基于凌阳单片机汽车空调自动控制系统设计样本.doc资源-CSDN文库

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人类掌握制冷技术总共 120 近年时间,但第一台汽车空调装置到 1927 年才浮现。当时

汽车空调内容仅是具备加热器及空气通过过滤通风系统。直到 1940 年才由英国帕卡德汽

车公司第一次提供了通过制冷方式使车内空气凉快办法。

第二次世界大战后,汽车空调开始了实质性发展。直到如今,汽车空调作为提高汽车

乘车舒服性一种重要手段已被广大汽车制作者及顾客承认,人们越来越结识到汽车装有空

调好处。完善汽车空调系统可以对车内空气温度、湿度、清洁度、风速、通风等进行自动

调节,并使车内空气以一定速度和方向,保证在各种外界气候和条件下使乘员都能处在一种

舒服空气环境之中,提高了乘坐舒服性,使司机能保持头脑苏醒,提高工作效率,减少疲劳和

车祸发生,驾驶员保持清晰视野,为安全驾驶提供基本保证。

1988 年,美国生产汽车有 90.3%装备了空调系统,到 1993 年,上升到 94%.国内在这方

面起步较晚,从 60 年代初,才开始在红旗轿车上安装空调。但近年来发展速度不久,国内轿车

上 80%装有空调系统,在工程车、旅游车及都市公交车上也开始大量安装空调系统。

对汽车空调系统进行优化控制,可以改进和提高其性能。由于微型计算机具备构造紧

凑,工作可靠,功能强大,响应迅速和价格低廉等长处,特别适当作为汽车计算机控制系统控

制器。计算机技术发展也为汽车实现计算机控制提供了技术支持和保证,汽车计算机控制已

成为汽车一种重要发展方面。

1 概述

1.1 国内外汽车空调技术发呈现状

汽车空调是指对汽车车厢内空气质量进行调节装置。最早汽车空调装置始于 1927 年，

它仅由加热器、通风装置和空气过滤器三某些构成，且只能对车内供暖。精确地讲，汽车

空调历史应当从制冷技术应用在车上开始。20 世界 30 年代末美国几部公共汽车装上了应

用制冷技术冷气装置。直到 20 世纪 60 年代，应用制冷技术汽车空调才开始普及起来。后

来，人们对汽车空调兴趣逐年增长，汽车空调技术日趋完善，功能也越来越全面。上世纪

90 年代此前国内汽车产品重要以载货汽车为主，长期以来汽车空调技术研究始终处在空白

状态。国内汽车空调发展经历了如下三个发展阶段。

第一阶段是从 60 年代初到 70 年代末，重要是运用汽车发动机排出废气或冷却循环水

产生热量来供应车室内采暖用。

第二阶段是 80 年代初至 1990 年。80 年代初期，国内从日本购进制冷降温用汽车空调

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，国内第一汽车制造厂以

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、轻型车及轿车空调系统。

第三阶段是从 90 年代开始到当前。国内已形成生产规模汽车空调生产公司，分别从

国外引进了国际最先进平行流式冷凝器和层叠式蒸发器生产技术和生产线，同步按《蒙特

利尔议定书》和《中华人民共和国消耗臭氧层物质逐渐裁减国家方案》规定，开始研究开

发汽车空调制冷装置工质由氟利昂 R12 向 R134a 转换。至此，国内汽车空调技术在短时间

内缩小了与国外差距。

随着为电子行业发展以及人们对汽车舒服性规定提高，人们已不再满足于轿车空调仅

能制冷供暖这一功能，更看重其车厢内热舒服性控制、仪表盘美观以及操纵以便性，因而

高档轿车中普通都安装自动空调，它们有精致液晶显示、触摸式操纵按键和多点温度控制

等功能。但当前针对乘员舒服性控制还远未达到人们规定，因而对轿车空调系统控制亟待

完善和开发。

国外某些大汽车公司轿车空调代表了这方面最先进水平。通用汽车公司某型轿车车身

计算机控制模块（BCM）控制空调系统是较典型自动空调系统。该模块监视高压管路、低

压管路温度以及蓄压罐压力、发动机冷却水温度等信号，如果系统不在设定范畴内工作，

BCM 将压缩机离合器脱离。该系统用一种双向电动机调节混合风门开度，并用 5 个操纵机

构分别控制各个模式风门和加热器热水阀，还用功率模块控制鼓风机转速，依照驾驶员输

入温度、车室内外温度及制冷剂低压管路温度，BCM 计算出气流分送模式、鼓风机转速及

混合风门开度，然后进行相应控制，而克莱斯勒公司某些轿车空调还以占空比喻式对压缩

机离合器进行控制。

日本丰田某型轿车自动空调监测车内外温度、蒸发器温度、冷却水水箱温度以及阳光

辐射强度、压缩机转速等参量。通过控制压缩机磁吸、风机转速和温度混合风门、新风风

门和模式风门伺服电机，进行车内温度调节。自动功能下该空调 ECU（电子控制单元）一

方面计算送风温度，并依照送风温度控制风机转速、混合风门开度、压缩机起停及送风模

式。

比较而言，国内轿车空调控制要稍逊某些。广州标致轿车空调电子控制系统依照车内

温度、环境温度、蒸发器温度、送风温度及人为设定值，通过控制风机转速、压缩机离合

器开合及热水阀大小来进行温度调节。奥迪轿车空调系统模式风门是手控，鼓风机转速继

电器控制，压缩机离合依照蒸发器温度控制。奥拓轿车空调就更为简朴，没有用于舒服性

控制传感器，依托驾驶员人为调节室内温度。

汽车空调系统热负荷比较复杂，并且变化较大。有人以为光线射入角会对热负荷影响

很大，而对此制定了一套相适应控制方略。着重研究如何通过计算机拟定送风量、送风温

度和工作模式。由于空调影响，轿车室内温度分布是很不均匀，并且均匀分布温度场也会

由于人舒服感不同而产生舒服性差别，对此有人研究针对前排、后排车座双蒸发器运营状

况，并进行相应控制。尚有人针对司机和乘客个体舒服性用不同出口进行控制。

轿车空调运营工况变化激烈，有无日照、有无新风状况下蒸发器热负荷有很大不同，

特别是在车速发生变化时对空调影响更大。车速变化使空调系统冷凝器迎风风速发生变化，

从而冷凝压力及过冷度都发生变化，此时空调将脱离原设计工况，要得到一种稳定运营，

必要施以相应控制。

用 PID 控制器对轿车空调运营进行控制，该控制器执行机构为电子膨胀阀和压缩机，

依照蒸发器进出口温度之差用 PID 控制器对电子膨胀阀开度进行控制，与热力膨胀阀控制

比较，能获得较好效果。

此外，通过调节压缩机转速和电子膨胀阀开度也可以控制轿车空调运营，针对蒸发器

过热度和蒸发温度控制即可以控制电子膨胀阀和压缩机转速来得到，Hatton 等人做了这样

双输入、双输出研究工作，并对输入参量进行解藕，同步加入预补偿器，提高了系统响应

速度。

汽车空调系统具备较强非线性特性，有人用模糊控制办法对轿车空调运营进行实时控

制，以车室内温度与设定值之差 e 和偏差变化率

作为输入，在车速变化工况下经模糊控

制器控制压缩机运营占空比和蒸发器风机风量，获得较好控制效果。此外 Leighton 等人应

用模糊控制方略对蒸发器风量、温度混合风门开度进行控制，也达到舒服性规定。

1.2 智能控制发展趋势

从温度控制系统发展来看，以单片机为核心构成微型温度控制系统调节装置已被国内

外许多公司和单位作为研究对象，客观存在硬件简朴，软件丰富，能以便地实现当代化控

制规律和多功能，性能优良，运营调试都很以便。且生产成本低，可加快生产设备更新换

代，已开始受到注重和欢迎。加之近年来，单片机性能不断提高，而价格却逐年减少，因

此单片机温度控制装置将具备辽阔发展和运用前景。

1.3 汽车空调特点及其控制系统难点

与普通空调相比，汽车空调具备其特殊行。由于汽车是移动物体，外界气候条件变化

大，车外热负荷变化大，以至于难以拟定原则车外设计参数。另一方面，由于汽车室内乘

员密度大，人体热量大，规定制冷能力大，汽车启动空调与乘员进入车内往往是同一时刻，

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