淺談客車空調(diào)系統(tǒng)的計算機輔助設(shè)計

ainet.cn 2009年05月04日

隨著國民經(jīng)濟保持持續(xù)、穩(wěn)定的高速發(fā)展，我國客車行業(yè)也處于高速發(fā)展時期，空調(diào)客車的需求量不斷增加。但由于使用和運行環(huán)境的特殊性，客車空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計與其它空調(diào)系統(tǒng)相比要復(fù)雜得多。采用傳統(tǒng)的客車空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計方法計算量大，設(shè)計周期長，準確性差，不僅影響產(chǎn)品的性能，而且難以適應(yīng)車型開發(fā)的要求。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機輔助設(shè)計作為一種新的綜合學科，改善了傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計和工程技術(shù)設(shè)計方法，可以有效地提高開發(fā)效率，縮短開發(fā)周期。因此，開發(fā)一種人機界面友好、操作方便且功能完善的客車空調(diào)系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計軟件，具有很大的實用價值。

1 客車空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)與要求[ 1，2 ]

客車空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的主要任務(wù)是創(chuàng)造車內(nèi)舒適的氣候條件，以保持乘員的身體健康和提高工作效率。完整的客車空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)包括制冷、采暖、通風換氣、除霜(霧) 和空氣凈化五大功能。與一般空調(diào)相比，客車空調(diào)系統(tǒng)功能多、負荷大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、性能要求高、布置設(shè)計復(fù)雜，其設(shè)計好壞直接關(guān)系到整車的使用性能和空調(diào)的使用效果。為此，客車空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計必須滿足以下要求:

(1) 必須根據(jù)客車的使用情況合理確定客車內(nèi)外氣候參數(shù)，計算冷熱濕負荷。

(2) 應(yīng)根據(jù)車型、乘員人數(shù)和使用環(huán)境合理選擇空調(diào)設(shè)備，同時要考慮適用性和經(jīng)濟性。

(3) 應(yīng)按照不同車型的結(jié)構(gòu)特點，合理選用布置方案，力求布置合理，經(jīng)濟性好，使用維修方便。

(4) 合理布置送風管道，盡量減少長度和彎道，降低氣流阻力和熱損失，使車內(nèi)氣流的組織和溫度分布滿足舒適性要求。

(5) 在車身設(shè)計的基礎(chǔ)上合理布置空調(diào)系統(tǒng)，滿足結(jié)構(gòu)和性能要求。

(6) 設(shè)備布置、管道設(shè)計、出風口型式與布置設(shè)計應(yīng)與整車和車內(nèi)造型統(tǒng)一協(xié)調(diào)，充分滿足車身整體美觀要求。

(7) 通風設(shè)備的選型和布置應(yīng)保證必要的通風換氣要求和車內(nèi)空氣流通，除霜設(shè)備應(yīng)保證風窗玻璃的除霜面積滿足最低的視野要求。

(8) 選用強有力的密封隔熱材料，減少熱損失，確保空調(diào)效果。

完整的客車空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計過程包括車內(nèi)外氣候參數(shù)確定、冷熱濕負荷計算、空調(diào)設(shè)備選擇、車內(nèi)氣流組織、風道設(shè)計、特性計算及其校核、系統(tǒng)布置方案確定、生產(chǎn)圖紙繪制以及數(shù)據(jù)和圖形的存儲與輸出等，其設(shè)計模塊組成如圖1 所示。這些設(shè)計工作如果繼續(xù)采用傳統(tǒng)的方法，必將大大影響產(chǎn)品的開發(fā)周期和設(shè)計質(zhì)量，設(shè)計成本也較高。

圖1 客車空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計過程圖

2 客車空調(diào)系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計軟件開發(fā)

2.1 計算機輔助設(shè)計的特點和應(yīng)用

計算機輔助設(shè)計(CAD ) ，也稱作設(shè)計自動化，是指利用計算機系統(tǒng)來輔助設(shè)計的建立、修改、分析或優(yōu)化等，從而有效地提高開發(fā)效率，縮短開發(fā)周期，是近年來在各行業(yè)發(fā)展較快、應(yīng)用較廣的新技術(shù)[ 5 ]。它是一種人機緊密結(jié)合的交互式系統(tǒng)，使人、機在設(shè)計過程中可以取長補短，達到最佳的設(shè)計效果。

在空調(diào)技術(shù)的發(fā)展過程中，應(yīng)用于建筑空調(diào)的計算機輔助設(shè)計軟件發(fā)展很快。我國建筑空調(diào)CAD的發(fā)展從二十世紀70 年代到現(xiàn)在，正逐步走向成熟和完善，并呈現(xiàn)出建筑工程一元化和計算繪圖一體化的特點。借鑒建筑空調(diào)CAD 技術(shù)的發(fā)展經(jīng)驗，將計算機技術(shù)和客車空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計相結(jié)合，把客車空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計理論、計算方法、設(shè)計經(jīng)驗與計算機的精密計算、圖形繪制、數(shù)據(jù)庫和圖形庫相結(jié)合，以提高開發(fā)效率，縮短開發(fā)周期。

汽車空調(diào)CAD 技術(shù)主要包括進行空調(diào)中各部件及系統(tǒng)的數(shù)值仿真，基于CFD (計算空氣動力學)的車內(nèi)氣流組織分析與設(shè)計，風道設(shè)計和電子元器件散熱分析，以及空調(diào)系統(tǒng)各部件受力、傳熱的有限元分析與設(shè)計等[ 4 ]。而客車專用的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計軟件至今未見開發(fā)。

2.2 本軟件系統(tǒng)特點

就上述客車空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)和要求，客車空調(diào)系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計的目標，就是要建立一個初步完整的、有一定先進性的、人機交互友好的、便于在客車設(shè)計制造行業(yè)中應(yīng)用的CAD 系統(tǒng)[ 3 ]。該系統(tǒng)應(yīng)具備以下特點:

(1) 功能完善，具有客車空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計所需的計算和分析功能。

(2) 界面友好，操作簡單方便。采用人機交互流水作業(yè)方式，可由用戶輸入部分計算參數(shù)、布置參數(shù)，然后由計算機自動完成計算、布置和繪圖。

(3) 適應(yīng)性廣，可以適應(yīng)不同客車的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計。同時，各模塊也可以單獨完成某項設(shè)計工作。

(4) 專家化，簡單化。設(shè)計過程與可維護數(shù)據(jù)庫相連，采用查詢系統(tǒng)，給出特定客車空調(diào)系統(tǒng)的各種可能的設(shè)計方案，并可借鑒吸收專家的設(shè)計經(jīng)驗進行計算分析和布置設(shè)計。

(5) 計算結(jié)果可以存儲、輸出和打印報表。內(nèi)部變量應(yīng)與數(shù)據(jù)庫鏈接，以便進行數(shù)據(jù)的存儲查詢，形成報表。

(6) 軟件安裝、維護方便，運行穩(wěn)定。

2.3 系統(tǒng)具體工作內(nèi)容

客車空調(diào)系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計軟件包括: 設(shè)計計算、數(shù)據(jù)查詢和系統(tǒng)布置三大模塊。具體有以下幾項工作:

(1) 車內(nèi)外空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)的確定。

(2) 進行交互式制冷系統(tǒng)、采暖系統(tǒng)以及除霜系統(tǒng)的負荷計算，盡量減少人工查表的麻煩。

(3) 制冷系統(tǒng)的壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器的選擇及特性計算，進行機組設(shè)計。

(4) 建立客車空調(diào)制冷設(shè)備、采暖設(shè)備、除霜設(shè)備和通風換氣設(shè)備數(shù)據(jù)庫、圖形庫。

(5) 風道設(shè)計及車內(nèi)氣流組織方式確定。

(6) 利用繪圖軟件進行二次開發(fā)，實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計的自動化，完成系統(tǒng)總布置和圖形自動生成，進行二維和三維圖形的繪制、造型以及動畫設(shè)計。

(7) 完成空調(diào)設(shè)備選型計算。

2.4 軟件結(jié)構(gòu)

設(shè)計中圖形庫的建立和圖形的自動生成以國產(chǎn)軟件北航海爾的CAXA 為基礎(chǔ)，用Visual Foxpro610 建立數(shù)據(jù)庫，界面設(shè)計采用面向?qū)ο蟮目梢暬幊涕_發(fā)工具Visual C++ 6.0，以Windows2000 為開發(fā)平臺。軟件采用菜單式、窗口式人機對話，加入多媒體技術(shù)。整個軟件開發(fā)的關(guān)鍵，在于解決好高級語言與數(shù)據(jù)庫的接口和繪圖軟件與數(shù)據(jù)庫的接口技術(shù)問題。軟件結(jié)構(gòu)如圖2 所示。