汽车空调控制系统设计

1 绪论

1.1 课题背景及意义

随着汽车工业的快速发展和人们对生括质量要求的不断提高，汽车的普及率大大地提高了，用户对当代汽车提出了操作简便、舒适性驾驶的要求。汽车空调作为汽车的重要功能部件之一，已成为改善乘座舒适性的重要手段。可以对车内空气的温度、湿度、清洁度、风速、通风等进行自动调节。汽车空调主要对驾乘空间的温度进行控制，个别高档轿车增加了对湿度的控制。不但可以调节汽车内的温度，并且可以随时对车内的有害性气体含量进行控制，预防中毒和有害气体对驾乘人员健康的影响。汽车行业竞争市场的手段包括对空调系统的改进。国外主要的汽车公司纷纷给自己的高档汽车装上全自动的空调系统，而国内大部分是将进口的空调系统装给自己的高档汽车，目前还没有具有自主知识产权的汽车空调自动控制器。总体来看，目前我国汽车空调系统的电子化程度较低，大多数仍采用手动控制或简单的位式控制[1]。

手动控制一方面会出现车内温度不容易满足乘客所需的最佳条件，不能满足舒适性和节能性的要求；另一方面容易分散驾驶员的注意力，降低行车的安全性。手动控制己成为汽车空调进一步发展的瓶颈问题。单片机技术在汽车空调控制系统领域的使用，提高了汽车的档次，同时也方便了用户的使用，增加了舒适度。汽车空调采用的大都是任务单一、响应速度较慢的普通单片机控制，在温度测量上是将温度值的模拟信号先采样再进行A／D转换。例如新一代的环保型汽车和其它低排放车辆，由于本身动力系统远低于传统车辆，能够提给空调系统的动力极为有限。综上可见拥有一套节能高效、性能可靠的空调系统对开拓市场有着至关重要的作用[1]。

本课题是对全合一空气混合型的汽车空调系统进行调研的基础上，通过控制策略仿真和软硬件系统模拟试验的手段，对汽车空调智能控制方法进行研究，并设计出汽车空调全自动控制系统中的核心部分智能温控系统

1.2 国内外发展状况

国内汽车空调系统已发展多年,但整体设计和制造水平低于国外。80年代末90年代初，国内汽车空调才开始发展。近年来随着管理信息系统的逐渐普及，国内厂家开始尝试将适合企业发展的信息管理系统分批次的引进进来。例如引进的产品数据管理系统

IPM／PDM的上海德尔福汽车空调系统有限公司，并且用此系统对管理产品设计信息和工艺信息进行统一的管理，形成技术先进的工程信息数据库，通过计算机网络与ERP系统的管理信息数据库进行资源共享和有效的信息交换，最终使公司CIMS的总体规划标准得以实现，并将公司带入的信息化的时代。但是，国内汽车空调发展时代晚，存在差、散、乱、的3种格局。国内汽车空调厂家的设计力量较差，技术水平落后。就国内主要几家汽车空调厂而言，仍处于仿制国外空调系统的阶段。虽然国内厂家也引进了UG，Catia等三维造型软件，但不能达到软件的最佳利用率，设计人员基本上对蒸发器、暖风机和鼓风机没有全新的认识及开发能力。我国汽车空调行业起步较晚，汽车空调主要依赖CKD组装。随着汽车工业迅速发展，市场对高性能的汽车空调需求量日趋增长。由于大多数企业技术水平不能满足生产需求，所以不少企业陆续从国外引进先进技术和成套生产设备，也有很多地方开始引进外资，在汽车空调项目上进行合作[2]。

随着国内汽车市场的飞速发展,要积极推进汽车空调的国产化进程,与国内各大高等学校进行合作,鼓励国内设计人员独立进行研究,以尽快掌握蒸发器、鼓风机和暖风机的全新开发技术[3]。

自从第一辆汽车由戴姆勒制造出以来，汽车的开发已有了110年的历史。由于当时简单的汽车设计，夏天热得汗流满面，冬天冻得手脚发木，给人们带来了诸多的不便。自从汽车加热装置和汽车空调设备研制出来后,人们就可乘坐装有空调的汽车了。在美国人们最早享受到了这些设备，比如早在上世纪30年，根据用户的要求就可以给汽车安装加热装置。而欧洲在1950年才生产出第一辆安装加热装置的汽车。这台带有电子新鲜空气送风机的加热装置是由贝洱公司作为附加装置提供的。从1963年开始，德国的卡车制造公司也在自己的货车上安装了加热装置和送风装置。1953年，美国把蒸发器安装在行李箱装，这是第一次作为空调系统进行生产，后来在仪表板内把蒸发器和通风管道结合在一起。在30多年的发展过历程中汽车空调也经历了众多改变。自从1971年加热装置和空调装置集成一体的装置（暖风器芯和蒸发器安装在同一壳体内并利用同一个温度分配管道）首次问世。1981年，第一台左右分开控制的空调出现，驾驶员和乘客均可根据自身对温度的感觉来调节气温。1986年，研制出了左右分开控制的空调装置。1994年又开发出了左右分开调控空气量的空调。如果仍然遵循温度单独调控原理，也可以把后排与前排乘客分开各自调控自己需要的温度。到现在为止，把第二个空调装置安装在后排，可实现所说的这种四区空调装置[4]。

1.3 汽车空调的特点及其控制系统的难点

与建筑内的空调相比，汽车空调有着极大的区别。首先，汽车在外界是不停移动的，外界环境气候多变，车外温度变化极大，以至于车外设计参数没有一个确定值。其次，由于汽车载客量大，人体产生热量多，车内空间小，因此要求汽车空调制冷能力强，汽车乘员进入车内的同时往往会打开空调，并且要求在很短的时间内就享受到空调效果；而汽车在开启空调时车内的温度过大，这几种因素导致汽车空调有着极大的工作负荷，使车内温度能迅速满足乘客的需求。因此，汽车空调机组的工作负荷应该比建筑内的空调大的多[5]。另外，汽车是高速行驶的，与外界环境接触时间长，而且车身隔热困难，门窗所占汽车比例又大，车内温度变化频繁。如果汽车长时间暴露在太阳直射下(或风雪下)，进入车内的热负荷(或冷负荷)比一般室内的要大得多。夏天汽车在烈日下长时间的停放，一般车内温度会上升到50℃以上[6]。

汽车所在的外界环境十分的恶劣，这些环境因素往往又会造成汽车电子装置的性能恶化，甚至不能达到规定的工作效果，出现某些故障。因此与一般的空调控制系统相比，汽车空调控制系统也有其特殊要求[7]。

首先，要承受住外界温度和湿度的考验。汽车外部的环境温度最高为50℃，最低为-40℃，但汽车内各零部件却有着各自不同的最佳工作温度。其次，要承受振动冲击环境的要求，在不良路面上行驶时，汽车各零部件必须承受住较大的振动和冲击力。要满足电气环境要求，汽车电源波动和瞬时过电压等将形成较坏的电气环境[8]。

1.4 课题的提出与研究内容

随着国内汽车行业的高速发展，汽车空调越来越受到汽车制造商的重视。汽车空调作为提高汽车乘坐舒适性的一种重要手段已被广大汽车制造者及用户认可，完善的汽车空调系统可以对车内空气的温度、湿度、清洁度、风速、通风等进行自动调节，提高了乘坐舒适度，减少疲劳，为安全驾驶提供基本保证。以单片机为控制核心构成的汽车空调控制系统，其硬件简单，软件丰富，性能优良，运行调试方便且成本低。要求如下：·了解汽车空调的基本工作原理

·汽车空调车内温度调节过程的分析

·单片机及其它设备的选型，系统硬件设计

·系统软件设计