的应用文章。 对于汽车空调的算法，国内外也有许多相关的研究。 Mitsul 曾用 PID控制器对 汽 车空调运行进行控制，该控制器的执行机构为电子膨胀阀和压缩机，根据长春工业大学本科毕业设计（论文） 9 蒸发器进、出口温度之差 ， 用 PID 控制 器对电子膨胀阀的阀口开度进行控制。 与热力膨胀阀控制相比，能取得较好的效果。 而采用模糊控制方法的也有相关报道，但是并没有形成统一成型的模糊控制方法，甚至只是一些尝试，需要更深入地进行研究和应用。 从国内汽车空调技术水平来看，尽管我国汽车空调产品的开发设计水平有了大幅度提高，但其技术含量仍低于国际先进水平，我国汽车空调面临着产品升级换代的问题。 随着我国汽车配件市场的逐步开故，国内汽车空调面临国外汽车空调专业生产厂家的严重挑战。 因此，国内汽车空调生产如何走上专业化、规模化经营之路，将成为我国未来几年汽车空 调业迫切需要解决的问题。 国外 车载 空调的 发展 状况 长期以来，国外的许多相关厂家一直致力于汽车空调的改进与新产品的研制，并且投入了大量的人力物力，同时得益于微机控制、微电子技术的发展，取得了相当的成就。 目前，美国生产的客车 12%装备了自动空调系统，只要预先调好温度，机器就能自动地在调定的温度范围内工作，有 82%的客车装备了手动空调系统。 美国通用汽车公司和日本五十铃汽车公司 （ 后合并到三菱集团 ） 一起联合研究微机控制的客车空调系统，将客车空调技术推到一个新的高度。 法国路易斯公司开发出了头部和脚部温度能分别 调节的空调装置。 欧洲，日本等汽车工业发达国家的汽车公司也相继开发出各自的自动空调系统。 国外一些大汽车公司的汽车空调系统代表了全自动空调的最高水平美国通用汽车公司 1964 年率先在轿车上应用自控汽车空调，开辟了自控汽车空调装置阶段的先河。 自控汽车空调只需预先设定温度控制，自动保持在温度范围内工作。 装置根据传感器随时检测车内外温度，自动地调控装置各部件工作，达到控制车内温度和行使其他功能的目的，通用汽车公司某型轿车车身计算机模块 （ BCM） 控制的空调系统是较典型的自动空调系统。 该模块监视高压管路、低压管路的温度以 及储液干燥器的压力及发动机冷却水温等信号。 如果系统不在设定的范围内工作， BCM 将压缩机电磁离合器脱离。 该系统用一个双向电动机调节混合风门开度，并用 5 个操纵机构分别控制各个模式风门和加热器热水阀，还用功率模块控制鼓风机的转速。 根据驾驶员输入的温度、车室内外温度及制冷剂低压管路温度， BCM 计算出气流分送模式，鼓风机转速及混合风门开度，然后进行相应的控制。 日本丰田某型轿车自动空调监测车内外温度、蒸发器温度、冷却水水箱温度以及阳光辐射强度、压缩机转速等参量，通过控制压缩机磁吸、风机转速和温度混合风门、内外 流循环风门和模式风门的伺服电机，进行车室温度调节。 该空调 ECU（电子控制单元）首先计算送风温度，并根据送风温度控制风机转速、混合风门开度、压缩机长春工业大学本科毕业设计（论文） 10 启停及送风模式。 另外， 模糊控制在国外发展非常迅速，在 IEEE 上有关于模糊系统的专刊，而且定期举行模糊系统协会国际会议。 在欧美、日本等地，模糊控制理论迅速应用到了商业产品中去，其中就包括日本把模糊控制成功应用到地铁和各种家电产品的实例。 现在国外的模糊控制理论研究基本上在每个领域上都取得了成功，其中包括工业温度控制，大型空调系统控制和电冰箱温度控制等。 在多输 入、输出非线性系统领域中取得了骄人的成功，突破了传统控制方法的局限。 国外空调控制领域也朝着模糊控制的方向发展。 课题的研究内容和主要工作 本课题 是 设计一个基于微机的汽车空调电气控制系统。 系统由主控制单元和输入输出控制单元及外围电路组成，并具有过 /欠压，离合器转速高 /低保护功能。 研究内容 如下 ： （ 1） 系统整体方案的设计 仔细分析国外先进的全自动空调控制系统的特点，借鉴他们的成功经验，结合我国的实际情况，进行总体方案的设计。 确定改进以往的客主空调控制系统的温度设定，真空操作等部分，以单片机为控制系统的 核心，开发出具有风口自动转换，温度范围可调，满足一定湿度及清洁度的空调控制系统。 （ 2） 控制系统的硬件电路的设计 控制系统采用了 89C51 单片机为主控单元，还包括模拟信号采集电路、人机接口单元、看门狗电路、执行机构等。 执行机构由电机、鼓风机、加湿器、空气净化器及其操纵机构组成。 （ 3） 模糊控制理论的研究以及模糊控制技术的应用 学习模糊控制的基础，并结合汽车空调控制系统的实际情况，将模糊控制技术初步用于空调控制器。 （ 4） 系统软件的设计 软件主要是指系统主程序的设计，此外，为了弥补硬件抗干扰能力的不足，还进行 了软件抗干扰的设计。 （ 5） 样机的试验调试 进行样机的实验调试，检验开发出的样机是否达到设计要求，运行是否准确可靠。 主要技术参数： 1. 蒸发机和冷凝机工作电压 DC24V，功耗 200W，额定风量分别为 1000 3m /h和2100 3m /h； 2. 熔断器额定电流值 12A； 长春工业大学本科毕业设计（论文） 11 3. 高压开关在绝对压力高于 时触电吸合，系统报警 ； 绝对压力低于 时触点断开，进入工作状态。 4. 低压开关在压力低于 ，系统报警 ； 绝对压力高于 时触点断开，进入工作状态。 长春工业大学本科毕业设计（论文） 12 第 2 章 车载 空调系统的介绍及总体设计 车载空调的功能 汽车空调 具 有以下几个功能： ：这是汽 车 空 调 的基本功能，汽车空调在冬季利用其采暖装置升高车室内的温度，在夏季，车内降温由制冷装置完成。 ：普通汽车空调一般不具有这种功能，只有高级豪华汽车采用的冷暖一体化空调器，才能对车内的湿度进行适量的调节。 它通过制冷装置冷却降温去除空气中的水 分，再由采暖装置升温以降低空气的相对湿度，但在汽车上目前还没有安装加湿装置，只能通过开车窗或通风设施，靠车外新风来调节。 ：空气的流速和方向对人体舒适性影响很大。 夏季，气流速度稍大，有利于人体散热降温，但过大的风速直接吹到人体上，也会使人感到不舒服。 冬季，风速大了会影响人体保温，因而冬季采暖希望气流速度尽量小一些。 ：由于车内空间小，乘员密度大，车内极易出现缺氧和二氧化碳浓度过高的情况，汽车发动机废气中的一氧化碳和道路上的粉尘，野外有毒的花粉都容易进入车内，造成车 内空气污浊，影响乘员的身体健康，因此必须要求汽车空调具有补充车外新鲜空气，过滤和净化车内空气的功能。 车载 空调系统原理 车载 空调系统基本工作原理 车载 空调的基本功能是通过人为的方法使车厢的温度降低和升高、从而达到使人体感到舒适的温度环境。 高级汽车空调还包括对车厢内空气净化、控制二氧化碳含量和控制空气湿度等高级功能。 一般汽车空调系统都可以分为采暖系统和制冷系统两部分。 如图 21 为汽车空调制冷循环图。 长春工业大学本科毕业设计（论文） 13 图 21 汽车空调制冷循环图 制冷系统主要由压缩机、冷凝器 （ 包括 冷凝风机 ） 、膨胀阀和蒸发器 （ 包括蒸发风机 ） 组成。 其制冷原理是利用液态制冷剂吸热产生冷效应。 首先，低压 （ 低温 ） 液态制冷剂进入用来冷却车内空气的蒸发器，制冷剂在定压下吸热气化。 由于制冷剂在管内气化时的温度低于管外空气的温度，因此能自动地吸取蒸发器周围空气中的热量，使蒸发器周围空气的温度降低，产生冷效应。 然后，气化了的制冷剂通过压缩机压缩，变成高于车外空气的高温高压气体。 高温高压的制冷剂通过在车室外的冷凝器，发生液化，将热量释放到车外，制冷剂放热就变成了高压 (高温 )液态冷凝剂。 最后，经过节流阀，降温降压，恢复到低 压 （ 低温 ） 液态。 所以，当空调要进行制冷时，必须开启压缩机使制冷剂循环，从而降低车内温度。 采暖系统是由暖风散热器、暖水阀和风机组成。 由于汽车行驶时发动机产生大量热量，一般小型汽车空调都采用发动机余热采暖。 发动机冷却水通过暖水阀流入暖风散热器，从而升高通过暖风散热器的空气。 所以，当空调要进行加热时，必须开启暖水阀。 车载 空调系统的总成结构 目前，大多数客车空调系统总成采用全功能型，其风道系统如图 22 所示。 图 22 冷暖合一型空调 长春工业大学本科毕业设计（论文） 14 内外循环风门由内外循环电磁阀控制，当内外 循环电磁阀闭合时，汽车空调处于内循环状态，这个时候只有车内回风能够进入空调风道。 反之，当内外循环电磁阀开时，空调处于外循环状态，这个时候不仅仅车内回风能够进入空调风道，车外空气也进入空调风道，也就制冷 （ 加热 ） 处理前空气是车内回风和车外新鲜空气的混合气体。 鼓风机由鼓风机调速电路控制，其作用是推动空气在空调风道里流动，在冷暖合一型空调中，它同时也起了是制冷蒸发器风扇和暖风散热器风扇的作用。 所以鼓风机的快慢直接影响到了制冷蒸发器和暖风散热器的对流散热快慢，也就直接影响到了车内空气的调节速度。 由于空调风道只有这一 个鼓风机，所以无论是哪个出风口风速的大小都是由该鼓风机控制。 制冷蒸器连接制冷压缩机，压缩机由压缩机电磁阀控制。 压缩机电磁阀吸合后，压缩机开始工作，蒸发器就能从流过的空气中吸取热量，从而使空气降温。 暖风散热器由暖水电磁阀控制，暖水电磁阀吸合后，发动机冷却水流过暖风散热器，这样就可以通过发动机余热进行热交换，将经过散热器的空气加热。 混合风门开度由混合风门电机控制。 风向风门由风向风门电机控制。 风向风门可以控制空调出风口的出风方式，也就是控制经过处理的空气从除霜风口、下吹风口和前吹风口吹出。 综上 所述，整个汽车空调控制系统可以通过六个受控装置来控制，它们分别是内外循环电磁阀、鼓风机调速电路、混合风门电机、压缩机电磁阀、暖水电磁阀和风向风门电机。 1. 车载 空调的制冷系统 空 调的制冷方式很多，目前实际应用于汽车上的空调制冷方式，全部为 蒸汽 压缩式制冷方 式。 汽车空调 蒸汽 压缩式制冷原理图如图 23 所示。 图 23 蒸汽 压缩式制冷原理图 1压缩机 2排气管 3冷凝器 4风扇 7高压液管 6干燥贮液器 8膨胀阀 9低压液管 10蒸发器 11鼓 风机 12感温包 13吸气管 长春工业大学本科毕业设计（论文） 15 空气压缩机由发动机驱动旋转。 由压缩机排出的高温、高压制冷剂 蒸汽 ，通过高压软管进入汽车空调的冷凝器。 由于高温、高压的制冷剂 蒸汽 温度高于车外的空气温度，因此借助冷凝器风扇使冷凝器中制冷剂 蒸汽 的热量被车外空气带走，使高温高压的制冷剂 蒸汽 冷凝为较高温度的高压液体，通过高压软管流入干燥贮液器，经干燥和过滤后，流过膨胀阀 ， 在膨胀阀的节流作用下，制冷剂变为低温低压的液体而进入汽车空调的蒸发器。 在定压下汽化并吸收蒸发器管外空气中的热量，使流经蒸发器的车内循环空气的温度降低为冷气 ，通过鼓风机送到车内，降低车内的空气温度。 气化后的制冷剂 蒸汽 ，由压缩机吸入进行压缩，又变成高温高压的制冷剂气体，通过高压软管压入汽车空调的冷凝器中，完成了汽车空调的一个制冷循环。 此循环周而复始地进行，就可以使车内的温度维持在舒适的状态。 由于大型客车的制冷量大，通风要求高，所以大型客车上普遍采用独立式空调制冷系统，独立空调制冷系统采用辅助发动机的动力来供应制冷系统 ， 例如压缩机，冷凝器和蒸发器的风扇等所需要的动力，独立式空调制冷系统的制冷量不受行车速度的影响而受控于人，停车时仍然可以进行制冷空调工作。 在独立式 空调系统中，压缩机转速基本不变，本系统中只通过控制压缩机的开关来控制空调的制冷。 2. 空调系统的采暖装置 车载 空调的取暖系统分为余热式取暖系统和独立式热源取暖系统，独立的热源取暖系统又分为独立热源气暖装置和独立热源水暖装置两种。 大客车上通常采用的是独立热源水暖装置，水加热器的最大优点就是不仅可作为车厢取暖之用，而且可以预热发动机，预热润滑油和蓄电池，便于各季发动机起动和很快转入稳定状况。 待发动机工况稳定后，再将被加热的水引向车厢内的加热器供取暖用。 安装采暖装置主要有以下作用： （ 1） 采暖装置和 蒸发器一起将空气调节到人们舒适温度，现代客车空调已经发展到冷暖一体化装置，全年地对车内的空 气进行调节，通。