卡車車載電子控制暖風干衣機設計與開發(fā)

摘要：設計并開發(fā)了一款適用于卡車的車載干衣機系統(tǒng)，旨在提升長途駕駛過程中卡車司機的生活質量。重點探討了送風伺服系統(tǒng)的設計、電子控制系統(tǒng)的實現(xiàn)、干衣機箱的結構優(yōu)化與測試，以及系統(tǒng)的整體集成與應用效果。通過合理利用卡車發(fā)動機循環(huán)熱水，結合高效的熱交換器、智能控制系統(tǒng)和優(yōu)化的結構設計，確保了干衣機在節(jié)能、穩(wěn)定性和實用性方面的綜合性能優(yōu)異。

關鍵詞：車載干衣機；電子控制系統(tǒng)；暖風伺服系統(tǒng)；溫度控制

中圖分類號：U462收稿日期：2024-11-24

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2025.01.031

1前言

在長途運輸過程中，卡車司機常常面臨服裝潮濕、難以干燥的問題。為了提升卡車駕駛員的工作環(huán)境，開發(fā)一款適用于車載的電子控制暖風干衣機顯得尤為重要。車載干衣機不僅能解決卡車司機在長途駕駛中干衣難的問題，更能在一定程度上提高駕駛員的舒適性和工作效率。盡管市場上已有便攜式干衣機，但大多數(shù)產品難以滿足長途運輸車輛對穩(wěn)定性和能效的特殊需求。把卡車發(fā)動機的循環(huán)熱水作為熱源，這種創(chuàng)新性的設計不僅能節(jié)約能源，還能有效減小設備體積和降低成本，滿足市場對高效、便捷和節(jié)能設備的需求。

2車載干衣機總體設計

2.1干衣機工作原理及流程

熱交換器是干衣機的核心部件之一，通過將卡車發(fā)動機氣缸體循環(huán)熱水引入交換器，從而將熱能轉換為暖風。熱交換器的效率和穩(wěn)定性直接影響干衣性能，因此需要精確設計和能源利用的優(yōu)化。

鼓風機負責將熱空氣從熱交換器傳輸?shù)礁梢孪渲?。它的選擇與安裝不僅涉及風量和風速的優(yōu)化，還需要考慮運行噪音和設備穩(wěn)定性。有效的鼓風機設計能夠保障熱空氣均勻分布，提高干衣效率。送風伺服系統(tǒng)控制熱風的流向和速度，確保熱風能夠均勻覆蓋干衣箱內的衣物。該系統(tǒng)需要精確的電子控制，以便在車內環(huán)境下有效工作，實現(xiàn)溫度和濕度的智能調節(jié)。

2.2主要功能模塊設計與實現(xiàn)

暖風送風伺服裝置的主要任務是將經過熱交換器的暖風，進行過濾和異味消除后，準確送入干衣箱內。該裝置需在有限空間內實現(xiàn)高效工作，并保證熱風質量和衣物安全。干衣箱需要具有合理的結構設計，使得衣物在烘干過程中能夠均勻暴露在熱風中，同時不損壞衣物。內部空腔、風道設計必須考慮熱量均勻分布，同時安裝濕度、溫度傳感器進行監(jiān)控。

電子控制系統(tǒng)是干衣機的“神經中樞”，兼管溫度、濕度監(jiān)測和控制，確保恒溫恒濕環(huán)境。該系統(tǒng)不僅要進行諸如溫度傳感器、濕度傳感器、單片機的精準設計，還需實現(xiàn)電子閥門的智能調控，提高干衣效率與安全性[1]。圖1給出了主要功能模塊的設計與實現(xiàn)。

3送風伺服系統(tǒng)設計

3.1熱源獲取與傳遞設計

送風伺服機構的核心是將卡車發(fā)動機內的循環(huán)熱水的熱量傳遞給熱交換器，通過鼓風機和電子控制機構將暖風傳送到干衣箱內。也就是通過從發(fā)動機的循環(huán)熱水系統(tǒng)中分流一部分熱水，傳送到熱交換器進行熱量獲取。

該設計能最大化利用現(xiàn)有資源，減少額外能源消耗，達到節(jié)能的效果。為達到上述要求，引導熱水管選用[?]19mm×2mm（外徑×壁厚）的304不銹鋼管，適應壓力在相應溫度下的屈服強度，管材的膨脹系數(shù)也符合相應的溫度變化。這種引導熱水的管路既能確保最小熱損失，同時管材還耐高溫并能長時間的使用。

熱交換器是實現(xiàn)熱量轉換的重要部件，其設計要高效、緊湊，能迅速將熱交換器加熱，通過鼓風機將熱風送到干衣箱內。選用管片式熱交換器，熱水的熱能轉換為暖風，如圖2所示。這種結構便于維護，易拆卸更換。材質選用鋁合金材料，其結構緊湊，體積小，質量輕，熱交換速度快，能耐400℃的高溫，使用壽命時間長，同時設計靈活，成本低。

綜上，此熱交換器的材料和結構需具備高導熱性和耐腐蝕性以延長使用壽命[2]。另外，使用優(yōu)化的換熱管路設計，最大限度地提升熱換效率。

3.2鼓風機系統(tǒng)設計

鼓風機在送風伺服系統(tǒng)中負責將熱空氣從熱交換器送入干衣機箱，模型選擇需考慮風量、風壓、噪音以及能耗等因素。選用電壓12V、功率24W、尺寸61.4mm×61.4mm×50.8mm的鼓風機，該設備具有體積小，高效節(jié)能、低噪聲的特點，可靠性高，能適應多擋位速度的電子控制，在車輛行駛過程中穩(wěn)定可靠，抗振性能好。

它安裝方便，在充分考慮振動減緩和噪音控制的情況下能增加舒適性和穩(wěn)定性。熱風傳輸系統(tǒng)需確保熱風從鼓風機到達干衣箱內的過程中損失較小，送風管道設計應光滑，減少空氣摩擦，并考慮保溫材料包覆，以減少熱量損失。在各個連接部位增加密封措施，確保無漏風現(xiàn)象，提高整體傳輸效率。

3.3送風伺服機構設計

建立送風伺服機構，將熱交換器內的熱量及時送到干衣箱內，同時考慮到實際應用中環(huán)境溫度、風速等變量的控制，通過對機構的優(yōu)化，得出最優(yōu)設計方案。在熱量傳遞過程中，一部分熱量不可避免會損失。因此，通過實地測試和分析熱交換器到干衣箱之間的熱量損失，以優(yōu)化設計。

安裝監(jiān)測傳感器監(jiān)測實際運行中的溫度和壓力，通過數(shù)據(jù)對比，調整熱交換器的效能參數(shù)，選取適合的熱交換器規(guī)格。在滿足熱傳遞需求的基礎上，優(yōu)化換熱管道布置和材料選擇，盡量減小設備體積，并有效控制成本。同時進行實地試驗，確保其能夠在使用環(huán)境中達到預期效果[3]。

4電子控制系統(tǒng)設計

4.1溫度與濕度監(jiān)測系統(tǒng)設計

溫度和濕度傳感器是干衣機箱內環(huán)境監(jiān)測的重要元件（圖3），選擇高靈敏度、快速響應的傳感器，能夠實時監(jiān)測干衣箱內的溫度和濕度變化。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和工作性能要求，選用WT47Y7690W溫度傳感器和AHT10濕度傳感器，可達到溫度所需的測溫范圍。該傳感器具有響應速度快、耐高溫、精度高的特點，能將信號輸送給控制ECU，實現(xiàn)對干衣箱內的溫度監(jiān)控。

在設計過程中，傳感器位置的布置應保證數(shù)據(jù)采集的覆蓋全面性和準確性。設計中，為了準確測出干衣箱內的溫度和濕度，通常將溫度傳感器設計在進風口處和干衣箱的中部，以保證烘干過程中的溫度控制。濕度傳感器設計安裝在底座上部10cm處的傳感器支架上，這就可以準確地測出通過干衣箱時變成高溫濕熱狀態(tài)的空氣濕度，從而控制干燥過程。

4.2控制模塊ECU與電子元件設計

控制模塊ECU是電子控制系統(tǒng)的核心部分，選取性能穩(wěn)定、處理速度快的型號，保障系統(tǒng)運行的實時性。為達到性能要求，選取MA82G5B08AS16型單片機為微控制器，電源模塊為控制模塊提供工作電源，包括EMI電感、整流橋堆、變壓器、反饋電路、電源芯片和穩(wěn)壓芯片，輸出穩(wěn)定的12V電壓，再經穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓后輸出5V電壓供按鍵模塊、鼓風機模塊、溫度檢測模塊及顯示模塊工作。

按鍵模塊采用按鍵電連接的CMB7308驅動芯片，通過I2C數(shù)據(jù)總線與微控制器電連接，能接受并處理按鍵信號將其傳輸至顯示模塊和微控制器。顯示模塊采用CMB7308驅動芯片電連接的TM1618數(shù)碼管驅動芯片和LED指示支路，顯示觸摸按鍵的信息和微控制器輸送的匹配干衣機工作狀態(tài)的信號。

溫度檢測模塊結合溫度傳感器，并由微控制器控制而檢測干衣箱內的溫度。永磁電機控制模塊中，對于干衣機，選擇可以實現(xiàn)電子調速、電子換向、電子剎車等功能的控制模塊，以提升電機控制性能。

結合上述設計，系統(tǒng)通過控制模塊ECU，以實現(xiàn)高效、穩(wěn)定和安全的干衣過程。

4.3智能控制系統(tǒng)設計

系統(tǒng)能對熱風風量進行合理控制與調節(jié)。通過控制鼓風機轉速來調節(jié)熱風風量，如果進風溫度大于目標溫度，可提高風機轉速以加速空氣流通，降低溫度；如果進風溫度小于目標溫度，則可降低風機轉速以保持溫度。

電子閥門負責控制熱風的流量跟流向，其設計需考慮快速響應和精確控制。閥門通過ECU的指令調節(jié)開啟角度，控制熱風進入干衣箱的量，保證箱內溫度、濕度維持在設定范圍內。有效利用上面控制ECU設計，基于恒溫控制算法需實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對干衣箱溫度的精確控制。為了避免意外事故，控制模塊ECU內需設計多重安全防護措施，包括溫度過高報警、緊急斷電保護和傳感器故障檢測等，并結合自動化診斷系統(tǒng)，快速檢測并報告故障情況，保障系統(tǒng)運行安全［4］。

5干衣機箱內部結構設計與測試

5.1干衣箱內結構設計

干衣箱內部設計需確保熱風在干衣箱內均勻分布，不存在死角。熱量通過熱風管道從干衣箱進氣口進入干衣箱內部，設置恒溫加熱開關對衣物進行加熱，防止衣物過熱燒壞或起皺，損傷衣物。干衣箱通過與電動機相連緩慢旋轉，讓衣物翻滾，提高烘干效果。

5.2渦輪電機設計與控制

渦輪電機用于驅動干衣箱內的衣物翻轉，設計正反轉功能可以避免衣物纏繞，提高干衣均勻性。根據(jù)干衣機確定其功率、轉速、扭矩等，選擇無刷直流電機BLDC，效率高，控制精度好，其電機包含過載保護、短路保護和欠壓保護等安全功能，也能按照設計要求確保衣物在干衣過程中不停翻轉。干衣機地板上設計驅動器模塊、外殼罩住驅動器模塊，并通過螺栓與底板、后端蓋固定在一起。這使得維修時不需要拆開電機后端蓋，只需拆卸外殼即可維修或更換驅動器模塊，方便實用。

5.3異味與有害物質過濾系統(tǒng)設計

過濾系統(tǒng)設計需要高效去除干衣過程中產生的異味和有害物質，采用多層過濾材料，結合活性炭和空氣凈化技術，保證排出的空氣潔凈無污染。過濾器需設計便于拆裝和更換。在異味去除和過濾系統(tǒng)設計時充分考慮其效果，先在送風的途中安裝活性炭等過濾包，設計第一過濾機構和第二過濾機構，去除掉進入干衣箱內熱風的異味。

然后在其內部設計線屑過濾器，以阻隔毛屑、灰塵和濕冷空氣，避免這些污染物進入風道附著在蒸發(fā)器和冷凝器上，減少異味和衛(wèi)生隱患。對于自清潔模塊，干衣機內可以同時轉動和震動，便于將內部的衣物震散，提升干衣機工作效率，同時在震動過程中還可以將衣物上的線屑震落，防止線屑粘附在衣物上，實現(xiàn)自清潔功能。對不同類型衣物的干衣過程中產生的氣味進行測試，逐步優(yōu)化過濾系統(tǒng)設計，確保其在各種工作條件下都有效可行。

6系統(tǒng)集成與應用測試

6.1系統(tǒng)集成與安裝

各個功能模塊，包括送風伺服系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)、干衣機箱等，需進行有效集成，確保整個系統(tǒng)的協(xié)調工作。系統(tǒng)安裝與集成如下：

a.進行硬件安裝，將送風伺服系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)、干衣機箱等各個功能模塊按照設計和元器件說明書進行物理安裝。確保所有連接正確無誤，特別是電機與風機組件、加熱模塊、射頻模塊等關鍵部件的連接。

b.完成硬件安裝后，進行電氣連接。確保電機、控制器、傳感器等電氣組件正確接線，并進行絕緣測試，避免短路或接地問題。

c.安裝風道組件，確保風道連接密封，無泄漏。

d.將控制器安裝在指定位置，并確保其與電機、通風機構、加熱機構以及溫度傳感器等信號連接正確。

e.完成組裝后，進行功能測試和兼容性驗證，確保各模塊無縫對接，高效工作。系統(tǒng)安裝需確保各個部件正確連接，固定牢靠。

f.初始調試通過后，檢查各個部分的工作狀態(tài)，調整非正常運行部分，確保系統(tǒng)整體平穩(wěn)運行。調試過程需記錄每一個問題和解決方案，為以后的維護提供參考。

6.2測試方法與步驟

制定詳細的測試計劃，涵蓋所有預期工作狀態(tài)下的測試內容。測試過程中要嚴格按照步驟進行，具體如下：

a.進行全面的系統(tǒng)測試，以確保其能夠滿足預設的需求和目標。測試包括電機的旋轉、送風伺服機構動作、鼓風機控制機構等。

b.控制流程圖，對干衣機的控制步驟進行調試，包括上電、檢測啟動狀態(tài)、控制電機旋轉、通風和加熱以及實時采集溫度等。

c.進行測試過熱保護、過載保護等安全功能，確保在異常情況下能夠自動切斷電源，保護設備和用戶安全，完成安全保護測試功能[4]。

記錄每個階段的測試數(shù)據(jù)，包括溫度、濕度、風速、運行時間等，確保測試數(shù)據(jù)的完整性和準確性。在測試過程中，對發(fā)現(xiàn)的問題進行修改和優(yōu)化，以提高系統(tǒng)的性能。例如，調整風量調節(jié)器的閥門，以減少熱量損失，提高能效，實現(xiàn)性能優(yōu)化。記錄測試結果，對比設計目標和實際效果，分析偏差原因，提出改進措施。

7結語

本文通過系統(tǒng)設計與研究，成功開發(fā)了一款高效節(jié)能的車載干衣機。通過實驗驗證了設計的可行性和實用性，證明其在實際應用中具有廣泛的推廣價值。未來還需要不斷改進和優(yōu)化，以進一步提升設備性能和用戶體驗，為長途交通領域提供更加便捷和舒適的解決方案。

參考文獻：

[1]潘正輝，馮望發(fā)，曾慶生，等.AIoT驅動的車載冰箱標準化與新能源汽車適配性研究[J].黃河科技學院學報，2024，26（8）：35-43.

[2]吳勇毅.車載冰箱成電動汽車新寵機遇與挑戰(zhàn)并存[J].家用電器，2024（7）：46-47.

[3]崔仕博.車載低溫真空絕熱氣瓶檢驗問題研究[J].產品可靠性報告，2024（6）：91-94.

[4]楊浩楠基于PLC的雙速電機運行控制電路改造設計[J].科技創(chuàng)新與應用2024，14（20）：130-133.

作者簡介：

李吉生，男，1982年生，講師，研究方向為汽車電子控制技術。