卡車車載電子控制暖風(fēng)干衣機設(shè)計與開發(fā)

摘要：設(shè)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(zhì)量。重點探討了送風(fēng)伺服系統(tǒng)的設(shè)計、電子控制系統(tǒng)的實現(xiàn)、干衣機箱的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與測試，以及系統(tǒng)的整體集成與應(yīng)用效果。通過合理利用卡車發(fā)動機循環(huán)熱水，結(jié)合高效的熱交換器、智能控制系統(tǒng)和優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)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(guān)鍵詞：車載干衣機；電子控制系統(tǒng)；暖風(fēng)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(fēng)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(chǎn)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(shè)計不僅能節(jié)約能源，還能有效減小設(shè)備體積和降低成本，滿足市場對高效、便捷和節(jié)能設(shè)備的需求。

2車載干衣機總體設(shè)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(zhuǎn)換為暖風(fēng)。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(shè)計和能源利用的優(yōu)化。

鼓風(fēng)機負責(zé)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(fēng)量和風(fēng)速的優(yōu)化，還需要考慮運行噪音和設(shè)備穩(wěn)定性。有效的鼓風(fēng)機設(shè)計能夠保障熱空氣均勻分布，提高干衣效率。送風(fēng)伺服系統(tǒng)控制熱風(fēng)的流向和速度，確保熱風(fēng)能夠均勻覆蓋干衣箱內(nèi)的衣物。該系統(tǒng)需要精確的電子控制，以便在車內(nèi)環(huán)境下有效工作，實現(xiàn)溫度和濕度的智能調(diào)節(jié)。

2.2主要功能模塊設(shè)計與實現(xiàn)

暖風(fēng)送風(fēng)伺服裝置的主要任務(wù)是將經(jīng)過熱交換器的暖風(fēng)，進行過濾和異味消除后，準確送入干衣箱內(nèi)。該裝置需在有限空間內(nèi)實現(xiàn)高效工作，并保證熱風(fēng)質(zhì)量和衣物安全。干衣箱需要具有合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得衣物在烘干過程中能夠均勻暴露在熱風(fēng)中，同時不損壞衣物。內(nèi)部空腔、風(fēng)道設(shè)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(jīng)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(shè)計，還需實現(xiàn)電子閥門的智能調(diào)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(shè)計與實現(xiàn)。

3送風(fēng)伺服系統(tǒng)設(shè)計

3.1熱源獲取與傳遞設(shè)計

送風(fēng)伺服機構(gòu)的核心是將卡車發(fā)動機內(nèi)的循環(huán)熱水的熱量傳遞給熱交換器，通過鼓風(fēng)機和電子控制機構(gòu)將暖風(fēng)傳送到干衣箱內(nèi)。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(shè)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(dǎo)熱水管選用[?]19mm×2mm（外徑×壁厚）的304不銹鋼管，適應(yīng)壓力在相應(yīng)溫度下的屈服強度，管材的膨脹系數(shù)也符合相應(yīng)的溫度變化。這種引導(dǎo)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(zhuǎn)換的重要部件，其設(shè)計要高效、緊湊，能迅速將熱交換器加熱，通過鼓風(fēng)機將熱風(fēng)送到干衣箱內(nèi)。選用管片式熱交換器，熱水的熱能轉(zhuǎn)換為暖風(fēng)，如圖2所示。這種結(jié)構(gòu)便于維護，易拆卸更換。材質(zhì)選用鋁合金材料，其結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，質(zhì)量輕，熱交換速度快，能耐400℃的高溫，使用壽命時間長，同時設(shè)計靈活，成本低。

綜上，此熱交換器的材料和結(jié)構(gòu)需具備高導(dǎo)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(shè)計，最大限度地提升熱換效率。

3.2鼓風(fēng)機系統(tǒng)設(shè)計

鼓風(fēng)機在送風(fēng)伺服系統(tǒng)中負責(zé)將熱空氣從熱交換器送入干衣機箱，模型選擇需考慮風(fēng)量、風(fēng)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(fēng)機，該設(shè)備具有體積小，高效節(jié)能、低噪聲的特點，可靠性高，能適應(yīng)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(fēng)傳輸系統(tǒng)需確保熱風(fēng)從鼓風(fēng)機到達干衣箱內(nèi)的過程中損失較小，送風(fēng)管道設(shè)計應(yīng)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(fēng)現(xiàn)象，提高整體傳輸效率。

3.3送風(fēng)伺服機構(gòu)設(shè)計

建立送風(fēng)伺服機構(gòu)，將熱交換器內(nèi)的熱量及時送到干衣箱內(nèi)，同時考慮到實際應(yīng)用中環(huán)境溫度、風(fēng)速等變量的控制，通過對機構(gòu)的優(yōu)化，得出最優(yōu)設(shè)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(shè)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(diào)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(chǔ)上，優(yōu)化換熱管道布置和材料選擇，盡量減小設(shè)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(yù)期效果[3]。

4電子控制系統(tǒng)設(shè)計

4.1溫度與濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

溫度和濕度傳感器是干衣機箱內(nèi)環(huán)境監(jiān)測的重要元件（圖3），選擇高靈敏度、快速響應(yīng)的傳感器，能夠?qū)崟r監(jiān)測干衣箱內(nèi)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(yīng)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(nèi)的溫度監(jiān)控。

在設(shè)計過程中，傳感器位置的布置應(yīng)保證數(shù)據(jù)采集的覆蓋全面性和準確性。設(shè)計中，為了準確測出干衣箱內(nèi)的溫度和濕度，通常將溫度傳感器設(shè)計在進風(fēng)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(shè)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(shè)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(jīng)穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓后輸出5V電壓供按鍵模塊、鼓風(fēng)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(qū)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(qū)動芯片電連接的TM1618數(shù)碼管驅(qū)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(jié)合溫度傳感器，并由微控制器控制而檢測干衣箱內(nèi)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(diào)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(jié)合上述設(shè)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(shè)計

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

電子閥門負責(zé)控制熱風(fēng)的流量跟流向，其設(shè)計需考慮快速響應(yīng)和精確控制。閥門通過ECU的指令調(diào)節(jié)開啟角度，控制熱風(fēng)進入干衣箱的量，保證箱內(nèi)溫度、濕度維持在設(shè)定范圍內(nèi)。有效利用上面控制ECU設(shè)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(nèi)需設(shè)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(jié)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(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計與測試

5.1干衣箱內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計

干衣箱內(nèi)部設(shè)計需確保熱風(fēng)在干衣箱內(nèi)均勻分布，不存在死角。熱量通過熱風(fēng)管道從干衣箱進氣口進入干衣箱內(nèi)部，設(shè)置恒溫加熱開關(guān)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(zhuǎn)，讓衣物翻滾，提高烘干效果。

5.2渦輪電機設(shè)計與控制

渦輪電機用于驅(qū)動干衣箱內(nèi)的衣物翻轉(zhuǎn)，設(shè)計正反轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shè)計要求確保衣物在干衣過程中不停翻轉(zhuǎn)。干衣機地板上設(shè)計驅(qū)動器模塊、外殼罩住驅(qū)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(qū)動器模塊，方便實用。

5.3異味與有害物質(zhì)過濾系統(tǒng)設(shè)計

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

然后在其內(nèi)部設(shè)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(fēng)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(nèi)可以同時轉(zhuǎn)動和震動，便于將內(nèi)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(chǎn)生的氣味進行測試，逐步優(yōu)化過濾系統(tǒng)設(shè)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(yīng)用測試

6.1系統(tǒng)集成與安裝

各個功能模塊，包括送風(fēng)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(diào)工作。系統(tǒng)安裝與集成如下：

a.進行硬件安裝，將送風(fēng)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(shè)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(fēng)機組件、加熱模塊、射頻模塊等關(guān)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(fēng)道組件，確保風(fēng)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(fēng)機構(gòu)、加熱機構(gòu)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(diào)試通過后，檢查各個部分的工作狀態(tài)，調(diào)整非正常運行部分，確保系統(tǒng)整體平穩(wěn)運行。調(diào)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(yù)期工作狀態(tài)下的測試內(nèi)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(yù)設(shè)的需求和目標。測試包括電機的旋轉(zhuǎn)、送風(fēng)伺服機構(gòu)動作、鼓風(fēng)機控制機構(gòu)等。

b.控制流程圖，對干衣機的控制步驟進行調(diào)試，包括上電、檢測啟動狀態(tài)、控制電機旋轉(zhuǎn)、通風(fēng)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(shè)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(fēng)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(diào)整風(fēng)量調(diào)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(jié)果，對比設(shè)計目標和實際效果，分析偏差原因，提出改進措施。

7結(jié)語

本文通過系統(tǒng)設(shè)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(shè)計的可行性和實用性，證明其在實際應(yīng)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(shè)備性能和用戶體驗，為長途交通領(lǐng)域提供更加便捷和舒適的解決方案。

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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(shù)。