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汽车空调多温区控制的热力学分析

时间:2018-10-26 来源:内燃机与配件 作者:袁阳,黄勇,张彬彬 本文字数:1915字

  摘    要: 由于汽车多温区控制的模型是非线性的, 而且模型极其复杂, 导致模型难以建立, 传统的控制方式很难解决这种问题, 然而利用模糊控制理论可以解决这些问题, 并且不需要知道被控对象的精确模型。利用热力学定律建立汽车多温区热力学模型;在MATLAB/Simulink下搭建相应模块进行仿真验证, 并对仿真结果进行分析。

  关键词: 故障选线; 仿真分析; 配电网; PSCAD;
 

汽车空调多温区控制的热力学分析
 

  0、 引言

  当今世界的汽车工业在机械制造业中起着非常重要的作用, 车载温控系统研究和制造也成为汽车制造的一个重要部分, 当前车载温控系统随社会的发展, 其更新换代的周期愈来愈短, 这也使得人们对汽车舒适程度提出不同的要求, 也为车载温控系统的发展带来新的机遇。

  车载温控系统的控制方式也随着汽车行业的发展呈现多元化和智能化, 人们对汽车空调所采用的控制策略也在不断变化, 但目前来说, 对多温区控制方式的研究尚不多, 尤其是当车内不同地方需要不同温度时, 一般的控制方式很难满足乘客的这样一种需求。汽车的多温区控制方式是一种新的控制方法[1], 它能在车内不能地方设置不同的温度, 以满足不同乘客的需求。但目前来说, 只有一些高档汽车采用这种控制方式, 而一般的汽车还是手控或者电控方式, 由于这种控制系统存在一些缺点, 比如不能随时调节温度设置, 操作不灵活等。因此, 对汽车空调采用多温区控制方式, 能更好地满足不同乘客的不同需求, 同时也有利于实现汽车现在控制的智能化。

  1、 汽车空调控制系统研究发展趋势

  汽车行业的发展势必会要求其配置抢先发展, 这些配置中, 汽车空调的发展也取得可观的成绩[2]。由于我国对空调技术的研究较晚, 早期对空调技术的研究过多借鉴国外相关行业, 但经过几十年的发展和研究, 我国的汽车空调技术已飞速发展, 并掌握许多重点技术。目前, 一些企业只着重数量和想在市场上占有一席之地而忽略质量, 技术水平不合格, 不能满足真正投放市场的能力, 致使不应该的事故时而发生。随着汽车空调工业的慢慢发展和市场竞争日益激烈, 越来越多的企业开始从国外引进先进技术和生产设备, 组装自己的品牌汽车, 但是这时的生产也只是一些零碎小部分的生产, 核心部位也不属于自己的, 与外国的设计和制造相比, 我国初期的汽车空调在质量和款式方面都有些逊色[3]。

  2、 车载温控系统原理描述

  车载温控系统的制冷原理如图1所示。制冷剂进入蒸发器, 在蒸发器中蒸发吸热, 带走车内热量, 此时制冷剂变成高温气体, 然后气体进入压缩机, 在压缩机中压缩, 变成高压气体, 接着高压状态的制冷剂进入冷凝器中冷凝, 变成液体, 同时将热量释放到外界空气中, 此时的冷凝剂仍是高压状态的液体, 需要在膨胀阀中膨胀, 变成低压液体, 以便在蒸发器中蒸发, 进入下一个循环[4]。由于制冷器中蒸发器中蒸发吸热, 所以可带走车内热量;而在冷凝器中冷凝放热, 将热量释放到空气之中, 从而完成整个热量循环。

  图1 车载温控系统制冷循环示意图

图1 车载温控系统制冷循环示意图

  3、 车载温控系统多温区热力学模型

  3.1、 模糊控制器子系统图搭建

  模糊控制器模块的子系统图如图2所示, 图中TIZ表示左温区控制模块的输出, TSZ表示左侧温区设定温度, TSY表示右侧温区设定温度, TIY表示右侧温区控制模块的输出, PZ表示左侧温区风门模糊控制器的输出, VF表示风机模糊控制器的输出, PY表示右侧温区风门模糊控制器的输出。

  图2 模糊控制器模块子系统图

图2 模糊控制器模块子系统图

  图3 汽车多温区控制系统整体模块图

图3 汽车多温区控制系统整体模块图

  3.2、 车载温控系统多温区控制整体系统模块

  对汽车空调模糊控制器子系统模块、左侧温区控制子系统模块和右侧温区控制子系统模块进行整理, 得到汽车多温区控制系统整体模块如图3所示, 预先设定如下参数值:TSZ=23℃;TSY=23℃;TOUT=35℃;TIN=35℃;XC=1;XH=0;N=2;L=0.8kW/m2。

  4、 仿真分析

  正常行驶时, 汽车速度会受到影响, 并且受太阳辐射的影响, 汽车室内热负荷会增加。假设外界35℃, 此时汽车已有一定速度, 在汽车室内空调打开之前, 汽车左侧温区和右侧温区的温度也同样是35℃, 车内左侧右侧温区各2人, 外界太阳辐射值为0.8k W/m2, 汽车在道路中的驾驶速度为20m/s, 并且同时将左侧温区和右侧温区的温度设定为23℃。

  5、 结语

  采用热力学定律建立不同温区的各种影响因素热力学模型, 在Matlab/Simulink下进行仿真验证, 从仿真结果中可以看出, 在正常行驶工况下, 汽车自动空调系统都能得到很好的控制结果。

  参考文献:

  [1]沈承林, 吴重光.汽车空调原理与日常维护[M].北京:机械工业出版社, 2007.
  [2]Gustav L, Jostein P. A new efficient and environmentally benign system for car airconditioning[J]. International Journal of Refrigeration, 1993, 16 (1) :4-12.
  [3]李士勇.汽车空调发展前景[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 2011.
  [4]严扬, 刘志国, 高华云.汽车造型设计概论[M].北京:清华大学出版社, 2005.

    论文来源参考:[1]袁阳,黄勇,张彬彬.车载温控系统多温区热力学模型和仿真研究[J].内燃机与配件,2018(19):1-2.
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