【文章內容簡介】 年代就參加到模糊控制領域的研究討論當中，到了 90 年代和最近幾年，已經(jīng)在模糊控制等智能控制領域得到了較成熟的發(fā)展。在理論研究方面，國內研究涉及了基于傳統(tǒng) PID 的模糊控制，基于神經(jīng)模糊網(wǎng)絡模糊控制和時空混沌的自適應模糊控制等?？梢哉f 國內的理論研究已經(jīng)朝縱深發(fā)展，理論體系也比較完善。而根據(jù)近幾年的研究發(fā)展可以看到，大量的研究都嘗試采取新型的自適應進化算法，如神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法和模糊控制相結合應用。 而在實踐應用領域，模糊控制在近幾年幾乎涉及到各個重、輕工業(yè)領域。在空調制冷系統(tǒng)，溫度控制系統(tǒng)和各種家庭小電器中都可以看見用模糊控制方法實現(xiàn)優(yōu)化處理的應用文章。對于汽車空調的算法，國內外也有許多相關的研究。 Mitsul 曾用 PID控制器對 汽 車空調運行進行控制，該控制器的執(zhí)行機構為電子膨脹閥和壓縮機，根據(jù)長春工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 9 蒸發(fā)器進、出口溫度之差 ， 用 PID 控制 器對電子膨脹閥的閥口開度進行控制。與熱力膨脹閥控制相比，能取得較好的效果。而采用模糊控制方法的也有相關報道，但是并沒有形成統(tǒng)一成型的模糊控制方法，甚至只是一些嘗試，需要更深入地進行研究和應用。 從國內汽車空調技術水平來看，盡管我國汽車空調產品的開發(fā)設計水平有了大幅度提高，但其技術含量仍低于國際先進水平，我國汽車空調面臨著產品升級換代的問題。隨著我國汽車配件市場的逐步開故，國內汽車空調面臨國外汽車空調專業(yè)生產廠家的嚴重挑戰(zhàn)。因此，國內汽車空調生產如何走上專業(yè)化、規(guī)?；?jīng)營之路，將成為我國未來幾年汽車空 調業(yè)迫切需要解決的問題。 國外 車載 空調的 發(fā)展 狀況 長期以來，國外的許多相關廠家一直致力于汽車空調的改進與新產品的研制，并且投入了大量的人力物力，同時得益于微機控制、微電子技術的發(fā)展，取得了相當?shù)某删?。目前，美國生產的客車 12%裝備了自動空調系統(tǒng)，只要預先調好溫度，機器就能自動地在調定的溫度范圍內工作，有 82%的客車裝備了手動空調系統(tǒng)。美國通用汽車公司和日本五十鈴汽車公司 （ 后合并到三菱集團 ） 一起聯(lián)合研究微機控制的客車空調系統(tǒng)，將客車空調技術推到一個新的高度。法國路易斯公司開發(fā)出了頭部和腳部溫度能分別 調節(jié)的空調裝置。歐洲，日本等汽車工業(yè)發(fā)達國家的汽車公司也相繼開發(fā)出各自的自動空調系統(tǒng)。 國外一些大汽車公司的汽車空調系統(tǒng)代表了全自動空調的最高水平美國通用汽車公司 1964 年率先在轎車上應用自控汽車空調，開辟了自控汽車空調裝置階段的先河。自控汽車空調只需預先設定溫度控制，自動保持在溫度范圍內工作。裝置根據(jù)傳感器隨時檢測車內外溫度，自動地調控裝置各部件工作，達到控制車內溫度和行使其他功能的目的，通用汽車公司某型轎車車身計算機模塊 （ BCM） 控制的空調系統(tǒng)是較典型的自動空調系統(tǒng)。該模塊監(jiān)視高壓管路、低壓管路的溫度以 及儲液干燥器的壓力及發(fā)動機冷卻水溫等信號。如果系統(tǒng)不在設定的范圍內工作， BCM 將壓縮機電磁離合器脫離。該系統(tǒng)用一個雙向電動機調節(jié)混合風門開度，并用 5 個操縱機構分別控制各個模式風門和加熱器熱水閥，還用功率模塊控制鼓風機的轉速。根據(jù)駕駛員輸入的溫度、車室內外溫度及制冷劑低壓管路溫度， BCM 計算出氣流分送模式，鼓風機轉速及混合風門開度，然后進行相應的控制。 日本豐田某型轎車自動空調監(jiān)測車內外溫度、蒸發(fā)器溫度、冷卻水水箱溫度以及陽光輻射強度、壓縮機轉速等參量，通過控制壓縮機磁吸、風機轉速和溫度混合風門、內外 流循環(huán)風門和模式風門的伺服電機，進行車室溫度調節(jié)。該空調 ECU（電子控制單元）首先計算送風溫度，并根據(jù)送風溫度控制風機轉速、混合風門開度、壓縮機長春工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 10 啟停及送風模式。 另外， 模糊控制在國外發(fā)展非常迅速，在 IEEE 上有關于模糊系統(tǒng)的?？?，而且定期舉行模糊系統(tǒng)協(xié)會國際會議。在歐美、日本等地，模糊控制理論迅速應用到了商業(yè)產品中去，其中就包括日本把模糊控制成功應用到地鐵和各種家電產品的實例。 現(xiàn)在國外的模糊控制理論研究基本上在每個領域上都取得了成功，其中包括工業(yè)溫度控制，大型空調系統(tǒng)控制和電冰箱溫度控制等。在多輸 入、輸出非線性系統(tǒng)領域中取得了驕人的成功，突破了傳統(tǒng)控制方法的局限。國外空調控制領域也朝著模糊控制的方向發(fā)展。 課題的研究內容和主要工作 本課題 是 設計一個基于微機的汽車空調電氣控制系統(tǒng)。系統(tǒng)由主控制單元和輸入輸出控制單元及外圍電路組成，并具有過 /欠壓，離合器轉速高 /低保護功能。研究內容 如下 ： （ 1） 系統(tǒng)整體方案的設計 仔細分析國外先進的全自動空調控制系統(tǒng)的特點，借鑒他們的成功經(jīng)驗，結合我國的實際情況，進行總體方案的設計。確定改進以往的客主空調控制系統(tǒng)的溫度設定，真空操作等部分，以單片機為控制系統(tǒng)的 核心，開發(fā)出具有風口自動轉換，溫度范圍可調，滿足一定濕度及清潔度的空調控制系統(tǒng)。 （ 2） 控制系統(tǒng)的硬件電路的設計 控制系統(tǒng)采用了 89C51 單片機為主控單元，還包括模擬信號采集電路、人機接口單元、看門狗電路、執(zhí)行機構等。執(zhí)行機構由電機、鼓風機、加濕器、空氣凈化器及其操縱機構組成。 （ 3） 模糊控制理論的研究以及模糊控制技術的應用 學習模糊控制的基礎，并結合汽車空調控制系統(tǒng)的實際情況，將模糊控制技術初步用于空調控制器。 （ 4） 系統(tǒng)軟件的設計 軟件主要是指系統(tǒng)主程序的設計，此外，為了彌補硬件抗干擾能力的不足，還進行 了軟件抗干擾的設計。 （ 5） 樣機的試驗調試 進行樣機的實驗調試，檢驗開發(fā)出的樣機是否達到設計要求，運行是否準確可靠。 主要技術參數(shù)： 1. 蒸發(fā)機和冷凝機工作電壓 DC24V，功耗 200W，額定風量分別為 1000 3m /h和2100 3m /h； 2. 熔斷器額定電流值 12A； 長春工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 11 3. 高壓開關在絕對壓力高于 時觸電吸合，系統(tǒng)報警 ； 絕對壓力低于 時觸點斷開，進入工作狀態(tài)。 4. 低壓開關在壓力低于 ，系統(tǒng)報警 ； 絕對壓力高于 時觸點斷開，進入工作狀態(tài)。 長春工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 12 第 2 章 車載 空調系統(tǒng)的介紹及總體設計 車載空調的功能 汽車空調 具 有以下幾個功能： ：這是汽 車 空 調 的基本功能，汽車空調在冬季利用其采暖裝置升高車室內的溫度，在夏季，車內降溫由制冷裝置完成。 ：普通汽車空調一般不具有這種功能，只有高級豪華汽車采用的冷暖一體化空調器，才能對車內的濕度進行適量的調節(jié)。它通過制冷裝置冷卻降溫去除空氣中的水 分，再由采暖裝置升溫以降低空氣的相對濕度，但在汽車上目前還沒有安裝加濕裝置，只能通過開車窗或通風設施，靠車外新風來調節(jié)。 ：空氣的流速和方向對人體舒適性影響很大。夏季，氣流速度稍大，有利于人體散熱降溫，但過大的風速直接吹到人體上，也會使人感到不舒服。冬季，風速大了會影響人體保溫，因而冬季采暖希望氣流速度盡量小一些。 ：由于車內空間小，乘員密度大，車內極易出現(xiàn)缺氧和二氧化碳濃度過高的情況，汽車發(fā)動機廢氣中的一氧化碳和道路上的粉塵，野外有毒的花粉都容易進入車內，造成車 內空氣污濁，影響乘員的身體健康，因此必須要求汽車空調具有補充車外新鮮空氣，過濾和凈化車內空氣的功能。 車載 空調系統(tǒng)原理 車載 空調系統(tǒng)基本工作原理 車載 空調的基本功能是通過人為的方法使車廂的溫度降低和升高、從而達到使人體感到舒適的溫度環(huán)境。高級汽車空調還包括對車廂內空氣凈化、控制二氧化碳含量和控制空氣濕度等高級功能。一般汽車空調系統(tǒng)都可以分為采暖系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)兩部分。如圖 21 為汽車空調制冷循環(huán)圖。 長春工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 13 圖 21 汽車空調制冷循環(huán)圖 制冷系統(tǒng)主要由壓縮機、冷凝器 （ 包括 冷凝風機 ） 、膨脹閥和蒸發(fā)器 （ 包括蒸發(fā)風機 ） 組成。其制冷原理是利用液態(tài)制冷劑吸熱產生冷效應。首先，低壓 （ 低溫 ） 液態(tài)制冷劑進入用來冷卻車內空氣的蒸發(fā)器，制冷劑在定壓下吸熱氣化。由于制冷劑在管內氣化時的溫度低于管外空氣的溫度，因此能自動地吸取蒸發(fā)器周圍空氣中的熱量，使蒸發(fā)器周圍空氣的溫度降低，產生冷效應。然后，氣化了的制冷劑通過壓縮機壓縮，變成高于車外空氣的高溫高壓氣體。高溫高壓的制冷劑通過在車室外的冷凝器，發(fā)生液化，將熱量釋放到車外，制冷劑放熱就變成了高壓 (高溫 )液態(tài)冷凝劑。最后，經(jīng)過節(jié)流閥，降溫降壓，恢復到低 壓 （ 低溫 ） 液態(tài)。所以，當空調要進行制冷時，必須開啟壓縮機使制冷劑循環(huán)，從而降低車內溫度。 采暖系統(tǒng)是由暖風散熱器、暖水閥和風機組成。由于汽車行駛時發(fā)動機產生大量熱量，一般小型汽車空調都采用發(fā)動機余熱采暖。發(fā)動機冷卻水通過暖水閥流入暖風散熱器，從而升高通過暖風散熱器的空氣。所以，當空調要進行加熱時，必須開啟暖水閥。 車載 空調系統(tǒng)的總成結構 目前，大多數(shù)客車空調系統(tǒng)總成采用全功能型，其風道系統(tǒng)如圖 22 所示。 圖 22 冷暖合一型空調 長春工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 14 內外循環(huán)風門由內外循環(huán)電磁閥控制，當內外 循環(huán)電磁閥閉合時，汽車空調處于內循環(huán)狀態(tài)，這個時候只有車內回風能夠進入空調風道。反之，當內外循環(huán)電磁閥開時，空調處于外循環(huán)狀態(tài)，這個時候不僅僅車內回風能夠進入空調風道，車外空氣也進入空調風道，也就制冷 （ 加熱 ） 處理前空氣是車內回風和車外新鮮空氣的混合氣體。 鼓風機由鼓風機調速電路控制，其作用是推動空氣在空調風道里流動，在冷暖合一型空調中，它同時也起了是制冷蒸發(fā)器風扇和暖風散熱器風扇的作用。所以鼓風機的快慢直接影響到了制冷蒸發(fā)器和暖風散熱器的對流散熱快慢，也就直接影響到了車內空氣的調節(jié)速度。由于空調風道只有這一 個鼓風機，所以無論是哪個出風口風速的大小都是由該鼓風機控制。制冷蒸器連接制冷壓縮機，壓縮機由壓縮機電磁閥控制。壓縮機電磁閥吸合后，壓縮機開始工作，蒸發(fā)器就能從流過的空氣中吸取熱量，從而使空氣降溫。 暖風散熱器由暖水電磁閥控制，暖水電磁閥吸合后，發(fā)動機冷卻水流過暖風散熱器，這樣就可以通過發(fā)動機余熱進行熱交換，將經(jīng)過散熱器的空氣加熱?；旌巷L門開度由混合風門電機控制。風向風門由風向風門電機控制。風向風門可以控制空調出風口的出風方式，也就是控制經(jīng)過處理的空氣從除霜風口、下吹風口和前吹風口吹出。 綜上 所述，整個汽車空調控制系統(tǒng)可以通過六個受控裝置來控制，它們分別是內外循環(huán)電磁閥、鼓風機調速電路、混合風門電機、壓縮機電磁閥、暖水電磁閥和風向風門電機。 1. 車載 空調的制冷系統(tǒng) 空 調的制冷方式很多，目前實際應用于汽車上的空調制冷方式，全部為 蒸汽 壓縮式制冷方 式 。汽車空調 蒸汽 壓縮式制冷原理圖如圖 23 所示。 圖 23 蒸汽 壓縮式制冷原理圖 1壓縮機 2排氣管 3冷凝器 4風扇 7高壓液管 6干燥貯液器 8膨脹閥 9低壓液管 10蒸發(fā)器 11鼓 風機 12感溫包 13吸氣管 長春工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 15 空氣壓縮機由發(fā)動機驅動旋轉。由壓縮機排出的高溫、高壓制冷劑 蒸汽 ，通過高壓軟管進入汽車空調的冷凝器。由于高溫、高壓的制冷劑 蒸汽 溫度高于車外的空氣溫度，因此借助冷凝器風扇使冷凝器中制冷劑 蒸汽 的熱量被車外空氣帶走，使高溫高壓的制冷劑 蒸汽 冷凝為較高溫度的高壓液體，通過高壓軟管流入干燥貯液器，經(jīng)干燥和過濾后，流過膨脹閥 ， 在膨脹閥的節(jié)流作用下，制冷劑變?yōu)榈蜏氐蛪旱囊后w而進入汽車空調的蒸發(fā)器。在定壓下汽化并吸收蒸發(fā)器管外空氣中的熱量，使流經(jīng)蒸發(fā)器的車內循環(huán)空氣的溫度降低為冷氣 ，通過鼓風機送到車內，降低車內的空氣溫度。氣化后的制冷劑 蒸汽 ，由壓縮機吸入進行壓縮，又變成高溫高壓的制冷劑氣體，通過高壓軟管壓入汽車空調的冷凝器中，完成了汽車空調的一個制冷循環(huán)。此循環(huán)周而復始地進行，就可以使車內的溫度維持在舒適的狀態(tài)。 由于大型客車的制冷量大，通風要求高，所以大型客車上普遍采用獨立式空調制冷系統(tǒng)，獨立空調制冷系統(tǒng)采用輔助發(fā)動機的動力來供應制冷系統(tǒng) ， 例如壓縮機，冷凝器和蒸發(fā)器的風扇等所需要的動力，獨立式空調制冷系統(tǒng)的制冷量不受行車速度的影響而受控于人，停車時仍然可以進行制冷空調工作。在獨立式 空調系統(tǒng)中，壓縮機轉速基本不變，本系統(tǒng)中只通過控制壓縮機的開關來控制空調的制冷。 2. 空調系統(tǒng)的采暖裝置 車載 空調的取暖系統(tǒng)分為余熱式取暖系統(tǒng)和獨立式熱源取暖系統(tǒng)，獨立的熱源取暖系統(tǒng)又分為獨立熱源氣暖裝置和獨立熱源水暖裝置兩種。大客車上通常采用的是獨立熱源水暖裝置，水加熱器的最大優(yōu)點就是不僅可作為車廂取暖之用，而且可以預熱發(fā)動機，預熱潤滑油和蓄電池，便于各季發(fā)動機起動和很快轉入穩(wěn)定狀況。待發(fā)動機工況穩(wěn)定后，再將被加熱的水引向車廂內的加熱器供取暖用。 安裝采暖裝置主要有以下作用： （ 1） 采暖裝置和 蒸發(fā)器一起將空氣調節(jié)到人們舒適溫度，現(xiàn)代客車空調已經(jīng)發(fā)展到冷暖一體化裝置，全年地對車內的空 氣進行調節(jié)，通