淺談客車空調系統的計算機輔助設計

近年來，隨著國民經濟保持持續、穩定的高速發展，我國客車行業也處于高速發展時期，空調客車的需求量不斷增加。但由于使用和運行環境的特殊性，客車空調系統的設計與其它空調系統相比要復雜得多。采用傳統的客車空調系統設計方法計算量大，設計周期長，準確性差，不僅影響產品的性能，而且難以適應車型開發的要求。隨著計算機技術的發展，計算機輔助設計作為一種新的綜合學科，改善了傳統的產品設計和工程技術設計方法，可以有效地提高開發效率，縮短開發周期。因此，開發一種人機界面友好、操作方便且功能完善的客車空調系統計算機輔助設計軟件，具有很大的實用價值。

1 客車空調系統設計的任務與要求[ 1，2 ]

客車空調系統設計的主要任務是創造車內舒適的氣候條件，以保持乘員的身體健康和提高工作效率。完整的客車空調系統應包括制冷、采暖、通風換氣、除霜(霧) 和空氣凈化五大功能。與一般空調相比，客車空調系統功能多、負荷大、結構復雜、性能要求高、布置設計復雜，其設計好壞直接關系到整車的使用性能和空調的使用效果。為此，客車空調系統設計必須滿足以下要求:

(1) 必須根據客車的使用情況合理確定客車內外氣候參數，計算冷熱濕負荷。
(2) 應根據車型、乘員人數和使用環境合理選擇空調設備，同時要考慮適用性和經濟性。
(3) 應按照不同車型的結構特點，合理選用布置方案，力求布置合理，經濟性好，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，使車內氣流的組織和溫度分布滿足舒適性要求。
(5) 在車身設計的基礎上合理布置空調系統，滿足結構和性能要求。
(6) 設備布置、管道設計、出風口型式與布置設計應與整車和車內造型統一協調，充分滿足車身整體美觀要求。
(7) 通風設備的選型和布置應保證必要的通風換氣要求和車內空氣流通，除霜設備應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，確保空調效果。

完整的客車空調系統設計過程包括車內外氣候參數確定、冷熱濕負荷計算、空調設備選擇、車內氣流組織、風道設計、特性計算及其校核、系統布置方案確定、生產圖紙繪制以及數據和圖形的存儲與輸出等，其設計模塊組成如圖1 所示。這些設計工作如果繼續采用傳統的方法，必將大大影響產品的開發周期和設計質量，設計成本也較高。

圖1 客車空調系統設計過程圖

2 客車空調系統計算機輔助設計軟件開發

2.1 計算機輔助設計的特點和應用

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

在空調技術的發展過程中，應用于建筑空調的計算機輔助設計軟件發展很快。我國建筑空調CAD的發展從二十世紀70 年代到現在，正逐步走向成熟和完善，并呈現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CAD 技術的發展經驗，將計算機技術和客車空調系統的設計相結合，把客車空調系統的設計理論、計算方法、設計經驗與計算機的精密計算、圖形繪制、數據庫和圖形庫相結合，以提高開發效率，縮短開發周期。

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

2.2 本軟件系統特點

就上述客車空調系統設計的任務和要求，客車空調系統計算機輔助設計的目標，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、便于在客車設計制造行業中應用的CAD 系統[ 3 ]。該系統應具備以下特點:

(1) 功能完善，具有客車空調系統設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方式，可由用戶輸入部分計算參數、布置參數，然后由計算機自動完成計算、布置和繪圖。
(3) 適應性廣，可以適應不同客車的空調系統設計。同時，各模塊也可以單獨完成某項設計工作。
(4) 專家化，簡單化。設計過程與可維護數據庫相連，采用查詢系統，給出特定客車空調系統的各種可能的設計方案，并可借鑒吸收專家的設計經驗進行計算分析和布置設計。
(5) 計算結果可以存儲、輸出和打印報表。內部變量應與數據庫鏈接，以便進行數據的存儲查詢，形成報表。
(6) 軟件安裝、維護方便，運行穩定。

2.3 系統具體工作內容

客車空調系統計算機輔助設計軟件包括: 設計計算、數據查詢和系統布置三大模塊。具體有以下幾項工作:

(1) 車內外空調系統設計參數的確定。
(2) 進行交互式制冷系統、采暖系統以及除霜系統的負荷計算，盡量減少人工查表的麻煩。
(3) 制冷系統的壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發器的選擇及特性計算，進行機組設計。
(4) 建立客車空調制冷設備、采暖設備、除霜設備和通風換氣設備數據庫、圖形庫。
(5) 風道設計及車內氣流組織方式確定。
(6) 利用繪圖軟件進行二次開發，實現系統設計的自動化，完成系統總布置和圖形自動生成，進行二維和三維圖形的繪制、造型以及動畫設計。
(7) 完成空調設備選型計算。

2.4 軟件結構

設計中圖形庫的建立和圖形的自動生成以國產軟件北航海爾的CAXA 為基礎，用Visual Foxpro610 建立數據庫，界面設計采用面向對象的可視化編程開發工具Visual C++ 6.0，以Windows2000 為開發平臺。軟件采用菜單式、窗口式人機對話，加入多媒體技術。整個軟件開發的關鍵，在于解決好高級語言與數據庫的接口和繪圖軟件與數據庫的接口技術問題。軟件結構如圖2 所示。

圖2 軟件結構框圖

3 結束語

以上簡要介紹了客車空調系統計算機輔助設計軟件的整體框架。利用計算機進行客車空調系統的輔助設計，將使設計工作更加高效、快捷，它對于縮短開發周期，加快產品更新換代具有十分重要的意義。

參考文獻:
[1] 申福林1 客車空調系統的任務與設計要求[J ]1 客車空調技術，1994，(5)
[2] 黃天澤1 汽車空調系統的設計要求[J ]. 汽車空調系統設計與使用維修，1997，(5)
[3] 陳煥新1 鐵路客車空調系統計算機輔助設計軟件的開發[J ]1 計算機應用，2001，(5)
[4] 景作軍，方建軍1 計算機輔助設計與工程分析[M ]1 北京: 化學工業出版社，20021(end)

c++相關文章:c++教程