汽车空调配风试验台设计与研究

・试验・测试・

汽车空调配风试验台设计与研究

亚1

李振亮I赵鸿汉2许玮・刘文武1

沈兆昆2

(1.天津科技大学;2.天津三电汽车空调有限公司)

【摘要】基于汽车空调各出风13处与大气压差为零的特点,设计并搭建了汽车空调配风试验台。该试验台采用

差压式流量计法间接测量汽车空调各出风管道的气体流量。能够在汽车空调真实配风环境下,同时测量9个出风口

的气体流量,有效地提高了测量精度并缩短了测试周期。

主题词:汽车空调气体流量试验台

中图分类号・467.5'23文献标识码:A文章编号:1000—3703(2009)08—0046—03

DesignandStudy

on

Air—distributingTest-bed

IbrAutoAir—conditioningSystem

IjYal,LiZhenlian91#ZhaoHonghan2,Xu

Weil,“uWenwul,ShenZhaokun2

(1.TianjinUniversityofScience&Technology;2.Ti舳jinSandenAutoAir-conditioningCO.,Ltd.)

【Abstract]An

of

pressure

air-distributingtest-bed

was

designedandestablishedbased

at

on

thecharacteristicthatthedifference

can

w舶zerobetweentheairpressure

thevents

andatmosphericpressure.Theairflow

be

measured

at

indirectlybyusingthedifferencepressuretypeflow-meter,andthe

test-bed

can

measureairflowinnineairventsthe

Baffletime,whicheffectivelyincreasesthemeasuringaccuracyandshortensthetestingperiod.

Keywords:Auto,Air-conditioning,Airflow,Test-bed

质量,设计了9组测风装置,并同时连接在汽车空调各出风口上检测9个风道内的气体差压。然后将各

我国幅员辽阔,地域差异性较大,一些轿车空调系统在气候条件恶劣的地区并不能很好运行。从而不能满足人们对空调舒适性的要求。研究表明,造成这些问题的原因并不一定是空调系统自身的制冷量不够.有时是由于风道系统设计不合理而导致空调整体性能下降…。相关研究者利用计算机仿真技术并结合数学模型代替真实系统进行了研究【l-3].虽研究方向明确、研制周期短,但由于仿真数学模型的简化导致与真实系统不能吻合,因而测试结果与实际差别很大。而利用试验的方法来确定风道系统送风口的尺寸、位置及风量,虽耗费较大,但是研究数据真实可靠,进而可大幅度提高空调质量。

1.强度调整旋钮2.空调鼓风机3.模式选择旋

差压传送至上位计算机进行计算分析。系统总体结构如图1所示。

钮4.空调本体5.空调风道6.连接板7.静压

箱8.孔板9.引风机

图1

测风装置与汽车空调连接示意

2试验原理及方案分析

汽车空调一般包括左除霜、右除霜、中除霜、左头、右头、中左头、中右头、左前脚、右前脚等9组出风口,组成除霜、吹头、吹脚、吹头吹脚等几种模式,不同模式下各出风口的风量不同。为精确获得不同模式下各出风口的风量数据,以检验空调风道设计

-———46..——

3测风装置设计

管道内流体流量公式为:

酽吉x寻d2、/警酽而x了∥V亍

(1)

式中,吼为体积流量;C为流量系数;占为可膨胀系

在装卸搬运时有其特点及方法:物流装卸搬运的概念:物流装卸搬运是指在一定的区域内(通常指某一个物流结点,如车站、码头、仓库等,以改变物品的存放状态和位置为主要内容的活动。它是伴随输送和保管而产生的物流活动,是对运输、保管、包装、流通加工、配送等物流活动进行衔接的中间环节。

在整个物流活动中,如果强调存放状态的改变时,一般用“装卸”一词表示;如果强调空间位置改变时,常用“搬运”一词表示。物流的各环节和同一环节不同活动之间,都必须进行装卸搬运作业。所以卸搬运活动把物流运动的各个阶段联结起来,成为连续的流动过程。

・试验・测试・

数;JB--d,,V为直径比:D为管道内径;d为节流件开孔

直径;P。为被测流体密度;蛾为差压。

式(1)中,C、占、P。值查表可得;d、D、卢可通过实测测得。一经测定即为不变量。因此,只要获得风道内流动气体的差压即可间接计算出管道内风量。

由于汽车空调风道呈不规则形状。且测量不允许破坏汽车空调风道.所以很难直接测量各风道内流动气体差压。汽车空调出风口直接与大气相通,所以各出风口与大气的差压为零.据此设计了如图2所示测风装置。该装置前端通过静压箱与汽车空调风道相连接.静压箱可保证送风系统减少动压、增加静压、稳定气流和减少气流振动,使送风效果更理想.并兼具模拟大气环境的作用。在静压箱及孔板处各安装一差压仪(见图3)。在测风装置后端

安装一可调速引风机。差压仪1输出差压识至控

制仪表,控制仪表根据输入量及其设定值(因空调出风口与大气的差压为零.此设定值即为零)自动调整引风机转速.直至静压箱内气体与大气差压为

零,然后采集差压仪2输出的妲值,通过式(1)求

得该风道风量。

静压箱

软连接隔饭

f道

孔五

引风机

图2测风装置结构示意

图3风量测量控制系统原理示意

4风量测量控制系统设计

风量测量控制系统的基本原理如图3所示.静压箱内流动气体与箱外大气差压通过差压仪传送至控制仪表。差压仪选用日本富士机电公司FCK一22型,输出量为4—20mA,称量范围为一1

000一l000

Pa,标准精确度为±0.065%。控制仪表选用日本横河UT55l数字调节仪.它以±0.1%的精度、最长50

nl¥

的输入采样周期跟踪快速变化的信号,并具有自整定功能及PID调节输出。控制仪表目标值设定为

零,孔板处的9组差压通过差压仪2进行检测,测得

结果通过加采集卡进入工控机进行数据处理。工

控机软件用VB编写,主要完成系统的参数输入、流量计偏差修正及数据的记录、分析、存储与显示等。系统运行流程如图4所示。

图4测风试验台控制流程

5配风试验台总体结构设计

为便于与汽车空调各出风口连接.9组测风装置采用上下3层结构。上层为左除霜、右除霜、中除霜;中层为左头、右头、中左头、中右头;下层为左前脚、右前脚,如图5所示。试验前,将汽车空调置于测

试系统前面.拉出每组静压箱与对应的空调管道紧密连接后进行试验。图6为配风试验台实际工作现场。

6试验数据分析

根据汽车空调设计原则,选择吹头模式时。左头、右头、中左头、中右头出风口风量应基本一致,其它各出风口应不出风或出微风;选择吹脚模式时。只有左、右脚出风口出风。其它出风口不出风或出微风;选择除霜模式时.左除霜、中除霜、右除霜及左头、右头(车前门后视镜处除霜)出风口出风,其它出

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・试验・测试・

风口不出风或出微风:当选择旋钮顺时针或逆时针拨到某一模式时,出风口的风量可能有所变化,做风量试验时应考虑。表l为日本某原装空调原始测试数据(不同模式下各出风风量占总风量的百分比1,表2及表3为在相同测试条件下(室温25℃,汽车空调鼓风机电压为7V),该空调在所设计试验台上的试验数据。由表2可知,不同模式下总风量的绝对值明显不同,吹头模式总风量最大,吹脚模式总风量最小.这是由于不同模式下汽车空调内的风阻不同引起的。由表3可知,各种模式的风量分配与原始数据基本一致.从而间接证明了该测风试验台数据的可靠性。

吹头吹头吹脚一顺吹头吹脚一逆

16.7

24.526—221.2

30.7

33.0152.3

口的前提下方便地测量各出风口风量:

表2不同模式下各出风口绝对风量

出风口

m弧

除霜除霜除霜

右头

42.522.5

右头左头

左头

再Ⅱ

右脚左脚风量

0.3

207.4181

60.460.743.5

OO038.639.O27.226.127.6

吹脚一顺0.3吹脚一逆吹脚除霜一顺吹脚除霜一逆

00

00

1.81.8

00

00.1

5.65.5

33.131.9

35.534.0

76.373.3

2.730.6O.711.2OO12.423.925.8107.3

2.348.63.210.2O0.111.420.121.6117.5

描点茹

除霜9.686.210.515.4O015.20.1O137

%翮

崮鲥管

嗣同

I-Om-]

圆囤世羊纠瞠凹

表3不同模式下各出风口风量所占总风量的百分比

出风口吹头吹头吹脚一顺

由由

除霜除霜除霜

0000.402.52.07.0

0OO0O28.541.462.9

000000.72.77.7

右头

20.5

右头

29.1

左头

29.321.517.2O0.100.10

左头

21.O

右脚左脚

O.1

嘲3

1.静压箱2.软连接

14炉

5.引风

10.

12.421.311.02.42.510.48.711.2

16.1O000O

15.O14.415.213.920.221.77.37.5

43.446.543.546.4

3.隔板4.差压仪

吹头吹脚一逆吹脚一顺吹脚一逆

机6.右除霜7.中除霜8.左除霜9.右头中右头

11.中左头

12.左头

13.右脚

14.左脚

吹脚除霜一顺吹脚除霜一逆

除霜

11.622.324.09.711.1

17.10.1

18.40

图5配风试验台系统配置示意

b.汽车空调各出风口风量可同时检测,提高了测量精度和缩短了测试周期:

c.利用工控机的数据处理能力可及时快速地分析空调各出风VI的风量分配情况。为提高汽车空

图6配风试验台汽车空调管道风量测试现场

调管道设计质量提供可靠的基础数据。

表1

出风口吹头吹头吹脚一顺吹脚一顺吹脚除霜一顺

除霜

日本某空调原始测试数据

右头

21125121l

所设计测风试验台已应用1年多.用户反映良好,测量精度明显提高.同时测量周期缩短约3/5。

参考文献

朱娟娟,陈江平,等.汽车空调双后风道结构数值优化分析.

制冷技术,2004(3):8—10.

照岗,陈江平,胡伟.汽车空调风道系统CFD研究与优化.汽车工程,2005,27(1):103一106.

吴金玉,陈江平.汽车空调蒸发器总成及风道的数值研究.

中中

左头

1913612ll

前前

除霜除霜除霜

0O007

0OO3063

OOOO8

右头左头

3021.500O

3021.5000

右脚左脚

01644230

0164523O

流体机械,2008,36(7):59。62.

孙淮清,王建中.流量测量节流装置设计手册.北京:化学工

业出版社.2005.

蔡武昌,应启戛.新型流量检测仪表.北京:化学工业出版社.2007.

(责任编辑文楫)

修改稿收到日期为2009年3月20El。

汽车空调配风试验台设计与研究

作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:

李亚, 李振亮, 赵鸿汉, 许玮, 刘文武, 沈兆昆, Li Ya, Li Zhenliang, Zhao Honghan , Xu Wei, Liu Wenwu, Shen Zhaokun

李亚,李振亮,许玮,刘文武,Li Ya,Li Zhenliang,Xu Wei,Liu Wenwu(天津科技大学), 赵鸿汉,沈兆昆,Zhao Honghan,Shen Zhaokun(天津三电汽车空调有限公司)汽车技术

AUTOMOBILE TECHNOLOGY2009,(8)0次

参考文献(5条)

1. 朱娟娟. 陈江平 汽车空调双后风道结构数值优化分析[期刊论文]-制冷技术 2004(03)2. 照岗. 陈江平. 胡伟 汽车空调风道系统CFD研究与优化[期刊论文]-汽车工程 2005(01)3. 吴金玉. 陈江平 汽车空调蒸发器总成及风道的数值研究[期刊论文]-流体机械 2008(07)4. 孙淮清. 王建中 流量测量节流装置设计手册 20055. 蔡武昌. 应启戛 新型流量检测仪表 2007

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基于这种情况,本文对燃料电池汽车空调的控制系统进行了研究。论文首先分析了燃料电池汽车空调的工作原理与结构,确定了新型压缩机、鼓风机、混合风门等执行机构的控制方式。在控制算法上,针对常规模糊控制方法控制精度相对较低,本文对部分执行机构采用了基于自调整规则因子的模糊控制算法,设计了空调模糊控制器。模糊控制器以车内温差和车内温差变化率为输入量,对汽车空调系统的压缩机驱动器、鼓风机调速模块、混合风门、加热器电磁阀和模式风门等执行机构进行模糊控制,同时根据车内外温差和太阳辐射强度对汽车空调系统的影响情况对控制策略进行了修正。

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・试验・测试・

汽车空调配风试验台设计与研究

亚1

李振亮I赵鸿汉2许玮・刘文武1

沈兆昆2

(1.天津科技大学;2.天津三电汽车空调有限公司)

【摘要】基于汽车空调各出风13处与大气压差为零的特点,设计并搭建了汽车空调配风试验台。该试验台采用

差压式流量计法间接测量汽车空调各出风管道的气体流量。能够在汽车空调真实配风环境下,同时测量9个出风口

的气体流量,有效地提高了测量精度并缩短了测试周期。

主题词:汽车空调气体流量试验台

中图分类号・467.5'23文献标识码:A文章编号:1000—3703(2009)08—0046—03

DesignandStudy

on

Air—distributingTest-bed

IbrAutoAir—conditioningSystem

IjYal,LiZhenlian91#ZhaoHonghan2,Xu

Weil,“uWenwul,ShenZhaokun2

(1.TianjinUniversityofScience&Technology;2.Ti舳jinSandenAutoAir-conditioningCO.,Ltd.)

【Abstract]An

of

pressure

air-distributingtest-bed

was

designedandestablishedbased

at

on

thecharacteristicthatthedifference

can

w舶zerobetweentheairpressure

thevents

andatmosphericpressure.Theairflow

be

measured

at

indirectlybyusingthedifferencepressuretypeflow-meter,andthe

test-bed

can

measureairflowinnineairventsthe

Baffletime,whicheffectivelyincreasesthemeasuringaccuracyandshortensthetestingperiod.

Keywords:Auto,Air-conditioning,Airflow,Test-bed

质量,设计了9组测风装置,并同时连接在汽车空调各出风口上检测9个风道内的气体差压。然后将各

我国幅员辽阔,地域差异性较大,一些轿车空调系统在气候条件恶劣的地区并不能很好运行。从而不能满足人们对空调舒适性的要求。研究表明,造成这些问题的原因并不一定是空调系统自身的制冷量不够.有时是由于风道系统设计不合理而导致空调整体性能下降…。相关研究者利用计算机仿真技术并结合数学模型代替真实系统进行了研究【l-3].虽研究方向明确、研制周期短,但由于仿真数学模型的简化导致与真实系统不能吻合,因而测试结果与实际差别很大。而利用试验的方法来确定风道系统送风口的尺寸、位置及风量,虽耗费较大,但是研究数据真实可靠,进而可大幅度提高空调质量。

1.强度调整旋钮2.空调鼓风机3.模式选择旋

差压传送至上位计算机进行计算分析。系统总体结构如图1所示。

钮4.空调本体5.空调风道6.连接板7.静压

箱8.孔板9.引风机

图1

测风装置与汽车空调连接示意

2试验原理及方案分析

汽车空调一般包括左除霜、右除霜、中除霜、左头、右头、中左头、中右头、左前脚、右前脚等9组出风口,组成除霜、吹头、吹脚、吹头吹脚等几种模式,不同模式下各出风口的风量不同。为精确获得不同模式下各出风口的风量数据,以检验空调风道设计

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3测风装置设计

管道内流体流量公式为:

酽吉x寻d2、/警酽而x了∥V亍

(1)

式中,吼为体积流量;C为流量系数;占为可膨胀系

在装卸搬运时有其特点及方法:物流装卸搬运的概念:物流装卸搬运是指在一定的区域内(通常指某一个物流结点,如车站、码头、仓库等,以改变物品的存放状态和位置为主要内容的活动。它是伴随输送和保管而产生的物流活动,是对运输、保管、包装、流通加工、配送等物流活动进行衔接的中间环节。

在整个物流活动中,如果强调存放状态的改变时,一般用“装卸”一词表示;如果强调空间位置改变时,常用“搬运”一词表示。物流的各环节和同一环节不同活动之间,都必须进行装卸搬运作业。所以卸搬运活动把物流运动的各个阶段联结起来,成为连续的流动过程。

・试验・测试・

数;JB--d,,V为直径比:D为管道内径;d为节流件开孔

直径;P。为被测流体密度;蛾为差压。

式(1)中,C、占、P。值查表可得;d、D、卢可通过实测测得。一经测定即为不变量。因此,只要获得风道内流动气体的差压即可间接计算出管道内风量。

由于汽车空调风道呈不规则形状。且测量不允许破坏汽车空调风道.所以很难直接测量各风道内流动气体差压。汽车空调出风口直接与大气相通,所以各出风口与大气的差压为零.据此设计了如图2所示测风装置。该装置前端通过静压箱与汽车空调风道相连接.静压箱可保证送风系统减少动压、增加静压、稳定气流和减少气流振动,使送风效果更理想.并兼具模拟大气环境的作用。在静压箱及孔板处各安装一差压仪(见图3)。在测风装置后端

安装一可调速引风机。差压仪1输出差压识至控

制仪表,控制仪表根据输入量及其设定值(因空调出风口与大气的差压为零.此设定值即为零)自动调整引风机转速.直至静压箱内气体与大气差压为

零,然后采集差压仪2输出的妲值,通过式(1)求

得该风道风量。

静压箱

软连接隔饭

f道

孔五

引风机

图2测风装置结构示意

图3风量测量控制系统原理示意

4风量测量控制系统设计

风量测量控制系统的基本原理如图3所示.静压箱内流动气体与箱外大气差压通过差压仪传送至控制仪表。差压仪选用日本富士机电公司FCK一22型,输出量为4—20mA,称量范围为一1

000一l000

Pa,标准精确度为±0.065%。控制仪表选用日本横河UT55l数字调节仪.它以±0.1%的精度、最长50

nl¥

的输入采样周期跟踪快速变化的信号,并具有自整定功能及PID调节输出。控制仪表目标值设定为

零,孔板处的9组差压通过差压仪2进行检测,测得

结果通过加采集卡进入工控机进行数据处理。工

控机软件用VB编写,主要完成系统的参数输入、流量计偏差修正及数据的记录、分析、存储与显示等。系统运行流程如图4所示。

图4测风试验台控制流程

5配风试验台总体结构设计

为便于与汽车空调各出风口连接.9组测风装置采用上下3层结构。上层为左除霜、右除霜、中除霜;中层为左头、右头、中左头、中右头;下层为左前脚、右前脚,如图5所示。试验前,将汽车空调置于测

试系统前面.拉出每组静压箱与对应的空调管道紧密连接后进行试验。图6为配风试验台实际工作现场。

6试验数据分析

根据汽车空调设计原则,选择吹头模式时。左头、右头、中左头、中右头出风口风量应基本一致,其它各出风口应不出风或出微风;选择吹脚模式时。只有左、右脚出风口出风。其它出风口不出风或出微风;选择除霜模式时.左除霜、中除霜、右除霜及左头、右头(车前门后视镜处除霜)出风口出风,其它出

・---—47・-——

・试验・测试・

风口不出风或出微风:当选择旋钮顺时针或逆时针拨到某一模式时,出风口的风量可能有所变化,做风量试验时应考虑。表l为日本某原装空调原始测试数据(不同模式下各出风风量占总风量的百分比1,表2及表3为在相同测试条件下(室温25℃,汽车空调鼓风机电压为7V),该空调在所设计试验台上的试验数据。由表2可知,不同模式下总风量的绝对值明显不同,吹头模式总风量最大,吹脚模式总风量最小.这是由于不同模式下汽车空调内的风阻不同引起的。由表3可知,各种模式的风量分配与原始数据基本一致.从而间接证明了该测风试验台数据的可靠性。

吹头吹头吹脚一顺吹头吹脚一逆

16.7

24.526—221.2

30.7

33.0152.3

口的前提下方便地测量各出风口风量:

表2不同模式下各出风口绝对风量

出风口

m弧

除霜除霜除霜

右头

42.522.5

右头左头

左头

再Ⅱ

右脚左脚风量

0.3

207.4181

60.460.743.5

OO038.639.O27.226.127.6

吹脚一顺0.3吹脚一逆吹脚除霜一顺吹脚除霜一逆

00

00

1.81.8

00

00.1

5.65.5

33.131.9

35.534.0

76.373.3

2.730.6O.711.2OO12.423.925.8107.3

2.348.63.210.2O0.111.420.121.6117.5

描点茹

除霜9.686.210.515.4O015.20.1O137

%翮

崮鲥管

嗣同

I-Om-]

圆囤世羊纠瞠凹

表3不同模式下各出风口风量所占总风量的百分比

出风口吹头吹头吹脚一顺

由由

除霜除霜除霜

0000.402.52.07.0

0OO0O28.541.462.9

000000.72.77.7

右头

20.5

右头

29.1

左头

29.321.517.2O0.100.10

左头

21.O

右脚左脚

O.1

嘲3

1.静压箱2.软连接

14炉

5.引风

10.

12.421.311.02.42.510.48.711.2

16.1O000O

15.O14.415.213.920.221.77.37.5

43.446.543.546.4

3.隔板4.差压仪

吹头吹脚一逆吹脚一顺吹脚一逆

机6.右除霜7.中除霜8.左除霜9.右头中右头

11.中左头

12.左头

13.右脚

14.左脚

吹脚除霜一顺吹脚除霜一逆

除霜

11.622.324.09.711.1

17.10.1

18.40

图5配风试验台系统配置示意

b.汽车空调各出风口风量可同时检测,提高了测量精度和缩短了测试周期:

c.利用工控机的数据处理能力可及时快速地分析空调各出风VI的风量分配情况。为提高汽车空

图6配风试验台汽车空调管道风量测试现场

调管道设计质量提供可靠的基础数据。

表1

出风口吹头吹头吹脚一顺吹脚一顺吹脚除霜一顺

除霜

日本某空调原始测试数据

右头

21125121l

所设计测风试验台已应用1年多.用户反映良好,测量精度明显提高.同时测量周期缩短约3/5。

参考文献

朱娟娟,陈江平,等.汽车空调双后风道结构数值优化分析.

制冷技术,2004(3):8—10.

照岗,陈江平,胡伟.汽车空调风道系统CFD研究与优化.汽车工程,2005,27(1):103一106.

吴金玉,陈江平.汽车空调蒸发器总成及风道的数值研究.

中中

左头

1913612ll

前前

除霜除霜除霜

0O007

0OO3063

OOOO8

右头左头

3021.500O

3021.5000

右脚左脚

01644230

0164523O

流体机械,2008,36(7):59。62.

孙淮清,王建中.流量测量节流装置设计手册.北京:化学工

业出版社.2005.

蔡武昌,应启戛.新型流量检测仪表.北京:化学工业出版社.2007.

(责任编辑文楫)

修改稿收到日期为2009年3月20El。

汽车空调配风试验台设计与研究

作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:

李亚, 李振亮, 赵鸿汉, 许玮, 刘文武, 沈兆昆, Li Ya, Li Zhenliang, Zhao Honghan , Xu Wei, Liu Wenwu, Shen Zhaokun

李亚,李振亮,许玮,刘文武,Li Ya,Li Zhenliang,Xu Wei,Liu Wenwu(天津科技大学), 赵鸿汉,沈兆昆,Zhao Honghan,Shen Zhaokun(天津三电汽车空调有限公司)汽车技术

AUTOMOBILE TECHNOLOGY2009,(8)0次

参考文献(5条)

1. 朱娟娟. 陈江平 汽车空调双后风道结构数值优化分析[期刊论文]-制冷技术 2004(03)2. 照岗. 陈江平. 胡伟 汽车空调风道系统CFD研究与优化[期刊论文]-汽车工程 2005(01)3. 吴金玉. 陈江平 汽车空调蒸发器总成及风道的数值研究[期刊论文]-流体机械 2008(07)4. 孙淮清. 王建中 流量测量节流装置设计手册 20055. 蔡武昌. 应启戛 新型流量检测仪表 2007

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基于这种情况,本文对燃料电池汽车空调的控制系统进行了研究。论文首先分析了燃料电池汽车空调的工作原理与结构,确定了新型压缩机、鼓风机、混合风门等执行机构的控制方式。在控制算法上,针对常规模糊控制方法控制精度相对较低,本文对部分执行机构采用了基于自调整规则因子的模糊控制算法,设计了空调模糊控制器。模糊控制器以车内温差和车内温差变化率为输入量,对汽车空调系统的压缩机驱动器、鼓风机调速模块、混合风门、加热器电磁阀和模式风门等执行机构进行模糊控制,同时根据车内外温差和太阳辐射强度对汽车空调系统的影响情况对控制策略进行了修正。

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