硕士学位论文-智能全自动车用空调控制器设计.doc

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - I - 摘要摘要 汽车空调系统是提高汽车舒适度指标的重要部分，控制空调系统工作的空 调控制器则是指挥整个空调系统工作的核心。为了提高汽车的舒适度指标，各 大汽车厂商尤其是轿车厂商纷纷配置高档次全自动汽车空调，以提高整车的配 置。然而目前高档全自动空调控制器市场和技术均由国外厂商所垄断，国内生 产企业大部分只能生产低档电子空调控制器产品或手动控制器产品。无论在市 场上和技术上均与国外厂商相差很远。 本文针对目前国内汽车空调控制器技术落后的情况，提出应用智能控制技 术设计具有多传感器信号输入的智能型全自动空调控制器。该控制器无论是在 功能上、复杂程度上和智能化程度上均远远高于现有国产汽车空调控制器产品， 技术上赶上国外同类产品。该汽车空调控制器改进了以往汽车空调控制器传感 器少，对车内外环境数据采集不准确、高耗能等缺点，选用高性能微处理器， 采集 5 个传感器信号，在微处理器内进行分析，并运用神经网络技术和模糊控 制技术设计了一套智能控制器，从而实现对空调系统的总成部分各通风风门、 鼓风机以及压缩机等执行机构的智能控制，使汽车在舒适度、能耗和加速性能 等各方面指标较以往均得到大大提高。 本文结合设计要求对空调控制器的软硬件进行了设计，硬件电路以富士通 89F538 单片机为核心微处理器，软件部分采用 C 程序设计语言，在富士通开 发环境下完成。本文还对软件的测试方法进行了讨论，通过软件测试表明软件 部分完全满足要求。 本文设计的汽车空调控制器已经通过湖北法雷奥公司的系统测试和奇瑞公 司产品部的样品装车路试，测试结果表明该空调控制器工作可靠，稳定性高， 实现了设计预想要求。 关键词关键词 空调控制器； 智能控制； 微处理器； BP 网络 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - II - Abstract Automobile air-condition system is an important part of the improving of comfort degree, and the air-condition controller is the core of performing of whole air-condition system. To improve the comfort degree of auto, auto manufacturers equip super automatic auto air-condition for their productions one after another. Nowadays, however, foreign manufacturers have monopolized the market and high- level technology, and the national manufacturers have to produce the low-level electronic air-condition controller or manual air-condition controller. Now national products of air-condition controller are far from foreign not only on market but also technology. Aiming at the situation that the research technique of domestic auto air- condition controller is lower, the thesis put forward to design a completely automatic air-condition controller with the much sensors signal import useing the intelligent control technique. The kind of controller exceed the now available home-made auto air-condition controller produce far away not only in the service capacity but also in the complex degree and intelligentization degree, and catch up with foreign produce in the technique. The auto air-condition controller improve the defect such as little sensors cant get the exact environment data and consumes much energy of past produces. Using the high performance microprocessor, collecting five signal of sensor, analyzing them inside the microprocessor and applying the neural network technique and the fuzzy control technique design an intelligent controller, the kind of controller achieves the better control effect to executive body such as ventilations door, blast engine, compressor and so on, and prompt the various index of auto such as energy consumption and acceleration performance. Combining the design requirement the paper design the hardware and software of the kind of air-condition controller. The SOFTTUNE 89F538 is the core microprocessor of hardware circuit and the software adopt Cs programming language. The paper discussed the test means of software, the result of test shows that the software meet the demand completely. Now, the kind of auto air-condition controller have been tested by means of system by VOLEO company and by means of the road auto equip by produce 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - III - department of QI RUI corporation. Testing result make known that air-condition controller work is dependable, Stability, and achieving the design anticipates demand。 Keywords: air-condition controller; intelligent control; microprocessor; BP network 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - IV - 目录目录 摘要摘要.I Abstract .II 第第 1 章章 绪论绪论 .1 1.1 课题背景及研究意义.1 1.2 轿车空调控制器的研究现状及趋势.2 1.2.1 汽车空调业的发展历程 .2 1.2.2 空调控制器的研究现状及趋势 .3 1.3 智能控制技术在汽车空调系统控制中的应用.4 1.4 论文的主要研究内容.5 第第 2 章章 汽车空调系统原理及控制方案设计汽车空调系统原理及控制方案设计 .6 2.1 汽车空调设计概述.6 2.1.1 汽车空调系统的概念和组成 .6 2.1.2 汽车空调的性能评价指标 .6 2.2 汽车空调配气系统分析与设计.8 2.2.1 车内空气的调节和控制 .8 2.2.2 汽车空调配气系统 .9 2.2.3 空调风道系统总成结构 .10 2.3 人机交互功能设计.11 2.3.1 按键功能设计 .11 2.3.2 状态显示功能设计 .12 2.4 本章小结.12 第第 3 章章 空调控制器硬件设计空调控制器硬件设计 .13 3.1 硬件控制系统的总体设计.13 3.2 控制器硬件各功能模块设计.15 3.2.1 核心控制微处理器的选择 .15 3.2.2 执行机构的驱动 .16 3.2.3 液晶显示和键盘扫描 .17 3.2.4 模拟信号输入 .18 3.2.5 外部数据存储器 .19 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - V - 3.2.6 电源调整模块及看门狗电路 .20 3.2.7 其它信号的输入输出 .21 3.3 本章小结.21 第第 4 章章 智能控制技术的应用智能控制技术的应用 .22 4.1 引言.22 4.2 人工神经网络的引入.23 4.2.1 人工神经网络的发展简介和特点 .23 4.2.2 人工神经元模型 .23 4.2.3 人工神经网络的基本结构类型及特性 .25 4.3 BP 网络的模型和 BP 算法.27 4.3.1 BP 网络的模型结构 .27 4.3.2 BP 网络的误差反向传播算法 .28 4.4 混合风门位置的神经网络模糊控制.35 4.4.1 模糊神经网络的结构 .35 4.4.2 模糊处理生成初始训练样本 .36 4.4.3 模糊神经网络的学习 .36 4.4.4 神经网络模糊控制器的实现 .40 4.5 本章小结.42 第第 5 章章 空调控制器的软件系统设计空调控制器的软件系统设计 .43 5.1 软件技术.43 5.2 系统控制软件研究.44 5.2.1 控制器的工作模式 .44 5.2.2 模拟多任务内核的软件整体框架 .44 5.3 系统软件关键功能的实现.45 5.3.1 电机驱动部分 .46 5.3.2 E2PROM 读写程序.48 5.3.3 鼓风机的控制 .50 5.4 背光控制.51 5.4.1 液晶显示 .51 5.4.2 模拟信号采集程序 .52 5.5 软件及系统测试.53 5.5.1 软件测试 .53 5.5.2 系统测试 .54 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - VI - 5.6 本章小结.56 结论结论 .58 参考文献参考文献 .59 哈尔滨工业大学硕士学位论文原创声明哈尔滨工业大学硕士学位论文原创声明 .62 哈尔滨工业大学硕士学位论文使用性授权书哈尔滨工业大学硕士学位论文使用性授权书 .62 致谢致谢 .63 个人简历个人简历 .64 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 1 - 第第 1 章章 绪论绪论 1.1 课题背景课题背景及研究意义及研究意义 电子技术应用于汽车整车已经有近六十年历史，电子技术的应用使汽车在 排放污染、燃料消耗、安全性、舒适性等方面都有明显改善，尤其是近十几年 汽车的电子化、智能化已成为现代汽车发展的主要标志之一，汽车电子化的程 度已成为衡量各国汽车工业发展水平的重要标志1。目前，汽车电子产品已被 国家列为重点发展专项之一。 在 ISS 欧洲会议举行期间，英飞凌（INFINEON）预测指出，小轿车内的 平均电子设备含量将从今天的 22%增加到 2010 年的 35%。同时，随着消费者 对汽车需求的增加、机械系统到电子系统的转换，以及动力总成方面性能的提 高，必将迅速推动半导体器件等电子器件在汽车电子中的发展，全球汽车电子 产业面临着高速发展的局面2。 我国汽车电子业尚处在起步发展阶段，规模化大生产还未形成，而且由于 国内轿车厂大多是合资企业，其所生产的轿车多是外方设计的，外方掌握着技 术决策权，使用的电子产品都是外方的配套厂商提供的产品，国内自主开发的 汽车电子产品很难进入其配套体系，这严重影响了国内汽车电子产业的发展。 但汽车电子产业已显示了蓬勃的生机和广阔的市场前景，得到了相关生产企业 青睐，据 CCID-MRD 统计，2003 年我国汽车电子电器企业或涉及汽车电子电 器的企业约有 1200 多家。预计到 2005 年末，汽车电子及与电子技术相关的产 品，平均在整车成本中所占的比例将上升到 30%；汽车电子的发展速度将从目 前的 10%的增长率，上升到 20%。据国家统计局统计，2002 年我国汽车工业 规模以上企业销售收入为 5625 亿元，按照 20%的年均增长速度，2005 年时我 国汽车需求将超过 550 万辆，汽车市场销售额将达到 1000 亿元，其电子产品 价值含量按 25%30%折算，汽车电子产品市场规模大约可达到 2500 亿元 3000 亿元3。随着未来汽车市场（国内和国外市场）的快速发展和汽车的电 子价值含量迅速提高，我国汽车电子产业将形成巨大经济规模效应，成为支持 汽车工业发展的一门相对独立新兴支柱产业。 在空调控制器产品配套方面，依然是国外实力公司占据主导。无论是技术 含量还是市场占有率，国内空调控制器产品均远远落后于国外产品，因此装配 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 2 - 中高档轿车的空调控制器产品基本被外国垄断。2004 年国产红旗轿车开始装配 由哈尔滨工业大学固泰电子有限责任公司开发生产的电子空调控制器，打破了 国外产品在中高档轿车上一统天下的局面。 本课题就是为了继续提高国产空调控制器的技术水平，提高国产汽车电子 产品在高档轿车领域的竞争能力，与哈尔滨工业大学固泰电子有限责任公司合 作设计开发更新一款全自动智能空调控制器 B11。本课题所设计开发的空调控 制器 B11 无论是在功能上，复杂程度上和智能化程度上均远远高于红旗轿车的 电子空调控制器，它采集装在车身的 5 个传感器的传感信号，通过智能算法来 综合协调各执行部件的运行模式。尤其在压缩机的控制上取消乘员的直接干预， 改为由空调控制器和汽车风扇控制器共同协调自动智能控制，增加了经济运行 工作模式和汽车急加速工作模式。B11 空调控制器已通过法雷奥公司的可靠性 认证，现已与法雷奥公司的轿车空调主机系统共同批量装配奇瑞东方之子轿车。 此款控制器的设计成功使国产控制器产品竞争力得到了进一步提升，同时使国 产控制器在高档控制器市场的占有份额大大提升，带来良好的经济效益。 1.2 轿车空调控制器的研究现状及趋势轿车空调控制器的研究现状及趋势 1.2.1 汽车空调业的发展历程汽车空调业的发展历程 由于历史原因，我国的汽车工业主要以发展载货汽车为主，因此长期以来， 汽车空调技术一直处于空白状态。从 20 世纪 60 年代开始，我国的汽车空调业 大致经历了三个发展阶段。第一阶段是从 60 年代初到 70 年代末。主要是利用 汽车发动机排出的废气或冷却循环水产生的热量来供给车室内采暖用。第二阶 段是 80 年代初至 1990 年。80 年代初期，我国从日本购进制冷降温用的汽车空 调系统装配在红旗、上海等小轿车和豪华大客车上；80 年代中后期，我国第一 汽车制造厂以及上海、北京、湖南、广州、佛山等分别从日本、德国引进先进 的空调生产线和空调技术，生产国产大中型客车、轻型车及轿车的空调系统。 第三阶段是从 90 年代开始到目前。国内已形成生产规模的汽车空调生产企业， 分别从国外引进了国际最先进的平行流式冷凝器和层叠式蒸发器的生产技术和 生产线，同时按蒙特利尔议定书和中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方 案的要求，开始研究开发汽车空调制冷装置。随着空调的发展，控制系统自 然也要发展，第一代的分散控制电路及简单保护功能，第二代的带有预置、显 示功能的电动控制，第三代的智能控制，完善保护机能和友好人机界面，下一 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 3 - 代概念的整车控制系统和人机界面的一体化4。至此，我国汽车空调技术在短 时间内接近世界先进水平，并为我国汽车工业的发展作出了重大贡献。 1.2.2 空调控制器的研究现状及趋势空调控制器的研究现状及趋势 轿车空调系统在轿车中是一个比较重要的设备，目前世界上的汽车空调控 制器大致分为手动式控制空调、电子自动控制空调控制器和智能全自动空调控 制器三种5。 装配手动式控制空调的汽车，乘员手动调节压缩机的开启和关闭，通过旋 钮带动拉丝调整空调系统风道的吹风方向和冷热风的混合比例。这样的空调系 统除了安全方面的考虑外没有其他的控制。 随着微电子行业的发展以及人们需求的提高，人们已经不能满足于轿车空 调仅能制冷供暖这一目标，而更看中其车厢内的仪表盘的美观，操纵的方便， 因而部分中高档的轿车开始使用安装自动轿车空调，它们有精致的液晶显示、 触摸式的操纵按键。通过按键，乘员能够根据自己的要求控制压缩机的开启闭 合。但由于装有很少的或根本没有行车环境传感器，因此针对乘员的舒适性要 求还远未达到人们的要求，此种轿车的空调系统的控制亟待完善和开发。 随着轿车的逐渐普及和配置的逐渐升高，人们除了追求外表美观，控制方 便以外对舒适度、智能节能和环保的重视程度日益增加，而且近几年随着传感 器技术和智能控制技术的不断发展，新型智能全自动空调控制器在高档轿车上 渐渐普及5。上述三种空调控制技术由于其各自具有不同的适应范围而同时存 在于当前汽车空调的控制市场上。 国外的一些大汽车公司的轿车空调代表了这方面的最先进水平。美国通用 汽车公司的某型轿车车身计算机控制模块（BCM）控制的空调系统是较典型的 自动空调系统；另外日本的轿车空调系统也做的比较完善。 比较而言，国内的轿车空调控制要稍逊一些，虽然在近两年内我国的汽车 电子行业取得了突飞猛进的发展，部分汽车电子厂商已经将汽车自动空调控制 器作为本公司的发展目标。但就现阶段的情况来说，汽车自动空调控制器并没 有完全达到预期舒适的目的。 上海汽车工业集团总公司副总工程师、上海汽车工程学会秘书长刘匀如指 出，未来汽车电子化将呈现六大趋势：一是功能集成化，如车身控制模块，将 取代诸如中控门锁、防盗、雨刮、空调、座椅调节等单项控制系统；二是数字 控制取代模拟控制；三是多微处理器协同工作，以实现既有独立运行、又有协 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 4 - 同功能的数据共享和灵活组成的优势；四是无线与有线技术相结合，实现车内 车外信息传输智能化、高速化；五是硬件通用化、高速化，软件专业化，以软 件功能提升硬件功能。从中我们不难看出作为汽车电子中一项十分重要的 产品 空调控制器也有着同样的发展趋势。 1.3 智能控制技术智能控制技术在汽车空调系统控制中的应用在汽车空调系统控制中的应用 智能控制技术是自动控制发展的高级阶段，是一门新兴的交叉学科。它是 人工智能控制论、系统论和信息论等多学科的高度综合与集成，是当今国内外 自动化学科中一个十分活跃和具有挑战性的领域78。 著名的自动控制权威 Austrom 曾指出，模糊逻辑控制、神经网络控制与专 家控制是三种典型的智能控制方法，具有广阔的应用前景。目前已用于各种工 业自动化、冶金和化工过程控制，电力系统，智能机器人，智能通信网络，智 能化仪器仪表，家电行业等领域，标志着它们已经进入了工程化和应用化的时 代5。 智能控制系统主要有两层含义：(1)智能控制系统是智能机自动完成其目标 的控制系统；(2)由智能机参与生产过程自动控制的系统称为智能控制系统9。 由上面的含义可知，由模糊系统、人工神经网络或专家系统所构成的自动 控制系统都可以称为智能控制系统。 利用自动控制理论而建立的开环、闭环、最优、自适应控制系统，在汽车 优化控制中都有采用。建立这些控制系统时，首先对汽车某个系统，如点火提 前角优化控制系统进行系统辨识，建立数学模型，然后采用相应的控制方法进 行优化控制。然而实践证明传统控制理论更适合于对线性系统的控制。 汽车空调系统的控制是由多个控制模块组成的，属于典型的强非线性大延 迟系统，因此采用传统的线性控制方法很难达到理想效果。但人们在长期的研 究实践中发现，对于空调的控制，由熟练的操作工、技术人员或专家执行，总 能通过其历史经验和娴熟的控制技巧获得满意的控制效果。这就使研究人员得 到启发，若能把这些熟练的操作工、技术人员或专家的经验知识与控制理论相 结合，把它作为控制理论解决复杂生产过程的一个补充手段，那将使空调控制 技术有一个突破性的进展。现代的计算机控制技术的发展也为这种设想提供了 有效的工具。计算机在处理逻辑运算、模糊信息、模式识别、知识与经验的积 累等方面，完全可以取代人的操作。当把这种计算机控制技术应用到上述复杂 的控制过程中，使之达到或超过人的操作水平时，这种由计算机实现的控制系 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 5 - 统就具有了某些人的智能，因此，把这样的自动控制系统称为智能控制系统。 智能控制技术中的模糊控制和神经网络等技术对于处理非线性，大时滞问 题具有很强的能力8。本文就是采用神经网络模糊控制技术来设计控制算法， 实现空调系统的智能控制。 1.4 论文的主要研究内容论文的主要研究内容 本论文选择以装配奇瑞东方之子轿车的 B11 型空调控制器为研究对象，主 要工作包括以下几个方面： (1)分析汽车空调系统的工作原理和作为舒适性空调的控制设计原则。根据 此原则研究 B11 空调控制器的控制对象-奇瑞东方之子轿车空调平台。 (2)采用理论分析和应用设计相结合的方法，分析具有多个传感信号的智能 自动空调控制器的智能算法，设计适合各种控制模式的智能控制器，并通过实 车测试证明了此智能控制器的实用性。 (3)对控制器的硬件进行设计，选用富士通 89F538 单片机作为核心控制器， 富士通 89F538 是一款性价比较高，适合大批量产品生产的 8 位微控制器。 (4)结合硬件用 C 程序设计语言设计 B11 型空调控制器的软件控制模块， 并进行了测试。 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 6 - 第第 2 章章 汽车空调系统原理及控制方案设计汽车空调系统原理及控制方案设计 2.1 汽车空调设计概述汽车空调设计概述 2.1.1 汽车空调系统的概念和组成汽车空调系统的概念和组成 空调是空气调节器的简称，它的作用是对室内空气进行调节，使空气的温 度、湿度、流速和洁净度达到人体所需要的舒适范围。空气调节可分为生产工 艺性空调和舒适性空调12。 汽车空调是空气调节工程的一个重要分支，属于舒适性空调，它是为了汽 车车室内或驾驶室内的空气质量和数量达到舒适性标准而进行调节的装置。现 代汽车空调己发展成冷暖一体化的装置，即不仅夏季制冷，而且冬季制热及送 温风的调节。汽车空调系统一般由以下几个部分组成13: (1)制冷系统：对车室内空气或由外部进入车室内的新鲜空气进行冷却或除 湿，使车室内空气变得凉爽舒适。一般包括压缩机、冷凝器、蒸发器、节流阀、 干燥过滤器及连接管道，形成一个封闭的系统，通过制冷剂的流动和热力状态 的变化来完成吸热制冷的任务。 (2)暖风系统：主要用于取暖，对车室内空气或由外部进入车室内的新鲜空 气进行加热，达到取暖、除湿的目的。供热热源可分为发动机余热式和独立热 源式. (3)通风系统：将外部新鲜空气吸进车室内，起通风和换气作用。同时，通 风对防止风窗玻璃起雾也起着良好作用。可分为三种方式：内循环式、外循环 式和内、外混合循环式三种 (4)空气净化系统：除去车室内空气中的尘埃、臭味、烟气及有毒气体，使 车室内空气变得清洁。 (5)控制系统：对制冷和暖风系统的温度、压力进行控制，同时对车室内空 气的温度、风量、流向进行控制，完善了空调系统的正常工作。 2.1.2 汽车空调的性能评价指标汽车空调的性能评价指标 汽车直接暴露在太阳下或风雪下，隔热措施困难；汽车在行驶时有大量风 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 7 - 沙、废气从各种缝隙钻入车厢内，造成车厢内的空气污染并增加热负荷；汽车 的行驶速度变化无常，难以保证空调工况等。所以汽车空调的工作环境比房间 空调器要恶劣得多。 由于汽车这个“移动房间”的特殊工作环境，它与建筑空调有许多不同之 处，具体表现在以下诸方面： (1)在炎热的夏季，由于汽车车厢容积小，而且车窗占的面积比例相对较大， 易受阳光直射，因此车厢内的温度很高。此外，车厢内的温度还受到地面热量 反射、人体散热、发动机的辐射热以及换气热的影响，因此汽车空调的热负荷 较大。 (2)汽车空调制冷压缩机不能利用电力做动力，而要由汽车发动机或专门的 辅助发动机来驱动，因此对汽车的其它性能(如汽车的加速性能、爬坡性能、 燃油经济性等均有一定的影响。 (3)在发动机驱动时，汽车空调的制冷性能与汽车行驶速度有关。汽车高速 时冷量就大；汽车低速时冷量就小，特别是轿车空调。 (4)汽车上空间紧凑，空调装置布置起来较困难，而且各种汽车空调部件的 通用性较差。 (5)汽车车厢内乘务员所占空间比例较大，加上座椅和其它机械装置的高低 不平，直接影响了车厢内风速分布和温度分布的均匀性，从而影响了人体的舒 适性。 由于汽车空调自身特点，汽车空调应比一般房间空调具有更高的技术性能 和工作可靠性14。具体要求如下： (1)汽车空调在任何条件下，车厢内部都具有舒适的温度范围和气流平均速 度。舒适的温度范围，冬季为 1620，夏季为 2028；舒适的湿度范围， 冬季为 55%70%，夏季为 60%75%；舒适的气流平均速度一般为 0.25m/s。 (2)汽车空调的控制机构和操纵机构要灵活、方便、可靠。 (3)汽车空调的零部件要求可靠、体积小、重量轻安装维修方便。 (4)汽车空调应具有快速制冷和快速采暖的能力。 (5)汽车空调冷气装置工作时，对汽车发动机的动力消耗、燃油消耗、加速 和爬坡性能的影响尽可能小。 (6)汽车空调在汽车上的结构布局要紧凑合理。零部件安装要有防震措施， 保证汽车空调在剧烈颠簸震动条件下能可靠工作。 综合以上分析，总结汽车空调的性能评价指标主要有下面几项： (1)温度指标：温度指标是最重要的一个指标。人感到最舒服的温度是冬季 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 8 - 为 1620，夏季为 2028，超过 28，人就会觉得燥热。超过 40，即为 有害温度，会对人体健康造成损害。低于 14，人就会感到“冷” 。当温度下 降到 0时，会造成冻伤。因此，空调应控制车内温度，以保证驾驶员正常操 作，防止发生事故，保证乘员在舒适的状况下旅行。 (2)湿度指标：湿度的指标用相对湿度来表示。因为人觉得最舒适的相对湿 度冬季为 55%70%，夏季为 60%75%，所以汽车空调的湿度参数要求控制在 此范围内。 (3)空气的清新度：由于车内空间小，乘员密度大，在密闭的空间内极易产 生缺氧和二氧化碳浓度过高。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厢内，造成车内空气混浊，影响驾成人员身体健 康。这样汽车空调必须具有对车内空气进行过滤的功能，以保证车内空气的清 新度。 (4)除霜功能：由于有时汽车内外温度相差太大，会在玻璃上出现雾霜，影 响司机的视线，所以汽车空调必须有除霜功能。 (5)操作简单、容易、稳定：汽车空调必须做到不增加驾驶员的劳动强度， 不影响驾驶员的正常驾驶。 2.2 汽车空调配气系统分析与设计汽车空调配气系统分析与设计 2.2.1 车内空气的调节和控制车内空气的调节和控制 保持车内乘员在空调下感觉温暖、舒适，取决于以下三个物理影响因素： 环境空气流动速度控制在中等速度；环境空气温度保持在中等；辐射人体所有 表面的热气温度要均衡13。 空气流动速度和辐射温度设定就是指在此情况下车内环境空气的温度使乘 员应感觉温暖舒适。由于汽车上半部分多数设计为窗子，因此从头到脚的热辐 射变化是很大的。在汽车里要感觉到温暖舒适，人体不同部位要求空气流动速 度和空气温度是不一样的。例如人的头部要求空气温度是温和的，空气流动速 度而是缓慢的，否则，就会出现眼结膜干燥的现象，因而导致眼睛容易疲劳。 手臂、大腿、小腿必须避免穿堂风。只有手能承受较大的温度波动，脚比人体 其它部位需要的环境条件更高15。 汽车安装空调不仅使车内空气降温而且还要空气干燥。这样乘员即使在非 常闷热的天气情况下乘车都感觉到特别的舒适。干燥的空气在任何气候下可防 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 9 - 止风挡玻璃产生雾水，从而保持视野清晰无障碍。如果给空调装置安装微粒过 滤器，还会不断地过滤掉车内空气中的灰尘、脏物和花粉。使用活性炭过滤器 可净化空气中的气态有害物质和异味14。 2.2.2 汽车空调配气系统汽车空调配气系统 汽车空调配气系统一般包括三个部分，见图 2-113。图中 1 为风机，2 为 蒸发器，3 为加热器。4 为脚部吹风口，5 为面部吹风口，6 为除霜风口，7 为 侧吹风口，8 为加热器旁通风门，9 为空气进口风门叶片， 10 为制冷系统进液 出气管，11 为水阀调节进出水管。 内气 外气 第一部分为空气进口段，主要由用来控制新鲜空气和室内循环空气的风门 叶片和风机组成；第二部分为空气混合段，主要由加热器和蒸发器组成，用来 提供所需的温度的空气；第三步分为空气分配段，使空气吹向面部、脚部和风 挡玻璃上。在汽车空调系统中这三部分的控制一般是通过钢丝绳或真空装置与 汽车仪表盘连接的。这种控制方法简单，但参数不能确定，需人工操作，因而 控温精度较差。 空调配气系统的工作过程如下：新鲜空气车内循环空气进入风机 空气进入蒸发器冷却由风门调节进入蒸发器的空气进入各吹风口。 图 2-1 汽车空调配气系统 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 10 - 空气进口段的风门叶片主要控制新风和车室内回风的比例，当夏季室外气 温较高，冬季室外温较低的情况下，尽量开小新风门，使压缩机运行时间减少。 当汽车长期运行时，车室内空气品质下降，这时应定期开大新风门，一般汽车 新风比为 15%30%。 加热器旁通风门叶片主要用于调节通过加热器的空气量。顺时针旋转风门 叶片开大旁通风门，通过加热器空气