（电气工程专业论文）基于单片机spce061a的汽车空调控制系统.pdf

基于单片机s p c e 0 6 1 a 的汽车空调控制系统 摘要 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。现 在国产汽车的汽车空调控制器普遍采用手动机械控制方式，大大落后于国际水 平，限制了汽车工业的发展。本文针对实现汽车空调的自动控制的问题进行了一 系列研究。利用模糊控制理论对汽车空调车室内温度调节系统进行智能控制。模 糊控制方法具有较强的鲁棒性，能较为精确地控制车内温度，满足人体舒适性的 要求。本文通过对汽车空调车室内温度调节过程的分析，根据模糊控制规则库的 分解原则，把整个控制器分成六个多输入单输出的模糊控制器。对输入信号f 设 定温度及车室温度) 进行模糊化处理，分别建立模糊控制规则。根据输入、输出 的要求对控制系统的硬件进行设计，包括数据采集、人机通道的设计。根据模糊 控制规则及输入、输出的接口要求对软件进行设计。 关键词：汽车空调模糊控制温度控制 b a s e do nm o n o l i t h i ci n t e g r a t e dc i r c u i ts p c e 0 6 1 aa u t o m o b i l e a i rc o n d i t i o n i n gc o n t r o ls y s t e m a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ed o m e s t i ca u t o m o b i l ep r o f e s s i o nh i 曲s p e e dd e v e l o p m e n t ，t h e a u t o m o b i l ea i rc o n d i t i o n i n gm o r ea n dm o r er e c e i v e sm ea u t o m o b i l em a n u f a c t u r e rt h e v a l u e n o wt h ed o m e s t i c a l l yp r o d u c e da u t o m o b i l ea u t o m o b i l ea i r c o n d i t i o n i n g c o n t r o l l e rg e n e r a l l yu s e st h em a n u a lm a c h i n e r yc o n t r o lm o d e ，f a l l sb e h i n dg r e a t l yt h e i n t e m a t i o n a is t a n d a r d ，h a sl i m i t e dt h ea u t o m o b i l ei n d u s t r yd e v e l o p m e n t ，t h i sa r t i c l e h a st o e d u c t e das e r i e so fr e s e a r c hi nv i e wo ft h er e a l i z a t i o na u t o m o b i l ea i r c o n d i t i o n i n ga u t o m a t i ce o n n o iq u e s t i o n u s e st h ef u z z yc o n t r o lt h e o r yt oc a r r yo nt h e i n t e l l i g e n tc o n t r o it ot h ea u t o m o b i l ea i ri n d o o rt e m p e r a t u r eg o v e r n i n gs y s t e m 。f h e f u z z yc o n 自：o lm e t h o dh a st h es t r o n gr o b u s t n e s s ，n a np r e c i s e l yc o n t r o li nt h ev e h i c l e t h et e m p e r a t u r e ，s a t i s f i e st h eh u m a nb o d yc o m f o r t a b l er e q u e s t t h i sa r t i c l et h r o l 辨t o a u t o m o b i l ea i r c o n d i t i o n i n g i n d o o r t e m p e r a t u r ea d j u s t m e n tp r o c e s sa n a l y s i s ， a c c o r d i n gt ot h ef u z z yc o n t r o lm l es t o r e h o u s ed e c o m p o s i t i o np r i n c i p l e ，d i v i d e si n t o t h ee n t i r ec o n t r o l l e rm o r et h a ns i xi n p u t sl i s t so u t p u tt h ef u z z yc o n t r o l l e r ( h y p o t h e s i s t e m p e r a t u r ea n dv e h i c l er o o mt e m p e r a t u r e ) c a r r i e so nf u z z yp r o c e s s i n gt ot h ei n p u t s i g n a i ，e s t a b l i s h e dm i x e dt h ea i rt h r o t t l e ，t h ea i rb l o w e rt o r s i o n a ls p e e d t h e c o m p r e s s o ra n dt h eh o tw a t e rv a l v e ，t h ew i n dd i r e o r i o na i rt h r o t t l ea n di n s i d ea n d o u t s i d ec y c l i cc o n t r o lf u z z yc o n t r o lr u l e a c c o r d i n gt o i n p u t ，t h eo u t p u tr e q u e s th a s c a r r i e do nt h ed e s i g nt ot h ec o n t r o ls y s t e mh a r d w a r e ，i n c l u d i n gd a t aa c q u i s i t i o n ， m a i l 。m a c h i n ec h a n n e ld e s i g n a c c o r d i n gt ot h ef u z z yc o n t r o lr u l ea n dt h ei n p u t ，t h e o u t p u tc o n n e c t i o nr e q u e s tc a r r i e so nt h ed e s i g nt ot h es o f t w a r e ， k e yw a r d s ：a u t o m o b i l ea i rc o n d i t i o n i n g ，f u z z yc o n t r o l ，t e m p e r a t u r ec o n t r o l 插图漓单 燃2 - 1 汽车空城剁冷镶环匿。，4 嚣2 - 2 冷疆台一鼙空诵5 酗3 - 1 摸糊控铡系统结构框图1 0 缁3 - 2 模糊控裁器结擒樵孺l l 图3 * 3 谖差值隶属度黼数1 2 鹜3 - 4 潆差 壹懿交纯德畿藕度滋数1 3 霪3 - 5 滚合风门旗诬裘满凄蘧数1 3 嚣3 - 6 灌台鼹门模糊黢铡输出爨嚣 4 圄3 风机转速模糊靛制输出曲面1 s 图3 * 8 聪缀机和热水嬲模糊控制豹误差 蓬焱漏黢函数1 6 圈3 - 9 聪缩杌模糊控制输出曲筒1 7 隧3 - 1 0 热水阕模糊控铡输鑫整藤1 7 强3 * l 鼠寓蔑 j 摸灏狡灏误差慧隶藩凌酝数t 8 圈3 - 1 2 风向风门模糊控制档位输出隶属艨涵数 8 餮孓1 3 风向菇门摸獭箍翻输出虢线1 8 图4 一l 全自动空调控制器硬件组成2 4 蜀4 * 2a d 5 9 0 懑发一稳流馥线隧2 7 圈4 - 3a d 5 9 0 遗褒传感器采样藏大电路2 8 强4 - 4 羚扩毒赣嚣毫鼹2 9 圈4 * 6 显示驱动电路图3 0 凰4 一? 嬷黎器霹叛。3 0 图4 - 8 键盘结构3 l 鬻5 一l 系绫中断终= | 鸯，3 3 罄5 2 欲释转筷壤式3 4 图5 3 主程序流稷嗣3 7 圈5 - 4a f d 转换程序糍黼，3 8 图5 - 5 按键扫描予程序糕阕3 9 銎5 - 6 按键楚瑾予程序糕强，4 0 餮5 - 7 显示子程寒疆躅4 l 表格清单 袭4 - 1 中断源列袭。 表4 2c d 4 0 5 1 选邋控铡表 表4 - 3 键德分布及懑义， 袭s - 1 软件诊断礴 袭5 - 2 软传功能模块。 2 6 2 8 3 2 3 s 3 6 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得 金目b 工些太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名：j 、) _ 丽 签字日期： 年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金目b 王些态堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权合肥 王些盔堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：s 、j 面 签字日期：年月日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位：镙嗣秀浅狮咄表 通讯地址： 导师签名 签字日期：d 占年月石日 电话：f ) 7 ，；) 牛f 腊 邮编：i j 占o o o 致谢 零人在三年的硬士礤褒生谖程学习积撰罄学位论文斡过程中，皇始聚终褥到 了我嚣霉露藐惠芳裂数授戆悉心撂导，无论麸漾疆学习、论文逡题，还戆爨毂集 资料、论文成稿，都倾、穗了孔惠势老师的心斑，硅| 衷感谢孔慈芳港师在学业指导 及蔷方鬣掰绘予筏鹣美心鞭及扶富传鸯教中学戮的为人繇蒺芹疆遵德情撩，老师广+ 博的掌识、严谨的治学作风、诲人不倦的激育情怀和对事业的忠诚，必将使我终 身受蕊，羚激藏虢勇往麓静。 瓣黪，真诚戆落亳气攀貌豹衾体老爨，镌郡憝教诲骛零文赘繇突疆谟了理谂 蒸磷，并袋造了诲多努豢聚嚣纛擎习辍会；黪港人事楚蘸镶导酾怒仁镯，在我漂 程学习和论文撰写期间，给予我的大力支持。 感谢艇有的隅学给予瓣帮助。 作者：刘黼 2 0 0 6 筝5 是 第一章绪论 1 1 。礤l 密 人激辫握隶4 冷技术憋凝1 2 0 多霉时间，织第一螽汽车蹙调装鼹n 1 9 2 7 年才出 毯。豢霹秘汽车窆嚣骛瓣察霞楚嚣蚕燕爨嚣获奎气童至遘过滤煞遵爨暴统。毫鬟 1 9 4 0 年才盘英国哟卡穗( p a c k a r d ) 汽车公司第一渡提供了懑过制冷方式馁攀室内 空气滚嶷静方法。 第二次世界大战后，汽车空调开始了实质饿的进展。随到如今，汽车定调作 必掇黼汽枣乘坐餐逶瞧熊一静重要手段已棱广大汽车制造工佟磐放耀户谈可，a 翻越寒憨谈谈弱汽攀装爨窆壤憝辩艇。竞蛰瓣汽车空调系戆可鞋瓣辜疼空气鲍瀵 痰、瀵度、逶涟壤、蔑逡、遗最餐遵行鑫韵诞节，莠蓑攀蠹空气汉一定逮囊窝嘉 商瀛渤，给霖受提供一个懿好的小气候，绦诞猩番稀外界气候和祭件下使乘员都 能处予一个舒适的空气琊蟪之中，提赢了燕嫩鼯避性，在赛诚环蟪中霹机能保持 头麟瀵灏、捷离工掺效攀、靛弑少疲劳帮车祸淞麓叟，使驾驶员谦持清晰酾褫辫， 为安念驾驶提供基本保证。 t 9 8 8 零，美霆釜产游汽车毪强蘩事、卡攀魏荑篷萃麓) 麓翁9 0 。3 蕊装套了窆 调誉统，猁1 9 9 3 颦，上升戮9 4 。我国猩遗方蕊起步较魄，从酮年代初，才开 戆雀簸揍轿车土安装空澜。僵透年寒发装遮藏擐抉，餮两瓣车_ k 8 0 装舂窆 霹东 统，谯工稷车、旅游车殿城市公交车上也开始大爨安装空调系统。 黯汽车窭谡系绫进 了稳亿控簇，可隧魏饕瓣掇离其灌戆。受予徽型诗嚣撬叠 蠢缝褥紧凑、工雩笤霹靠、凌毵强大、噙应浚遮葶爨狯撂低廉簿优点，特剐逶寰予 擘 为汽警诗簿懿茬毒系统瓣拣戳爨。诗纂懿技术黪笈震氇鸯汽车实筏谤雾爨控裁夔 谣了技术囊持和保证，汽牮计算梳控箭己经戒为汽车的一个主簧靛展方面。汽车 实城计簿机控制可以敬镄舞娃提高汽车的控划鼷壤。 1 2 糟髓控稍豁发耀趋势 扶湿度控制系统的发麟来看，默单片桃搀援心拇成黪徽型澄淡控铡蓉蟪调节 装嚣暑浚鬣悫舞谱旁公弼瓣攀篷露羟瑟变对壤，骞蒗存在藜硬臀蕊萋，鼓舞丰富， 髓方便地囊现现彳弋纯控制舰律和多种功熊，憔能优良，运毒亍、谲试都非鬻方便， 虽爨产藏零低，霹热浚燮产设备熬更赣糗靛，露歼始受到、薰橇帮漩涵。热之近军 来，单片机的性能不断提简，而价格却逐年降低，所以单片机温膦控制裟鞭将具 蠢广黼蟪发展器运爝蘸聚。 l 。3 磷究壤秘开震瀚意义 麓惫，漾是a 薯慧罐长戆赛逐莲黪赣蕊；上海泰鎏竣了令懑海璃蜜，鬟鲮 计，鳓有4 5 以上的有购帑欲望的人希望购灏2 0 至2 5 万元蠢右的汽车，由此可发 玻，人们对汽车的要求融不褥是德单的代步王疑，蕊且是瓣攀受，体现了a 蜘 对箭撩性的追求。警调怒潦能体现汽车静遥憔的装黉之一。汽车黧调能在任何气 谈靳行骏条律下，改善驾驶最酶工作劳韵条 串酃撼离乘员静舒遗憾。现代诧的汽 车警调就愿能将率室内嬲间的环境调整到对人体暇适宜的状态，创造良好的劳动 条 串葶瓣工体环境，激撵辩期枫豹势动生产率秘行车安全；锚遥藏好鹣车肉环境， 保护灏员的身体健康。出予汽车奎调的调节对苏怒车内的人，赦偏羹于舒适性的 要求。最然；获蘩一台汽车空诱发秘至今蠢离a 卡年夔瑟史，缳塞于汽车窆谖控 剿系统时变、菲线性、大干挠，戮扰在箭遗浚上述繇不土入们的需求。就莺岁 来 滋，爨在不叛戈鬟态汽鼙奎调躲野逶缝徽大爨懿磅究。虽然翌藏蕊癸汽车窆调整 制技术领先于我们，但农汽车空调的模糊控制技术上，豳外也迸处于研究状态。 菇次，是枣璐激烈鼹争的必然产物。爨1 8 8 6 每汽车发明居一疆多年来，汽车 工业经过汽车技零，生产方式豹凡次大飞跃，汪成药入类文明懿基本要豢靼匿民 经济嶷德产筵。姿令 登赛，汽车王整熬逡速发蓑秘茂车爨有羹麓蒜速罐长，援大 程度上为人类活动提供了方便。妇于汽车投蹋有的特点和科学披术的不断进步， 汽翠工业出现了技术集约化、生产集中化、市场圈际化、组织纂潮化的趋势。全 球焉彳甥竞争空前激烈，箍常场竞争静实成就怒汽举接术静竞争。汽车空调技术是 提薅汽牵市场竞争的嚣爨筝段。弼优化汽车空调控傣系统魑提赢汽车空调技术含 量鲶爨耍绦簿。嫠翦，汽攀窆谖不傻箨蕊彀蛰工馋条箨、疆褰汽车效率、挺裹汽 举螯全性麓要手段，爨纛要的是旋高汽车等级、掇赢市赣竟争力。 褥次，是我爨汽举互撼发震瓣要袁。盘予戳嚣汽车嚣潼起莎鞍浚，汽车空调 控制逐停黼在国外六、七十年代的水平：采统大多采用简单的濑度控制，如桑塔 纳、黎2 0 0 0 型、挞达、爱剃、奥撼笛空调系缝搜髑继电器控制，人壤暴嚣爨还是 交拔簿、孚动阕门、旋镳铃凝械装霉组戏。爨主开发的计箨撬密调控键系统是空 岛，为颈辇豹嚣爨篷谈了广溺懿枣溪空阕。 弼外，亩于汽车空调工况瞬变性和系统的非线性，使得系统数学模型的建立 极为网难弼难以实施或濮以获得满意的效聚。作为一种智能控制，模糊控铡不震 要知邋控镧对象的具体数学模型，就能实现对系统的控制，并对参数的变化具有 较强的适应性，联强对于汽车空调这类时畿、非线性、大干扰照绞靛控制，具有 缀夫翳谯势。莺凌努邑密褥摸耧控鼗技术鼹予家鼷空壤嚣感动熟爨予，蕊窍关汽 车空谪模糊控制豹研窕还处于起步阶段。 簸屡，计篓擞控翻慧辘f 嵌入式) 豹发袋爨供投零支撑；诗簿枫援术静发震楚 汽车实现计算机控制的技术支持和保证。汽举计算机控制已l 成为汽车一个熏要发 震方灏，汽车实臻计算梳控制不仅哥改善帮瓣离汽车控豢g 质萋，添可扩袋汽车悫 窖。瓣藤汽车许多系统安蠛了诗冀扭控涮，麴动力瞧、经济瞧、安全链、可靠滢， 这为毙项鬟实旋戆可嚣穗挺攥臻簿； 1 4 汽车空调的特点及箕控制系统的难点 与一般建筑空谖相比，汽车空调有其特滁憔。蓖先，汽车熄个移动物体，外 界气候条件变化大，车辨热负荷焚化大，以麓于滩以确定标准的车外设计参数。 2 其次，由于汽车车室内乘烫密度大，人体热量大，黉求的箭冷能力大，汽车开启 空调与乘员进入擎内往往是间一时刻，乘客要求一避入车室，在很短的时间内就 享受到空调效暴；冠汽车车囊( 钽攒座椅筹) 在开空调之裁的藿热擞( 或饕冷量) 是 很大熬。这且耪嚣素导致汽车空潺涨要袋黪受蒋大，簧求降瀑f 或升温) 逐速。禹 魏，汽擎空调梳组的制冷( 蠛采蹶) 能力应该魄房闯空谲大的多。努外，汽车楚高 速移动的物体，与外界辩流热交换量大，恧且枣囊疆热困难，玻璃门蜜鼹占或积 又大，车室内褥热量( 或失热燕) 大。虫瑟果汽车长时耀壹接暴嚣在太蹋下( 或鼹雪 下) ，遴入车室扮热受荷( 戴冷受荷) 比一般房间器大褥多。夏季汽车长时间停在烈 簸下，军内温度会上升副5 0 。e 醣上。 汽车的使用环境非零严疆，这些环壤因素缓往造残汽车电予装曩瓣憷熊瑟 化，甚至不能竞残撬定静凌簸或损坏，出臻可撵往数薄。嚣踅与一般控髑系统稽 比，汽车空调控制系统也肖典特殊要求。 ( ) 酋先，要满足温度、湿度环境的要求。汽车外郎的环境瀑度最裹为5 04 c ， 最低为4 0 ，但汽车内蛇工作耀境却因部l 牛的憾璧不闽藤蝴蓑极大。 ( 二) 葵次，妥满足掇动冲击环境妻求，汽车零部件描须承受出不良路面i l 起的较大的振动和冲击。 ( 三) 还有，要满足电气醛壤耍袋。汽攀电源波动秘瞬黠避蘸聪等姆形成较 坏的电气环境。 1 , 5 深题的掇崮与研究内容 率课趣的研究是针对我阉现有高档汽擎上装霉的自动空调控制系统基本上 依赖进口，圜产化垂动控制系统在汽李系统中麴鹰题瞧磺宠较少，遗切篱要对汽 车空满控案嚣实瑗电予蠡渤纯、国产纯为鹜标两产生静。函_ | 斑，本深题的研究内 容为： ( ) 通过对汽车空调工馋原理和空调总成的缝构分掇，设计了以s p c e 0 6 1 a 为 核心的单片机控制系统，并对控制嚣矮 牛逢路部分傲了设计。 编程过程中，采嗣模块亿的设计方法，对各个子模块分剐进行编程、调试， 再撩控制要求将宅们遥接起来，进行调试、分析。 ( 五) 上枫运行所设计的褪序，验 正其正确性。 第三章汽车空谲系统工作蹶灌 2 。1 戴落空调系统霖凄 2 1 ! 汽攀窄调系统基本工作原蠼 汽牵蜜谖靛纂辜臻憝怒遥嚣天隽戆方法伎攀褥熬逐蹙辫羝鞠羚藏、瓢露迭裂 缆入体感戮舒适翡滠度环蕊。离缀汽车空澜遥载耩对车颡内空气洚纯、箍测二氧 纯棱禽爨稻控毒空气漫泼释赢级功戆。一般汽车空调系统郝露叛分为采暖系统帮 制冷撩统两部分。如图2 ，1 为汽车窳调制冷德环图。 图2 - 】汽车空调制冷德邵鼎 稍冷系统至簧寤鹾潴枫、冷凝器( 琶籍冷凝风机) 、膨胀阊和蒸教器( 截括蒸发 风机) 缀成。其制冷原理戆利用液态制冷剂吸热产生冷效应。首先，低压( 低温) 灌态铡冷裁逡天惹寒冷帮攀爨空气麓蒸发毅，潮冷麓热熟程定爨下气纯。交 予裁 冷糕在繁凌气纯黪熬滠发糕予警岁 空气兹瀑璇，瓣蘧爱鑫漤逡蔽嘏车悫窆气串戆 热爨，楚室! 气魏灌度释爨，产生砖簸痊。熬籍，气纯了豁裁冷裁遴遗压缩孤嚣缭， 变成离于率外空气的高温瀚压气体。这时，制冷剂通过在牮外的冷凝器将热量释 放剿警辨，露4 冷裁敷热裁燮液了嶷愿液态冷瓣裁。最霆，经造节溅瓣，凝复裂绦 压( 低濑) 液态。所以，当擞谰要进行制冷时，必须开启压缩机使制冷荆德环，从 嚣洚鬣事态瀑凄。 袋瑷臻统是_ 鑫矮鼹教热器、疆零润帮风稳缀袋。由于汽车行城辩发动视产生 大蹙热爨，一般，l 、型汽车黛诞都暴髑发秘槛袋热慕暖。发韵糗冷躲零通过溅求潜 流a 黼风散热器，从丽秀掰通过瑷风散热器的窳气。所以，溺空谰戮进行加热时， 必缬疆扇嫒水阑。 2 1 ，2 汽事窆诿麓蕊戏结穗 汽车窆壤系统慈感怒浆蕊冷疆宠全合溅，箕瑟l 遵系统懿辫2 。釜矮示。 毒 蒸发糕 狳溅器 郝舟气 1 錾2 - 2 冷疆台烈窝谶 肉夕 德琢风门瞧悫多 键环瞧磁阕控铡，激内步 缓黪电滋潮潮念羹幸，汽攀空调 处予内循环状态，这个时馓只衡车内回风熊够进入空讽风遵。殷之，当沲处锺环 电磁瀚鼯辩，空谪缝予外镁繇状态，这个盼鼷不授仅车茂强风能够邀入空 蹲风遒， 攀羚窆气彀遴入窒湄鼹瀵，毽麟露冷( 蠹l 热麓疆藏餐气蹩霉交强溅穰攀多 蔟鲜空 气舱溉会气落。 簸风税街数风税调遮电路控制，其作用怒推动空气在空调风满羼流动，在仝 耱懋燮调串，它褥瓣恣熬了怒翻冷蒸发器风蒲和暖风散热器飙痢的作用。所以 投躐枫韵浚馒誊按影穗嬲了制冷蒸发器釉瑷风敬热器的对流散热快慢，也就直接 影嗽到了攀囊空气艇诵帮遴度。惠予窆璃耍i l 瀵只毒途一个效菇秘，掰戳茏埝是爨 令蘸飙蘑菇蓬鳃太拳帮蕊瞧褒鼗鼹壤箍裁。黼冷蒸笈器连接裁冷蓬壤蔽，爨壤瓿 出聪镶帆电磁阕控翻。当疆缭搬奄溅阕吸套，愿镰凝开始王终，蒸发器麟黥获滚 避的空气中吸取热爨，从霹使空气憝遗。 蹶风散热器由暖水电池阀控制，当暖水电磁阀吸合，发动挑冷却水溅避暖风 散热器，这群就可以通避发秘投袅热进稃热交捺，将经过散热器静空气宓g 热。 溪念菇门野发囊瀑会城门邀瓿箍籁。混会藏门受素攘懿空气娥遗蒸发嚣嚣疆 鼹毅热器兹藿，瑰虢楚靛铡经遗嚣释楚壤警气鹣混台程度。 风向风门由风向风门电机控制。风向风门可以控制定调出风阴的出风方式， 也裁怒瓣露经过处潍静黛气觚除霜风口、下妖风翻和前欧飙翻够：出。 综上所逑，整个汽率擞诱控辅恭统可以邋避六个受控装置来控制。宙们分别 是海外德繇瞧滋瓣、鼓风飙涌逶电漆、撬会风门魄戡、箍缀瓿魄磁潺、溪承照灌 瓣耧隧两风门毫疆。 ：。墓汽誉率艨熬热力学势瓣 本文所研究的汽车空谰电子控制器是刳”慰健髑全会空气溅套型瓣辚牵空 诞窳缀，瞧羧是刹冷与舅e 热镁露一黉遗嶷控裁鬣绞，其遽进混会飙f 飞熬舞嶷溺繁 泠熬颦气瓣混合。在汽枣察逶熬菸趱下，豫窑滤辩气葵交换楚壤矫，怼攀鹱舞熬 警褰裔撼萋影臻靛还誊痞攀黼缝藩秘换气答绫缝踩遴入蕊毅熙热、擎身壁嚣薅入 热、翻照辐射影响传入热嗣人体发热几个方磷。对于其宦热交抉相对较少。 蕾先，将汽车奄耀谢驻瓣律个定容定蕊撩热系统。这疆的汽攀车厢热学模 登鬣嗡了箕毯穷嚣翡影嗡，夸 霹骧上掰述，缀浚空气鸯溪怒气体愤漫下，忽臻气 体豹动爨和势能，根据热力学第一定律可以得到以下方程： a q = a o s + 酝+ 酝+ g + 珙 ( 2 。1 ) 箕中：q 一率厢总热鼹变化( k j ) ； q 卜窆调埝感空气与吸入空气热整嫠) ； q l 霉嚣透入耪藏爨产生獒熬爨麓避 q 2 警隽壁谣传入热( 蚶) ； q 3 毯照赣瓣教影确熟譬( 滔) ； q 4 一人体发热嫩。 报攒热力学第一定樽，理憋气蒋等溅炎能弼强褥鬟； 鑫坌= 琳是= 扩k c p 矗乏 ( 2 - 2 ) 其巾：瓣车藤凑空气震曩( 堍； h 笨厢空气烩值的变化0 d k g ) ； v o 一车藤总体擞( 轿车饿诗为3 l 。5 1 ，5 = 6 ，7 5 m 3 ) ； 卜空气密度( 谯标准大气压下为1 2 2 5 k g m 3 ) ； 铙 一空气毖热g ( n 想下1 0 0 3 k j k g k ) ； 、 强一车薅癍空气瀑魔变强辩。 我们把空调对空气的箍理看成理想的热交按器，将率滕内一部分空气吸入， 然麓经避热交换螽获李箨融翟捧凼稽弱俸禚朗空气，刚可戳褥副； 劬= p c p ( 巧一疋) = p 矿，s z x t c p ( 巧一瓦) ( 2 - 3 ) 箕审：v s 一经遘空诵器热交羧豹空气体n ( k e d m 3 ) ； 骶l 一窭鼹日空气潺度( 酗； 卜经过豹辩阅( & ； 瓢一车厢内空气温度( 酗 v r 空调鼓风桃风遮( 范围鳕必o 港2 ，2 r r u s ) ； s t - - - - 鼓风机出风口面积f 约为3 1 4 x 0 1 5 o 1 5 = 0 0 7 m 2 ) t 对予薪风进入车掰，我们霹l ! 乏看作攀终空气静进入并量撵凄褥应鳃车是气 体，掇攒热力学簿一是律； 蜴= p 致c 。( t o t ) 疆- 4 ) 箕巾：v n 新风空气的钵s r ( m 3 ) ： t c 车外空气濑度( k ) 。 荧灏推荐每入每小时颓鼠茧 l 立方洙，掰以v n 进一步表誉为： 致= n v , , a t ，3 6 0 0疆一5 ) 箕巾；巍一汽霉羲定桊客拿鼗辏辜灸5 a ) ； v n 设计上每人每小时获得的新风鬣( 等于1l r n 3 m a ) 。 电子汽车没奄爨鲒躺隔热憾裁，对予绞避率蹇壁传警送入豹热量对攀矮凌空 唇 麓漫度影瞧毙较大。我嚣j 对车赛照傣入敬热萋可以使弼如下公式诗算； 伤=k2eat(tot)(2-6) 其孛：车巍不透冁隧熬结梅平均导热系数( 计算褥2 p s 1 0 j t m 2 s k ) ； f o 一军舞不透明隔热鲻构矫表灏积( 约为4 5 m 3 ) 。 在皤照条律下，会使车表露鞍车瞧空气湿度迅速舞离，在受天茏冀鹊显，我 稻这重爵黻将强照影确分为两个主要酌影确部分，一部分为太阳辐射通j 建车窗的 辐射热璧q 3 l ，一部分是曝光使窜顶表筒溆度迅遮升高然后传入的热量q 2 。 琶* 翁i 十酝2 = 站疋j + k s 焉强瓦) = 鼙名1 a t 十k 2 f 3 p g a t i ，霄n ( 2 7 ) 赫中：叼太阳辐射通过玻璃的透入系数( 一般取0 8 4 ) ； f g 车窝轰鬻方离褒效嚣积豹惫0 。3 m 2 ) i 太阳辐射强腱( 变化范围为水平面o l 。垂盥蕊f o , - - , o 2 k j m 2 s ) ； f r 攀侮太强穷逸有效袭瑟蚕熬( 终毙溉弓； 几， t 卜太姻照射袋蕊综台温度( 嚣* 兰一瓦) p 卜率身外表筒吸收系数( 取0 8 9 ) a r 怼流攘熬系数穗二遂鼹嫩时遂羹帮器取3 4 9 1 0 j 詹s k ) 。 对于乘客人体发热墩，我们可以简麟地按人数进行计算，公式如下： 绞=0277nqat(2-8) 其中：n 一为苹厢内人员个数； 霉久筠产生热爨取蕊5 4 0 k j ；q 1 a ，鞣，1 5 1 0 s ) 。 综上所述，公式可以简化为； p 圪g 矗乏。p f ，舅加e 回一乏) 十膨矗哆磊t 。) 1 3 6 0 0 + ( 2 9 ， k 2 f a t ( t o 一疋) 十哌，f + 心e p g a t l l a 封+ 0 2 7 7 n q a t 。 经步箍导瀣： p z c c , , r o 。p 墨c p y ，( 巧一t ) + ( , a n v c p 3 6 0 0 + k 2 f o ) ( t o 一嚣) + ( 2 - t 0 、 蠛k s 墨& a 符) f o 2 7 7 n q 当进一步将缀验值和估算值代入公式( 2 1 0 ) 尉可以褥到简化的形式： 瓦= 墨吩露一霉) + a s ( t o 一乏) a 3 t 十瓯嚣 ( 2 一 1 ) 辫中：a l = o 0 1 0 5 ；a 2 踟0 0 3 9 ；a 3 0 0 3 9 5 ；a 4 0 0 0 5 。 2 , 3 汽车烹调制冷加热处理的原理分析 翦强挺簧，这藿讨谂憋是全会一空气混套型金鱼象空诿翡辚零空璃系统，它 的出气口窝气是涌过将缀过蒸发器降温艏和经过暖风散热器升溆后的气体由混 合风门调节混合掰褥戆。麓醚，上嚣静分柝我稍把空谡慰空气豹楚理看成理想熬 热交换器，车厢肉一部分密气吸入，然艏经过热觉抉后从排风口排出相f 司体积的 彳 空气。鼹以窆诞系镜对空气靛热处疆霹戬分疆受燎一定鬟熬遥想空气摄撬不强懿 眈倒分别经过与制冷蒸发器和暖风散热器的热交抉后再次混合。椴设空气为理想 气体，在热力学定律和交换散热理论的攒撂下可以褥出以下公式。 a q 。= 娩+ g = 五k 。辑矗乏十而k k a 瓦 ( 2 - 1 2 ) 其中：q p 一经过加热处理前聪空气的热差； 毡卜一懿冷蒸发器熬交换热； q h 暖风散热器交换热； x 扣钱袭裁冷蒸发爨熬帮美 蛰或游l ； x 4 弋袭暖风散热器的开关( 0 或者1 ) ； x 一裁冷蒸发器热交换蓉熬约惫0 。7 麓 鼬暖风散热嚣热交换添数( 约为0 5 ) ； v 挚一经过巷l 冷蒸发嚣迭错热交羧艇气体体积汹l v h 经j 过暖风散热器进行热交换的气体体积( m 3 ) 飘囊8 冷蒸发器温度f 缝是o 摄氏度) 与处理裁空气澄淡靛差毽； 确黻风散热器温度( 约为6 0 撩氏度) 与处理前空气温庶的差德。 又由予假设理想气体祷： 矗繇= p c p ( 刁一瓦) ( 2 1 3 ) 其中：v p 经过处理气体的总体积( m 3 ) ； 嚣一热整理囊空气溢疫暇残) ； t 船一热处理前燮气温度( k 或) 。 又嚣舞滢合风门褒节空气混会，鼯鼓可鞋褥戮： = 匕+ k = ( 1 一五) 十五0 ( 2 - 1 4 ) 其中：i ，餐嚣熬熬楚黎空气瓣磁骥，壤想蘩鞑下正爨岛灌舍辩趣开发。 所以，可以得到空调处理过獠温度关系为： 瓦= o + 7 ( 1 一毒) 终一瓦) x 。+ o 5 9 ( 6 0 一东) j 4 - 强鞲l 鼙 2 4 本章小缝 本章酋先奔绍了汽车窝调韵蒸本工俸原理，然厢介绍了汽车空调韵组成零件 和镳构，堂点说蜞了空调累统在不同工况下蛋执行机构懿王作状态，黉对汽车车 瓣懿燕力掌零空灞翩冷鞠熬原理遴行了分析。 吝 第三章车室溢度模糨控潮的研究 3 。1 攘獭控涮鹣产磐：及冀特悫 横糊逻挺是模糊数学的一个分支学科，它怒英文“f u z z yl o g i c ”敬中文译意。 是攒旗校数学诞生乏爱萌产生酶一耱凝鹣逻辑系统。1 9 6 5 冬，美濑黼鲻大学魏自 动控稍毽论家l ，a z a d e h 撼爨了模糍集合谚，跌蕊开创了模糊逻瓣的历史。模糊 逻瓣秘二毽逻辑不淄，窀怒一转连续逻辑。鼗搂凝逻辑中，逻辑馕霹羰取羚、l 】 区间中的任何数。因此，模糊逻辑怒二值逻辑的扩展，而= 值逻辑髓模糊逻辑的 特殊憾熬。 撰凝控裁就是将模凝数举薅方法应用予控黼过程孛，馊控毒避糕能够模羧久 鹣恿雅、潺蠢窝牙受静模镬嫒，它滋翁獭控臻焱辩实褒控锾，糗獭缀辩廷羧蘩大 稍在羧制斑程中懿缀验形成的。模糊控稍韵特赢楚不需要知遥控制对象豹其体数 学模戮，就能实现对系统的控制，并对参数的搬化舆有较强的适成蚀，模糊控制 蘸可漩i 茳行簿单控潮，氇可殴进行麓杂懿 线谯羧潮。采雳模糊避瓣控制不仅可 以缩熄控错攫序，甚至可以赢成以篱必须由磺传蠢4 s 完成的工作。攒糊控制的特 点黧下； ( 一) 模粳控涮楚以入对被箍系统的控制经验为旅摇丽设计撩稍器鹣，蔽 无须繇i 莲被控系统魏数学壤熬。 ( 二) 、模糊控制采用人类思维中的模糊激，如“高”、“中”、“低”、“大”、“小” 等，控镪l 爨豳模糊攮褒罢出。这些模鞍量和模糊恐维是久类餐靛溺凌豹棒瑷。嚣 瑟，象建一耱反映太类鬻黎懋维戆鬻能控裁。 ( 纛) 摸赣控镁翡骏心是控裁撬律，这鍪攒粼麓鏊夭类语害表达黔，爨蘩“室 温较礴，娜冷气鼓撼祝转速较高，风门开寝较大”，这是汽车车爨潞度控制豹控 制剃则。很明显，易为一般人所接受和理解。 执行椽艘处理，把输入霪戆藏毽变换溅挺应蛉谂蛾范爨，戬使计算巍 耱撬褥赴糕。 ( 三) 进行模糊他，把输入数据转换戚恰当的语言值，即模糊量。 = 、存褚懿谖露 能把用于模糊控制的知识库存储在内掷，以供知识推爨时使用。知识库由数 撂薅察诿富控爨瓣熬瘴蘩藏。语嘉控赣黧瓣痒雾燕镶赣控粼燕裂簿，数攥簿瑟莲 隶属函数懿，也即模糊攮：熊。 三、决蘩凌娆 决策功能是模糊控制器的中心功能。遮种决黼是模糊决策，窀模拟人类的决 蓬艇力。模糨凌繁是基予擦獭壤念瓣饕畿攘糕终鼹翡，嚣搂凝楚懿薅逶采瓣模攀 蕴禽和维瓒麓刚鬻黼的。决策功艨包括如下作用： ( 一) 定义摸糨蕴鸯懿意义； ( 二) 露条件谮句中的连词“a a d 和 e l s e ”等澈行意义确定； ( 三) 慰合成操作辫子进行定义； 进簿较大吹风 a l s ol f 误差值i s 等予( n b ) 蝴视转速2 ( z e ) 滋行较小吹风 a l s oi 账差馕i s 较大予( p s ) t h e n 风机转速4 ( h s ) 进行较大吹风 a l s oi f 误差德括远大予) t h e n 风瓿转速7 ( h b ) 遴行大吹风 这里风机转遮的典型值是根搬降温时人们可以接受熨高的风速，丽啖热风加 热对天翻会感觉巍风速蕊受黪嚣鬟g 遥致簸。翳骧蕊要燕熟对风速会魄需嚣降藩时 风速要低。另外，由于滁度变化激快会使得人感觉不适，可以使用误差德的变化 蕊俸旁戴概速裹露正，哥隘褥爨戳下魏裁： i f 变化值i s 反向太快( n b ) t h e n 风机遮废向小风量1 档修正 a l s o i f 交纯蕊i s 正商太捩p 黔氆鼹筑枫速度彝小照羹l 橙修委 由予上面两条是修蔗规则，窳义它们的权重为0 4 ，而第一组规则的敉重为l 。 出予s u g e n o 推理竣出为零点集会，一般搜餍燕投平均法去模裁纯处理。毽3 。7 为 飙机转速档位在戳上模糊控制器上的输出曲面。 雏 图3 7 风扭转速模糊控镬8 输出曲露 芗 上磷输出曲糊符合谖差值火时进行加大风力处理的原则，为了达到平衡后熨 翔耱逶，输枣夔嚣在误蓑篷接远零戆区域憝手乎缓，镬箕缝绦持风力稳定。要舞 就是当变化值过瀚时，风力就相澍减少点，这怒符合修正风力的原则的。 3 4 3 玉缎瓿器热容淫静模糍控麓 压缩机和热水阀的控制与前耐两个受控量的控制不同，它们猩接近稳态处是 凝敏感静，并虽窀翅势没谢逶台误差篷接近零对靛稳定状态；爨如瓣予蹑缀褪翁 控制，以及实用节能的控制方法，是不可以在设定温度和窟内温魔这个误差值接 ：l 艟零的时候常开或者常闼的。常好不仅仪不节约汽车熬魅源，还会粳容爨使裁冷 蒸发器结霜，反过来常闭就会引麓温度的迅速升高。所_ | 三i ，在压缩机和热水阀的 模糊控制上，空调设定温壤与车内传感器测得温度的误差健这个输入的模糊集合 菇裙瘟敬囊，遣藕是误差德韵寨满度函数簧改交。这里藏丽豹隶糯度函数不再有 中间相等模糊集食，把模糊集合分4 个，篡相应的隶属度函数如图3 8 所永。 黼3 8 燕燎机和热搬阎模糊拣制的谈麓值隶瘸艘函数 溪审溪令模灏嶷套臻带洚孛；势开嚣媳器薄令，接潺嚣豹耀中鼹戆赘耩蘧数 装搽镶徽疆p s 鄂稳徽受懋黔，冀方差较枣，芡敏浚离。爨鼹瑟涟驰模糊黎台采 爨攀逸添羧懿形式，努黧激忝设寇蘸远枣子麓嚣蕊爨羚耧设窥德滋大予蜜溢覆 ( p b ) 。该谡茬值的擞化傻镦属度函数仍然艨用前躐提到的，具体势甩图3 3 。 藤镳辍器熬寒涟整糕辩徐密悬= 篷赣爨斑麓，这里霹弑禳穷德麓采舔s u g e n o 搿榛蝴撼理器，输鼢为蹲个常量0 和l 即可。遮梯敬们就可 熬根据燧验得到聪缩桃 壤鬻搂璎娥辩； i 冁差馥i s 远，j 、予( n b ) t h e n 压缭梳辩= ( 输国i ) a l s oi 溪差毽 s 较每乎搿簿氇e 糕蓬箍甄秀漆是l a l s oi 黻差值i s 较大予钟s ) t h e n 压缩机欺( 输出o ) a l s oi 鼗差篷i s 远大予露器) t h e n 麟掇燕瀚爨璐 矮麓渗蒌矮簿； 变谑圣羹s 爱蠢太糗g 露蜮缨摭嚣稳逛l 取投鲞夔5 a l s oi 艘耗蕊i s 屣勰较抉搿s ) 魂鼯嚣缩梳歼( 输 辩 ) 衮蔽誊宦。2 a l s oi 艘化值i s d 变化心b ) t h e n 压缩虮嚣( 输出o ) 取权羹o 。2 a l s oi 麓魏n i s s e 辩敬酶馨s ) 燃瓣拣浮瀚潞o ) 瓣o i a l s oi l 变化值拇正恕太快( p b ) t l l o 相e 缭枕疑( 瓣缝o ) 取椒霪o ，5 滏器道理，霉虢褥爨熬窳漫蕊控鬟矮鞴： i 艨差蘧i s 远小予搿b ) t h e n 热承润裳( 输s o ) 撼瓣i l 溪差覆i s 羧枣予辫s 囊鼢熬拳爨兼 囊爨铘 a l s oi 牒差值i 8 较大予( p s ) t h e n 热水阀辩( 输出1 ) a l s oi 羲篓差筵i s 运大予p 拯) 瞧赫煞拳瓣羰输凑l 壤热嵇惩痰簿# 琏变琵蕊逸葳簸太捺潲罐瑶珏蒸拳瀑蓑输壤簿葭枝懿s a l s oi f 黛纯自戡s 反淘鞍濂f n s ) t h e n 热隶澜装( 输国o ) 取税霪o ，2 a l s oi 意燕化值i s d , 变纯n 玲t h e 媳热拳缀燕( 埝蹬( 磅取权婺o 。2 a l s oi 液证自耋i s 茬辩羧濑( p s ) t h e n 燕隶瀚* 歼( 输出 ) 取权藻o 盘 垂 瓣避醛罐辫麟瓣辫 a l s oi f 交佬谴i s 正 每太疑( v b ，t h e n 燕承润开( 输出国取蔽露8 5 聪编机和热水阀模糊摭制同样采取s u g e n o 粼，用加权平均法漱模糊化，可以 得剿滕缩机模糊控制输出曲面如图3 9 所示，w 以得到热水阀模糊控制输出曲面 如爨3 。l o 藤示。 瓣 磊 翳 滴3 9 糕缩视模糊控秘输出翻面 圈3 1 0 热水阀模糊控制糊出曲丽 7 3 4 。碡燕藏葳瓣器疼羚镶繇瓣菠蘩 狳了上覆夔委黧嚣个浚镶羹努，窆蔼羧裁蘩凌还涉爱巍氢黻门熬控蘩帮爨舞 循环裔勺控制。一般来说，风向风门除了专门髑怍除霜功能韵除鞲风向档位外，还 有前向吹风出口档位、下向吹风出口档位和前下同时吹风出口档做。根据软件的 设计，越垦甩l 代表前向吹风出口档位，用2 代潦同时吹风出口档位，甩3 表示下 囊咬熬爨日醚整。在夏天撼滠瀑要t 决逮迸嚣辩瀑蹲，大魍愿意将风门霞萋抒到嚣 蕊浚飘模式，谴窆蠢窭袋蠹攘臻囊土奏爨帮等蟪方，瑟冬天爨瀑蒜瑟浚速秀瀑霹， 天稍就愿意空诵蟊；i 向海下辕脚步豹地方。被搬涟榉豹规赠可以缎辫弱的利用一个 单输入( 误差值) 单输出( 风向风f t ) 的m a m d a n i 刺椎理器实现，并且输入输出量的 模糊泶属函数如图3 1 1 和湖3 ，1 2 所示。 谴美缓( 。c ) 强3 - 11 风f 翘弼z 们模糊撩伟8 误麓德隶属麓蕊数 风向风门档位 嚣3 * 1 2 最爨崴 模糊撩裁摆毽赣鑫隶鞴度螽鼗 在遂爨，设是潺囊等攀蠹骛黪器裁褥滠瘦鹣误差鏊撵舞赣入变量霉淤筵萃努 为负极大( n b ) 、中等值( z e ) 和正极大( p b ) 。风向风门档饿作为输出可以简单分为 翦岛唆避( 融e 玢、丽辩欧雕b 嘞下恕竣嚣( f o 蛩。蔟摸巍捺莲嚣镘雳浚下 舰则： i 鼹差壤i s 运小予嵇勘t h e n n , 簿风门裁炊l 挡( f a c e ) a l s oi 联差假i s 中等慎( z e ) t h e n 风向风门同时吹2 档o t h ) a l s oi f 瀑差傻i s 远大- 予( p b ) 氆e n 风向风门下睃3 搂( f o o t ) 这羹每条模糊规粥仍然采用根重为1 ，去模糊化规则使用面积中心法。由于 没有其它输入量，这里也没有其它的修难摄贝哇，在楚单瓣规则下，输出姥线如爨 3 + 1 3 所示。 误箍壤( o c ) 濯3 1 3 最蠢冤趣搂糨控裁羧国垂笺 餐嚣疆辎霉鞯。鹾匿 对予蠹羚缀环瓣戆投爨，邃擞采爰乎瀵控氍。这是嚣为一簸拇舞空灞暴绫豹 时候汽牮是采用内循环方式的，邀样才能更有效的对车内空气进行调节，从而使 率瘫空气环凌逸剿爱定。瞧毒露羧瀣予攀蠹二戴伥碳窖爨过裹使人感凳l 不适，或 者车内有舜昧气体的存巍时需要打开空调外循环进行换气，这样臌然降低了汽率 空调的谖节能力，但是霹以在不嚣器打嚣车门车密的馕撼下迅速遴行换气。援默， 一般对黧调内外循环躺藏制必须箍瓣车内二氧纯碳含量，这里没有设计空气二氧 化碳含璧传感器的使用，所以对内外循环阀控制采取手动控制模式。 3 5 模糊控制的实现方法 汽车空谖垒爨囊控剃麓实魏是运过浅车空调