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研究生: 張宗逸
Chung-yi Chang
論文名稱: 汽車用恆溫空調系統中車房熱模型的塑模與模擬
Thermal Modeling and Matlab/Simulink Simulation of Passenger Compartment for Automobile Temperature Control
指導教授: 鍾聖倫
Sheng-Luen Chung
口試委員: 鄭慕德
Mu-Der Jeng
蘇順豐
Shun-Feng Su
黃國修
none
黃崇能
Chung-Neng Huang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2006
畢業學年度: 94
語文別: 中文
論文頁數: 60
中文關鍵詞: 汽車恆溫空調控制車房熱模型塑模Matlab/Simulink塑模與模擬
外文關鍵詞: thermal model of passenger compartment, automatic climate controller, Matlab/Simulink
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受控環境的模型與模擬主要是在系統設計的過程中,取代受控實體,以達到設計便捷、驗證迅速的目的。對於車用電子而言,當作受控的汽車所需的實驗場地甚大,對於開發的驗證是一個很大的考驗,此時若有一個可以代替的模擬系統提供模擬,必可以提早發現問題,進而對策改善。對此,本論文特別將汽車恆溫空調控制系統中,車房所受來至環境熱源的影響,包括:日射負荷、換氣負荷、內外氣溫差之負荷及內部負荷等,據此分析計算出車房的熱負荷模型。另一方面,本論文也探究汽車內內建之 HVAC系統,如何產生冷暖氣及風量大小,以抵銷外界熱干擾,而達到車房內的舒適狀況。經由同時計算環境以及HVAC熱影響的熱變化量,進而求出車房的溫度。本論文最後並利用matlab/simulink模擬軟體實際來建立完整的車房模型,並搭配一自動恆溫空調控制器 (ATC) 在控制迴路上控制結果的成果展示,驗證此模型的確符合預期的設定。


Thermal modeling of passenger compartment is critical for the design of automatic climate controller for automobiles. In the context of simulation-in-the-loop design approach, a model-based simulation target greatly facilitates controller design of different control policies and hardware platforms. This thesis investigates various sources of environmental thermal influence on an automobile passenger compartment: radiation from the sunlight, conduction due to ambient temperature, convection of air exchange, and heat generated by passengers inside the compartment. To counter the environmental influence for a pleasant compartment condition, the thermal impact resulting form built-in HVAC system is also studied, together with modeling of sensors and actuators present in the vehicular climate control system. Both of the resultant environment and HVAC models are then simulated in Matlab/Simulink, which is then ready for the subsequent automatic climate controller design.

摘要 I Abstract II 摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 圖目錄 VII 表目錄 IX 第1章 概論 1 1.1 背景知識 1 1.2 動機 2 1.3 文獻審閱 2 1.4 採用方法 4 1.5 研究目的與貢獻 4 1.6 本文架構 5 第2章 汽車恆溫控制系統 6 2.1 汽車空調系統架構 6 2.2 汽車HVAC系統 8 2.2.1 HVAC的組成 8 2.2.2 汽車冷氣的循環系統 9 2.2.3 暖氣回路系統 13 2.3 感測器與致動器之塑模 13 2.3.1 感測器的塑模 14 2.3.2 致動器的塑模 17 2.4 自動恆溫控制器(ATC)之控制 19 2.4.1 ATC對HVAC的控制流程圖 19 2.4.2 ATC的控制法則 19 第3章 車房的熱模型 25 3.1 熱的物理觀念摘要 25 3.1.1 傳導 25 3.1.2 對流 26 3.1.3 輻射 26 3.2 車輛的熱負荷模型 27 3.2.1 日照輻射傳導的熱 28 3.2.2 換氣所產生的熱 29 3.2.3 車室內外溫度差的熱 29 3.2.4 人或機器所產生的熱 31 3.3 不同情況下的總熱負荷 32 3.4 HVAC熱量輸出塑模 33 第4章 車房的熱模型之系統模擬 35 4.1 汽車熱模型的模擬架構圖 35 4.2 車房的熱平衡模型之塑模 36 4.3 Matlab/Simulink的介紹 38 4.4 車房在Matlab/Simulink上的塑模 39 4.4.1 環境參數設定 40 4.4.2 車房模型 42 4.4.3 致動器信號 44 4.4.4 HVAC系統中的致動器模型 45 4.4.5 感測器信號模型 46 4.5 模擬結果 46 4.6 完整的車房模型與ATC的關係 49 第5章 結論 51 5.1 貢獻 51 5.2 推廣至一般HVAC系統的塑模 51 5.3 未來研究方向 52 附錄A. 單位的轉換 53 附錄B. 冷凍空調上經常用到的物理量 54 附錄C. 一般變數記號 55 附錄D. 空調用語中日英對照表 57 參考文獻 59

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