随着社会对环境和能源问题的日益关注和汽车产量的飞速增长，人们对汽车的动力性、经济性、安全性以及舒适性的要求日益提高。汽车空调是影响汽车舒适性的关键装置之一，受到国内外众多汽车生产厂家、科研工作者和消费者的重视。目前汽车空调所普遍使用的R134a制冷剂面临巨大的替代压力。天然工质二氧化碳（CO₂）基于其优良的热物性和环保特性被认为是最有前景的替代制冷剂之一。以CO₂为制冷剂的汽车空调系统也成为当今汽车科技领域一个新的研究热点。为避免由于新型制冷剂替代问题而引起的技术被动局面，必须加快对CO₂汽车空调系统的研发工作。尤其是加强CO₂汽车空调控制系统的研发，可为引入CAN总线技术、加速车身一体化进程，进而提升整车技术含量和档次具有极其重要与深远的意义。本文首先介绍了CO₂汽车空调组成结构和制冷循环原理，然后阐述了其组成部件气体冷却器、蒸发器和中间换热器的数学模型，这为后续章节的仿真分析奠定了基础。在MATLAB/Simulink软件环境下对跨临界CO₂汽车空调的各个部件建立稳态参数模型，并由所建立的部件模型组成了跨临界CO₂汽车空调系统制冷循环仿真模型。整个模型由压缩机、气体冷却器、蒸发器、中间换热器和膨胀阀五个子系统模型组成，利用制冷剂流量、进出口焓值和压力等参数将各个部件模型有机地联系成一个整体，并在子系统模型里面合理地考虑了各个参数间的耦合关系，从而较恰当的反应了制冷循环系统的性能。通过比较所建立模型在几种典型工况下的仿真结果与美国汽车工程学会（SAE）测试工况的实验值，验证了所建立的系统模型的正确性。在上述模拟正确性得以验证的基础上，本文又详细分析了压缩机转速、气冷器进口空气温度以及蒸发器进口空气温度对整个系统性能的影响，从而为研究跨临界CO₂汽车空调的各部件模型奠定了坚实的基础。随着汽车技术的飞速发展，汽车功能不断增多，随之而来的控制系统越来越复杂，相应的控制参数也越来越多，对控制系统提出了更高的要求。CO₂汽车空调系统的工作过程具有非线性和滞后性的特点，传统控制理论的控制效果不是很理想。模糊控制不依赖精确的数学模型，它所具有的专家经验适用于非线性、多目标和多参数的控制系统，能大大增加控制的自由度和精确度，控制效果非常理想，具有很强的鲁棒性。研究表明，模糊控制非常适合汽车空调控制系统的应用。本文针对CO₂汽车空调系统的特点，把模糊控制理论应用到CO₂汽车空调的控制系统中。从模糊控制器的角度系统研究了压缩机转速、高压侧压力、膨胀阀开度和鼓风机转速四个主要技术参数的控制策略，详细介绍了各个参数模糊控制的实现方法，并对以上四个技术参数进行了详细的模糊控制器设计。通过压缩机转速的模糊控制，使系统在不同工况下达到所需制冷量和最佳的排气压力；通过不同工况采用不同的控制策略，从而改善了CO₂空调系统高压侧压力，使系统COP达到最大；通过控制膨胀阀开度的模糊控制来合理调节制冷剂流量，使系统高压侧压力到达目标值；通过鼓风机转速的模糊控制调节送风速度，使车室内温度在合理时间内达到设定值，最终满足乘车舒适性及经济性的要求。最后，建立了一个完整的基于MATLAB/Simulink的CO₂汽车空调系统仿真模型。通过将仿真结果与实验的数据在MATLAB中进行比较，表明基于模糊控制的控制效果得到了很大改善。但因模糊控制规则的选取具有很大的主观臆测性，存在一定的稳态误差，后续改进工作可以将经典控制理论中的PID控制器应用到系统中组成模糊PID控制系统，从而进一步改善控制效果。