氨工质电动汽车空调系统及其控制策略研究

发布时间：2017-09-12 13:23

  本文关键词：氨工质电动汽车空调系统及其控制策略研究

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【摘要】：2006年欧盟通过了《汽车空调系统指令》,《指令》中规定,从2011年开始,所有在欧洲销售的新款汽车都必须使用GWP值低于150的制冷剂,而等到2017年,所有在欧洲销售的汽车都要使用低GWP值的制冷剂。当前汽车空调系统中普遍采用的R134a制冷剂,其GWP值高达1430,远远超出了欧盟规定值,即将被淘汰,然而采用何种制冷剂来替代R134a却还未明确。目前世界范围内主要对R1234yf、C02和R152a等几种潜在制冷剂进行了研究和探讨。但研究发现,这几种制冷剂并不是R134a的理想替代制冷剂。鉴于此,本文提出将氨这种天然制冷剂应用到电动汽车空调上,作为R134a的替代制冷剂。选择应用到电动汽车空调上,主要是考虑电动汽车本身没有燃油系统,使用氨制冷剂时更加安全可靠。基于此,本文研究设计了氨工质电动汽车空调系统。当前,电动汽车空调系统控制策略大多采用模糊控制,但模糊控制过度依赖于控制规则库的精确制定。而对于电动汽车而言,人们掌握的控制经验和专家知识十分有限,往往难以建立精确的模糊控制规则库,这将导致控制精度不高,动态品质较差。鉴于此,本文提出将前馈模糊控制策略应用到电动汽车空调系统的温度控制上。本文的研究内容及主要成果如下:(1)对氨、R1234yf、C02、R152a等几种低GWP值制冷剂做了对比研究,研究发现:氨有更优的节能环保性,且来源广泛、价格低廉,可以作为R134a的替代制冷剂应用到汽车空调上。(2)对氨工质电动汽车空调系统及其部件做了详细的研究设计和论证,并对其理论COP进行了计算,经计算得其理论COP为4.09。(3)研究设计了氨工质电动汽车空调系统前馈模糊控制策略。在模糊控制中,温度偏差和温度偏差变化率作为输入量,压缩机转速修正值作为输出量,根据模糊控制原理制定出了25条控制规则。前馈控制中,对扰动热负荷进行了研究分析,发现:扰动热负荷与车速、舱室外温度、舱室内温度、到达地面的太阳直射辐射强度、时间、计算地点经度、计算地点纬度、计算日在一年中的顺序数、车辆行驶方向、乘员数目、电机舱温度、舱室外相对湿度、舱室内相对湿度有关。(4)在Matlab/simulink中对扰动热负荷进行了仿真研究。研究发现:重庆地区汽车空调扰动热负荷在一天中先增大,后减小,大约在13点30分时达到最大值,约为3550w;随着乘员数目、车速、室外空气相对湿度的增大扰动热负荷也增大;车辆行驶方向从正南逐渐变化为正东方向的过程中,扰动热负荷呈递减趋势。(5)在Matlab/simulink中对前馈模糊控制策略进行了仿真研究。仿真结果表明前馈模糊控制策略能实现乘员舱温度的精确控制。
【关键词】：电动汽车 汽车空调 氨 前馈模糊控制 仿真
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72;U463.851
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-11
• 主要符号表11-12
• 1 绪论12-22
• 1.1 研究背景及意义12-17
• 1.1.1 氨制冷剂作为汽车空调替代制冷剂的研究背景及意义12-15
• 1.1.2 电动汽车空调系统控制策略研究背景及意义15-17
• 1.2 研究现状17-19
• 1.2.1 汽车空调替代制冷剂的研究现状17-18
• 1.2.2 电动汽车空调系统控制策略的研究现状18-19
• 1.3 本文的主要研究内容和方法19-21
• 1.3.1 本文的研究内容19-20
• 1.3.2 研究方法与技术路线20-21
• 1.4 小结21-22
• 2 氨工质电动汽车空调系统研究设计22-40
• 2.1 氨的物理化学性质22-23
• 2.2 氨作为制冷剂的优缺点23-24
• 2.3 氨与其他几种低GWP值制冷剂的性质比较24-28
• 2.3.1 低GWP值制冷剂物理性质的比较24-25
• 2.3.2 低GWP值制冷剂理论循环的比较25-28
• 2.4 运行参数对氨制冷剂理论循环的影响28-32
• 2.4.1 蒸发温度对氨制冷剂理论循环的影响28-29
• 2.4.2 冷凝温度对氨制冷剂理论循环的影响29-30
• 2.4.3 过热度对氨制冷剂理论循环的影响30-31
• 2.4.4 过冷度对氨制冷剂理论循环的影响31-32
• 2.5 氨工质电动汽车空调系统研究设计32-37
• 2.5.1 氨工质电动汽车空调系统总体设计32-34
• 2.5.2 氨工质电动汽车空调系统理论循环的研究设计34-37
• 2.6 小结37-40
• 3 氨工质电动汽车空调系统各部件的研究设计40-74
• 3.1 乘员舱换热器的研究设计40-47
• 3.1.1 乘员舱换热器的结构40-41
• 3.1.2 乘员舱换热器的传热计算41-47
• 3.2 前端散热器的研究设计47-50
• 3.2.1 前端散热器结构48
• 3.2.2 前端散热器的传热计算48-50
• 3.3 蒸发器的研究设计50-57
• 3.3.1 蒸发器的结构51
• 3.3.2 蒸发器的传热计算51-57
• 3.4 冷凝器的研究设计57-65
• 3.4.1 冷凝器的传热计算57-65
• 3.5 压缩机的选型研究65-68
• 3.5.1 电动压缩机驱动方式的确定65-66
• 3.5.2 电动压缩机结构的确定66-67
• 3.5.3 电动压缩机参数的确定67-68
• 3.6 乘员舱换热循环泵的选型研究68-70
• 3.6.1 乘员舱换热循环泵扬程的确定68-69
• 3.6.2 乘员舱换热循环泵轴功率的确定69-70
• 3.6.3 乘员舱换热循环泵额定转速的确定70
• 3.7 前端散热循环泵的选型研究70-71
• 3.8 膨胀阀的选型研究71
• 3.9 氨工质电动汽车空调系统理论COP的计算71-72
• 3.10 小结72-74
• 4 氨工质电动汽车空调系统前馈模糊控制策略研究设计74-112
• 4.1 模糊控制原理及其优缺点74-82
• 4.1.1 模糊理论知识基础74-79
• 4.1.2 模糊控制的基本原理79-81
• 4.1.3 模糊控制的优缺点81-82
• 4.2 前馈控制原理及其优缺点82-83
• 4.2.1 前馈控制的基本原理82-83
• 4.2.2 前馈控制的优缺点83
• 4.3 氨工质电动汽车空调系统前馈模糊控制策略的研究设计83-85
• 4.4 模糊控制策略的研究设计85-91
• 4.4.1 温度偏差的模糊化85-86
• 4.4.2 温度偏差变化率的模糊化86-88
• 4.4.3 压缩机转速修正值的模糊化88-89
• 4.4.4 模糊控制规则的制定89-90
• 4.4.5 反模糊化90-91
• 4.5 前馈控制策略的研究设计91-110
• 4.5.1 太阳辐射强度计算91-94
• 4.5.2 综合温度计算94
• 4.5.3 干扰热负荷的精确计算94-108
• 4.5.4 前馈控制策略的制定108-110
• 4.6 小结110-112
• 5 氨工质电动汽车空调系统控制策略建模与仿真112-130
• 5.1 扰动热负荷的建模与仿真112-118
• 5.1.1 舱室外温度和太阳直射辐射强度对总扰动热负荷的影响114-115
• 5.1.2 乘员数目对总扰动热负荷的影响115-116
• 5.1.3 车速对总扰动热负荷的影响116
• 5.1.4 车辆行驶方向对总扰动热负荷的影响116-117
• 5.1.5 室外空气相对湿度对总扰动热负荷的影响117-118
• 5.2 氨工质电动汽车空调系统前馈模糊控制策略的建模与仿真118-122
• 5.2.1 前馈控制系统的建模与仿真118-120
• 5.2.2 车内温度仿真模型的建立120-121
• 5.2.3 模糊控制仿真模型的建立121
• 5.2.4 前馈模糊控制系统仿真模型的建立121-122
• 5.3 氨工质电动汽车空调系统前馈模糊控制策略仿真122-127
• 5.3.1 纯电动汽车空调系统降温特性仿真122-124
• 5.3.2 电动汽车空调系统变温特性仿真124
• 5.3.3 太阳辐射强度阶跃扰动仿真124-125
• 5.3.4 室外温度阶跃扰动仿真125-126
• 5.3.5 乘员数目阶跃扰动仿真126
• 5.3.6 车速阶跃扰动仿真126-127
• 5.3.7 综合分析127
• 5.4 小结127-130
• 6 结论与展望130-132
• 6.1 本文主要完成工作和结论130-131
• 6.2 工作展望131-132
• 致谢132-134
• 参考文献134-138
• 附录138
• A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文138
• B 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目138

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本文编号：837466