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

有效

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

本發(fā)明涉及一種基于熱舒適和低病毒感染風(fēng)險(xiǎn)的電動(dòng)汽車空調(diào)控制方法，屬于整車熱管理技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括步驟：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(xiǎn)評(píng)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(cè)控制器；S4：結(jié)合病毒風(fēng)險(xiǎn)感染評(píng)估模型，建立完整的針對(duì)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。本發(fā)明采用模型預(yù)測(cè)控制，適合于多輸入多輸出的空調(diào)控制系統(tǒng)，控制器高效節(jié)能，且具有降低病毒感染風(fēng)險(xiǎn)的效果，在整個(gè)車輛行駛過(guò)程中為乘客的舒適安全保駕護(hù)航。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于整車熱管理技術(shù)領(lǐng)域，涉及基于熱舒適和低病毒感染風(fēng)險(xiǎn)的電動(dòng)汽車空調(diào)控制方法。

背景技術(shù)

考慮到乘員艙內(nèi)駕駛員和乘客對(duì)舒適性、安全性和健康性的要求，暖通空調(diào)系統(tǒng)(HVAC) 是車輛最重要的輔助系統(tǒng)之一。然而，暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗較大，電動(dòng)汽車面臨著暖通空調(diào)系統(tǒng)帶來(lái)的能耗困擾，導(dǎo)致電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程的下降。有關(guān)研究表明，HVAC系統(tǒng)可使電動(dòng)汽車的續(xù)航里程減少30％-40％，在某些極端條件下，甚至可減少更多。在智能性方面，由于汽車智能化發(fā)展需求，汽車空調(diào)需要做到比傳統(tǒng)空調(diào)更加智能來(lái)提升駕駛熱舒適性。因此，如何減少電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)的能耗并且提高乘客的舒適性，是如今電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)研究的重點(diǎn)之一。

近年來(lái)，甲型H1N1流感、新冠肺炎流行性疾病等在全球范圍內(nèi)傳播迅速，尤其在空間狹小的室內(nèi)環(huán)境中，疾病通過(guò)空氣傳播的效果較為明顯。現(xiàn)在的新冠肺炎(COVID-19)已對(duì)各國(guó)造成了巨大的生命和經(jīng)濟(jì)損失。而車輛作為最常見(jiàn)的交通工具，在人們的日常生活中占據(jù)了大量的時(shí)間，狹小空間的乘員艙可成為該類型呼吸道疾病(包括COVID-19)輕易傳播的完美場(chǎng)所。在降低室內(nèi)疾病感染風(fēng)險(xiǎn)方面，加強(qiáng)通風(fēng)被證明是一種有效的手段。因此，汽車暖通空調(diào)系統(tǒng)的合理外循環(huán)通風(fēng)對(duì)乘客的健康和預(yù)防感染尤為重要。另外，暖通空調(diào)系統(tǒng)的能源成本相當(dāng)高，外循環(huán)通風(fēng)會(huì)進(jìn)一步增加暖通空調(diào)在客艙溫度控制方面的能耗。如何設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)智能控制是汽車空調(diào)系統(tǒng)的研究重點(diǎn)之一。

實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的精確控制是保障乘員艙溫度精確控制的前提。電動(dòng)汽車壓縮機(jī)主要以電機(jī)帶動(dòng)的方式運(yùn)行，不受車速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速影響，控制較為靈活精確。在控制領(lǐng)域中，現(xiàn)如今的控制方法類型多樣。現(xiàn)在汽車空調(diào)系統(tǒng)主流的控制方法，是基于規(guī)則的開(kāi)關(guān)控制器并根據(jù)相應(yīng)的查表的方式進(jìn)行控制，或者PID控制，模糊控制等一些較為傳統(tǒng)的方法。這些傳統(tǒng)的控制方法主要根據(jù)系統(tǒng)給予的反饋信號(hào)，利用目標(biāo)值與反饋值的差值進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)。此類型的控制方法雖然簡(jiǎn)單，但是對(duì)于汽車系統(tǒng)而言，車速變化劇烈，工況多變。單單依靠傳統(tǒng)的反饋信號(hào)的方式的效果往往具有一定局限性。另外，傳統(tǒng)的純反饋控制器沒(méi)有涉及優(yōu)化算法，因此在面對(duì)多輸入多輸出系統(tǒng)，尤其像汽車空調(diào)需同時(shí)控制壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速、膨脹閥開(kāi)度、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速等多個(gè)控制變量，各個(gè)控制量很難實(shí)現(xiàn)高效合理的搭配，使得控制效果難以保證。當(dāng)汽車工況迅速變化時(shí)，反饋回來(lái)的信號(hào)支持當(dāng)前時(shí)間的系統(tǒng)，但系統(tǒng)狀態(tài)變化迅速，當(dāng)控制器最終作用在系統(tǒng)上時(shí)，往往已經(jīng)不是最佳操作。或者說(shuō)，即使反饋信號(hào)對(duì)于當(dāng)前來(lái)說(shuō)是最佳操作，但對(duì)于未來(lái)長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)說(shuō)卻不一定是最佳操作。因此，為了進(jìn)一步提升控制器的效率與智能性，同時(shí)滿足汽車空調(diào)系統(tǒng)多輸入多輸出控制需求，需要用更為具有預(yù)測(cè)性的控制器。

模型預(yù)測(cè)控制(MPC)是目前較為先進(jìn)的控制方法，可通過(guò)建立被控系統(tǒng)的狀態(tài)模型，根據(jù)所建立的狀態(tài)模型可實(shí)現(xiàn)具有預(yù)測(cè)功能的預(yù)測(cè)控制。它能夠?qū)崟r(shí)在線地根據(jù)系統(tǒng)的當(dāng)前時(shí)刻的控制輸入以及當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)值，預(yù)測(cè)過(guò)程輸出的未來(lái)值。進(jìn)而通過(guò)優(yōu)化計(jì)算，給出當(dāng)前狀態(tài)下最佳控制，使得整個(gè)控制過(guò)程更為準(zhǔn)確高效，實(shí)現(xiàn)效率與智能性的提升。

同時(shí)，通風(fēng)系統(tǒng)保證乘員艙空氣質(zhì)量也尤為重要，乘員艙內(nèi)較好的空氣質(zhì)量能夠提高舒適性并且有效的降低類似于新型冠狀病毒(COVID-19)主要通過(guò)呼吸道傳播的疾病感染風(fēng)險(xiǎn)。隨著人們生活水平的提高，對(duì)汽車智能化和電氣化的要求也在不斷提高，對(duì)車內(nèi)舒適溫度和健康空氣質(zhì)量進(jìn)行智能控制的需求日益明顯。因此，以舒適溫度控制、降低病毒感染風(fēng)險(xiǎn)和節(jié)能為目標(biāo)，提出了一種電動(dòng)汽車暖通空調(diào)系統(tǒng)智能協(xié)同控制策略。