[發(fā)明專利]基于熱舒適和低病毒感染風(fēng)險的電動汽車空調(diào)控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011490761.1
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112428781B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝翌;歐景志;劉釗銘;李夔寧
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: B60H1/00
• 分類號: B60H1/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

1.基于熱舒適和低病毒感染風(fēng)險的電動汽車空調(diào)控制方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

S1：建立汽車空調(diào)系統(tǒng)和乘員艙的熱耦合模型；

S2：建立基于乘員艙的病毒感染風(fēng)險評估模型；

S3：建立與汽車空調(diào)系統(tǒng)和乘員艙的熱耦合模型相匹配的模型預(yù)測控制器；

S4：結(jié)合病毒風(fēng)險感染評估模型，建立完整的針對乘員艙內(nèi)駕駛員與乘客的舒適與健康的空調(diào)系統(tǒng)控制器；

所述步驟S2具體包括以下步驟：

S21：建立乘員艙病毒感染風(fēng)險評價模型；

乘員艙是一個狹窄的室內(nèi)環(huán)境，它是病毒傳播的較為理想的場所；針對控制車內(nèi)空氣中病毒載體quanta濃度以降低病毒感染風(fēng)險的問題，建立了風(fēng)險評估模型來量化空氣傳播感染風(fēng)險：

上式中，R為人員感染的風(fēng)險率，該值為乘員艙空調(diào)控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)之一；IR為易感染者的吸氣速率，T為易感染者的暴露總時長，C_q為病毒載體quanta的體積濃度，其計算由下式表示：

其中，V為乘員艙體積，ER_q為感染者的病毒載體quanta發(fā)射速率，是導(dǎo)致病毒感染風(fēng)險率R上升的原因，在感染者打噴嚏時其作用尤為明顯；R_d為感染者呼出的氣溶膠顆粒物沉積速率，R_i為病毒滅活率，AER為乘員艙換氣率，該值在通風(fēng)風(fēng)門開啟時與蒸發(fā)器風(fēng)扇轉(zhuǎn)速N_fan成正比，在通風(fēng)風(fēng)門關(guān)閉時為0。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于熱舒適和低病毒感染風(fēng)險的電動汽車空調(diào)控制方法，其特征在于：所述步驟S1具體包括以下步驟：

S11：建立一維汽車空調(diào)系統(tǒng)動態(tài)熱的數(shù)學(xué)模型，所述汽車空調(diào)系統(tǒng)包括壓縮機(jī)，冷凝器，蒸發(fā)器和膨脹閥，其中蒸發(fā)器與冷凝器的動態(tài)模型基于移動邊界法建立；

S12：建立簡化的一維乘員艙系統(tǒng)動態(tài)熱模型，并與空調(diào)系統(tǒng)模型耦合。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于熱舒適和低病毒感染風(fēng)險的電動汽車空調(diào)控制方法，其特征在于：所述步驟S11中，一維汽車空調(diào)系統(tǒng)動態(tài)熱數(shù)學(xué)模型包括：

1)建立壓縮機(jī)內(nèi)制冷劑一維動態(tài)模型，表示如下：

其中，為壓縮機(jī)的質(zhì)量流量，η_v為容積效率，ρ_r為壓縮機(jī)入口處的制冷劑密度，N_comp為壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，V_d為壓縮機(jī)排量，h_c,o為壓縮機(jī)出口比焓值，h_c,i為壓縮機(jī)進(jìn)口比焓值，h_is,o為壓縮機(jī)出口等熵比焓值，η_is為等熵效率；

2)對于膨脹閥，其動態(tài)過程中，通過膨脹閥制冷劑質(zhì)量流量與其膨脹閥壓降ΔP的關(guān)系由下式表示：

其中，C_q為膨脹閥的流量系數(shù)，ρ_v為通過膨脹閥入口處的制冷劑密度，A_v為膨脹閥的流通面積，ΔP為壓降，即膨脹閥入口與出口壓差；

3)根據(jù)移動邊界法，蒸發(fā)器中的氣體和液體制冷劑滿足質(zhì)量守恒定律，故對于蒸發(fā)器的兩相區(qū)的長度le的變化由下式得到：

蒸發(fā)器中壓力P_e隨時間的變化表示為：

再根據(jù)能量守恒定律，蒸發(fā)器壁面溫度的變化表示為：

其中，ρ_le是蒸發(fā)器中液體制冷劑的密度，h_lge為蒸發(fā)器中制冷劑的氣化潛熱，A_e為蒸發(fā)器的扁管微通道總的截面積，為蒸發(fā)器兩相區(qū)的平均空隙率，h_ge、h_le和h_ie分別表示在當(dāng)前壓力下蒸發(fā)器中氣體、液體以及進(jìn)口的制冷劑的比焓值，a_ie是兩相區(qū)中蒸發(fā)器內(nèi)壁與制冷劑間的換熱系數(shù)，D_ie是蒸發(fā)器扁管內(nèi)部的直徑，T_we為蒸發(fā)器壁面溫度，T_re是蒸發(fā)器當(dāng)前壓力下制冷劑的飽和溫度，L_e是蒸發(fā)器的兩相區(qū)的長度，(C_pm)_we表示蒸發(fā)器材料的比熱和蒸發(fā)器的質(zhì)量，a_o是空氣與蒸發(fā)器壁面間的換熱系數(shù)，A_oe為蒸發(fā)器的迎風(fēng)面積，T_ae是當(dāng)前蒸發(fā)器周圍空氣的溫度，該變量與通風(fēng)風(fēng)門開啟與關(guān)閉狀態(tài)有關(guān)聯(lián)，其變化表示為：

其中，T_a為乘員艙溫度，T_ac為乘員艙外界環(huán)境溫度；

4)對于冷凝器，其換熱原理與蒸發(fā)器相似，利用質(zhì)量守恒和能量守恒定律，故有：

為簡化模型，假定空調(diào)系統(tǒng)制冷劑在整個制冷循環(huán)管路中沒有泄露，則系統(tǒng)中總的制冷劑的質(zhì)量保持不變，則蒸發(fā)器和冷凝器中制冷劑總的質(zhì)量視為常數(shù)，故有：

其中，ρ_lc是冷凝器中液體制冷劑的密度，h_lgc為冷凝器中制冷劑的氣化潛熱，A_c為冷凝器的扁管微通道總的截面積，為冷凝器兩相區(qū)的平均空隙率，h_gc、h_lc和h_ic分別表示在當(dāng)前壓力下冷凝器中氣體、液體以及進(jìn)口制冷劑的比焓值，a_ic是兩相區(qū)中冷凝器內(nèi)壁與制冷劑間的換熱系數(shù)，D_ic冷凝器扁管內(nèi)部的直徑，T_wc為冷凝器壁面溫度，T_rc是冷凝器當(dāng)前壓力下制冷劑的飽和溫度，L_c是冷凝器扁管的總長度，(C_pm)_wc表示冷凝器材料的比熱和的質(zhì)量，a_oc是空氣與冷凝器壁面間的換熱系數(shù)，A_oc為冷凝器的迎風(fēng)面積，T_ac是當(dāng)前冷凝器周圍空氣的溫度，即環(huán)境溫度，∑表示常數(shù)；

冷凝器空氣側(cè)換熱系數(shù)a_oc由外部風(fēng)速影響，在汽車行駛中，冷凝器外部風(fēng)速由車速影響，故a_oc與車速的關(guān)系由實驗擬合出，表示為：

a_oc＝f_p2(V_car)

其中，車速V_car由駕駛員決定，而非空調(diào)系統(tǒng)控制器調(diào)節(jié)，在空調(diào)系統(tǒng)控制中，車速看作為擾動輸入。