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1、客车空调智能控制技术及系统开发 1 绪论 1 1引言 客车是现代社会中的主要交通工具之一 以我国为例 2 0 0 0 年公路客车的客运量 旅客周转量分别占全社会客运量和旅客周转量的 9 1 2 和 5 4 3 与此同时 全国城市 客车客运量达3 4 1 1 亿人次w 目 前大部分客车上都安装了空调系统 客车空调是客车 空气调节的简称 即采用人工制冷和采暖的方法 调节车内的温度 湿度 清洁度等参 数 从而将车内空间的环境调整到最适宜的状态 创造良好的劳动条件和工作环境 以 提高司机的劳动生产率和行车安全 创造良 好的车内环境 保护乘员的身体健康 利于 乘员旅游观光 学习或休息 随着国内人民生活水
2、平的 提高和汽车工业以及现代高科技 和电子技术的发展 人们对舒适性的要求的也越来越高 现代客车空调正在以追求舒 适 自动调节 便于操作 为乘客及司机创造有利的外出旅游环境及安全工作环境作为 一个目 标 当前 只有豪华大客车安装了 微机控制的 空调系统 例如三菱大客车B S 7 1 2 D 型 飞 习 而一般的大中型客车上的空调还是功能不够齐全的手动控制的空调系统或电 控 的空调系统 手动和电控空调在功能上和使用上的缺点暴露得越来越明显 例如操作不 方便 安全性不好 不能很好地调节车内空气 对乘客的观光旅游 学习及驾驶员的工作 不利 所以为了满足人们外出观光旅游的需求 从市场方面要求 希望汽车空
3、调装置能 够进一步应用在普通的大中型客车上 同时空调能够进一步降低成本 提高燃油经济性 空调控制系统能够实现自 动化 智能化 从乘客和驾驶员方面要求 车内温度要合理分 布 要求操作简便 空调装置应向全季节型发展 由此看来 客车空调智能控制系统即 客车空调控制器的开发 能够改善工作条件 提高舒适性 而且对提高客车等级从而提 高客车的市场竞争力 有重要的意义 可广泛用于大中型客车 1 2国内外客车空调的研究现状 1 2 1 我国客车空调的发展现状 我国的汽车空调起步较晚 所以汽车空调技术一直发展缓慢 我国现有主要汽车空 调生产厂家 2 0多家 上海恒初车用空调有限公司 上海松芝汽车空调有限公司 上
4、海 汽车主调器厂 空调国际 上海 有限公司等 其中空调国际 上海 有限公司主要生产为 依维柯 金杯等品牌配套的面包车 大客车空调 这些空调生产厂家大都根据自己的空 调系统生产配套的空调控制器 他们绝大部分是引进国外技术生产线和生产设备 还有 些中外合资企业 国内 汽车空调技术的研究和开发与 国外的 差距正在逐渐减小L 月 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放 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
5、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 目 前 我国客车上最常见的几种空调系统有七 手动调节 的空调系统 拉绳式空调 种制系统 真空调节的空调系统 还有电控气动的空调控制系统 虽然目前有很多种形 客车空调智能控制技术及系统开发 式的空调控制系统 但是它们都有一个共同的缺点 温度的调节 通风机构和风向 风 速等都是依靠司机拨弄各种键来实现 增加了司机的工作量 而且调整的空调参数不一 定是最舒适的范围内 而且不论进口或国产大客空调 目 前绝大部分配置不具备同时拥 有制冷 制热 除湿 通风等功能 1 2 2国外客车空调的研究状况 长期以来 国外的许多相关厂家一直致力于汽车空
6、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1 2 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 8 2 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 法国露络 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 5 6 1 7 1 1 3课题的研究内容和主要工作 本课题为工程实际项目 是
7、大连理工大学机电研究所和大连海斯特公司合作开发的 空调控制系统 学习借签国内外较成熟的应用技术和先进经验 根据产品要求 大体确 定以下研究内容 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 确定改进以往的客屯空调控制系统的 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 8 9 c 5 2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
8、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 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 1 4课题的理论意义和应用价值 目前国内客车空调控制系统都很简单 大部分都是手动控制 凭人的感觉来调 P 客车空调智能控制技术及系统开发 开关 因而温度 湿度及风量难以控制 并且国内外生产的大客车空调绝大部分不具备
9、 同时制冷 制热 除湿 通风等功能 而我们所研制的客车空调控制系统采用了先进的 电子技术以及模糊控制技术 使得空调系统的控制效果日 趋完善 该控制系统不仅克服 了原来产品的不足 还增加了许多功能 能调节冷 暖 湿度 通风 并且具有节能经 济 智能化 自 动化等优点 运用这种空调系统能 进行全天候的空气调节 在人为设定 的温度 湿度及二氧化碳含量的情况下 该系统可根据外界环境的变化及其它情况的变 化进行多档位 多模式的微调 从而达到设定的最佳值 使车内始终保持舒适的人工气 候环境 该系统能够广泛应用于大中型客车 对提高客车的竞争力有很大意义 而成本 增加不多 可大量更新现有汽车空调控制系统 有着
10、广泛的发展前景和实用价值 客车空调智能控制技术及系统开发 2 客车空调系统的介绍以及控制器的总体设计 要对某个系统进行控制时 必须要对它有一定的认识和了解 熟悉整个系统各个组 成部分的结构 功能特点以 及各个组成部分之间的内部联系 对客车空调系统的控制也 不例外 为了对客车空调系统进行有效的控制 先对客车空调系统做一个简单的介绍 2 1 2 1 客车空调系统的介绍 客车空调的功能 客车空调也属于汽车空调的范畴 就来介绍广泛意义上的汽车空调 从汽车空调的 定义也可以看出 汽车空调的有以下几个功能 1 调节车内温度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
11、降温由制冷装置完成 2 调节车内的湿度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 3 调节车室内的空气流速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 4 过滤净化车内空气由于车内空间小 乘员密度大 车内极易出现缺氧和二氧 化
12、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 2 1 2客车空调的制冷系统 空调的制冷方式很多 目 前实际应用于汽车上的空凋制冷方式 全部为蒸气压缩式 制冷方式 汽车空调蒸气压缩式制冷原理图如图2 1 所示 客车空调智能控制技术及系统开发 一 一 一 一 一 旦 莽寿 we尸 r 洲铐庄 一 一 一长 二 高压 侧 一一又 二二二 户 一 高压 一低压侧 二二 一 二 I II 一一 一 一一 一 一 一一 一 习一声 一 几了 鬓 里 一丫
13、 低压侧 图2 1蒸气压缩式制冷原理图 F i g 2 1 D i a g r a m o f v a p o u r c o m p r e s s i o n r e f r i g e r a t i o n 1 一压缩机2 一排气管3 一冷凝器4 一 风扇5 7 一高压液管 6 干燥贮液器8 膨胀阀9 一低压液管1 0 蒸发器 1 1 一鼓风机1 2 感温包1 3 一吸气管 空气压缩机由发动机驱动旋转 由压缩机排出的高温 高压制冷剂蒸气 通过高压 软管进入汽车空调的冷凝器 由于高温 高压的制冷剂蒸气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气的热量被车外空气带走 使高
14、温高压的制冷 剂蒸气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 便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 气化后的制冷剂蒸气 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
15、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 变 本系统中只通过控制压缩机的开关来控制空调的制冷 压缩机转速基本不 客车空调智能控制技术及系统开发 2 1 3空调系统的采暖装置 客车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
16、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 a 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 通过冷热风的调合 温度由人为设定 达到舒适性的要求 b 冬季取暖 c 车上玻璃除霜 冬天或者春季 室内外温差较大 车上玻璃会结霜和起雾 影响司机和乘客的视线 不利于行车安全 这时可以用热风来除霜和除雾 2 1 4客车空调配气系统 a l 只 电 乙 机 内气一 气 伙8 电机 一一 一一 外气 1 显 二 气 衫卜 电 机 9 见 电 机 图2 2 客车空凋配气系统 F i g 2 2 T h e d i s t r i b u t i o n s y s t e m o f b u s 1 一风机 霜风口 2 蒸发器3 一加热器4 脚部吹风口5 一面部吹风口6 一除 7 一加热器旁通风门 8 一空气进口风门挡板 9 一制冷系统进液出气管1 0 一水阀调节进出水管 客车空调智能控制技术及系统开发 图2 2 为客车空调配气系统 一般有三部分组成 第一部分为空气进口段 主要用
