CN103448589A - 一种基于模糊控制的汽车座椅智能加热控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于模糊控制的汽车座椅智能加热控制系统及方法，涉及汽车座椅加热领域。所述系统包括：检测汽车座椅表面的温度的温度传感器；计算得出汽车座椅表面的温度差和所述温度差的变化率的数据处理装置，所述温度差等于座椅表面预设温度值减去座椅表面实测温度值；存储有控制规则表的模糊控制器，用于：对所述温度差和所述变化率进行模糊化、模糊推理去模糊化后，得到精确控制量，其中所述控制规则表根据驾乘人体温的舒适度的实验统计得出；座椅加热装置，用于：根据所述精确控制量信号对座椅加热。这种设计能够精确控制汽车座椅表面温度保持在一个稳定的舒适温度。

Description

一种基于模糊控制的汽车座椅智能加热控制系统及方法

技术领域

本发明涉及汽车座椅加热领域，尤其是一种基于模糊控制的汽车座椅智能加热控制系统及方法。

背景技术

随着经济的快速发展和生活水平的进一步改善，人们对汽车舒适性要求不断提高。冬季寒冷时，车厢内温度较低，在空调启动后，车内温度要经过较长时间才能到达驾乘人期望的温度。

作为车内与驾乘人直接接触的一个部分，汽车座椅对温度的要求较高。在冬季，汽车座椅如果不能迅速到达较为合适的温度，驾乘人极易受凉。但是，单一的座椅加热装置加热功率难以把握：若功率太低，则会加热太慢，易导致驾乘人受凉；若功率过高，则会导致座椅温度过高，给驾乘人带来不适。且单一的座椅加热装置难以解决保持座椅温度稳定在一个合适的温度下的技术问题。

另外，在不同温度环境下，要迅速使座椅温度达到合适的温度，对加热装置的要求是不同的。

综上，一种能够精确控制汽车座椅的加热温度的系统及方法是急需的。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于模糊控制的汽车座椅智能加热控制系统及方法，达到精确控制汽车座椅表面温度保持在一个稳定的舒适温度的技术效果。

为了达到此目的，本发明提供了一种基于模糊控制的汽车座椅智能加热控制系统，包括：

温度传感器，用于：检测汽车座椅表面的温度；

数据处理装置，用于：根据所述汽车座椅的温度，计算得出汽车座椅表面的温度差和所述温度差的变化率，所述温度差等于座椅表面预设温度值减去座椅表面实测温度值；

模糊控制器，存储有以汽车座椅表面温度差和所述温度差的变化率为第一、第二输入变量，以座椅加热装置的输出参数为控制量的模糊控制过程的控制规则表，用于：对所述温度差和所述变化率进行模糊化，根据所述控制规则表进行模糊推理，得到模糊控制量，将所述模糊控制量清晰化后，得到精确控制量，根据所述精确控制量输出精确控制量信号，其中，所述控制规则表根据驾乘人体温的舒适度的实验统计得出；

座椅加热装置，用于：根据所述精确控制量信号对座椅加热。

优选的，所述控制系统还包括：

手动选择装置，用于：选择开启或关闭所述汽车座椅智能加热控制系统系统。

优选的，所述手动选择装置包括：

选择按钮，用于：在所述控制系统关闭的状态下，按下后开启所述控制系统；在所述控制系统开启的状态下，按下后关闭所述控制系统。

优选的，所述模糊控制器包括：

模糊模块，用于：将所述温度差和所述变化率进行模糊化；

存储模块，用于：存储所述控制规则表；

推理模块，用于：根据所述控制规则表和模糊化后的所述温度差和所述变化率得到模糊控制量；

解模糊模块，用于：根据MIN-MAX重心法对所述模糊控制量进行运算，得到精确控制量；

精确输出模块，输出所述精确控制量到座椅加热装置，所述座椅加热装置根据所述精确控制量进行加热。

本发明还提供了一种基于模糊控制的汽车座椅智能加热控制方法，包括：

步骤一，在模糊控制器中建立以汽车座椅表面温度差和所述温度差的变化率为第一、第二输入变量，以座椅加热装置的输出参数为控制量的模糊控制过程的控制规则表，并建立用于将精确量模糊化的输入变量模糊集，其中，所述温度差等于座椅表面预设温度值减去座椅表面实测温度值，所述控制规则表根据驾乘人体温的舒适度的实验统计得出；

步骤二，检测汽车座椅表面温度，计算所述温度差和所述变化率；

步骤三，根据所述输入变量模糊集、所述控制规则表得出与同一时间点的所述温度差和所述变化率对应的模糊控制量，并将所述模糊控制量转化为精确控制量；

步骤四，根据所述精确控制量对座椅加热。

优选的，所述输出参数为输出功率。

优选的，在步骤二前，还包括：

选择步骤，选择是否使用所述控制方法。

优选的，所述步骤一包括：

将所述第一、第二输入变量各划分为7档语言值数集并离散化、模糊化到所述语言值数集中；

将所述控制量划分为4档语言值数集并离散化、模糊化到所述语言值数集中；

根据驾乘人体温的舒适度的实验统计，建立所述控制规则表。

优选的，所述步骤三采用MIN-MAX重心法。

优选的，所述控制量划分的四档语言值数集为：{0,1,2,3}，其中，0表示所述不执行加热动作，1表示执行座椅低温加热工作模式，2表示执行座椅中温加热工作模式，3表示执行座椅高温加热工作模式，所述低温、中温、高温为模糊化语言，在步骤三中会转化为精确控制量。

与现有技术相比，本发明至少具有如下技术效果：

1）在本发明中，通过对座椅表面温差和温差变化率进行一系列模糊运算，求得对加热装置的控制量，从而对座椅进行加热。

这种设计使得加热装置对座椅的加热量得到精确控制，使得座椅的温度在较低时迅速升高到期望温度，并稳定地保持在这个温度，保证了所述本发明所述加热控制方法及系统的实时性。

2）在本发明中，还设置了一个手动选择装置。

这种设计使得驾乘人可以自由选择是否开启本发明所述的汽车座椅智能加热控制系统，使得驾乘人在不需要使用本发明的系统时可以选择关闭所述系统，既增大了驾乘人的选择余地，又节省了能源。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明的一个实施例提供的基于模糊控制的汽车座椅智能加热控制系统的结构示意图；

图2为本发明的一个实施例提供的基于模糊控制的汽车座椅智能加热控制方法的流程图；

图3为本发明的一个实施例提供的基于模糊控制的汽车座椅智能加热控制系统及方法的原理示意图。

附图标记说明如下：

温度传感器 101  数据处理装置 102

模糊控制器 103  座椅加热装置 104

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细阐述。

图1为本发明的一个实施例提供的基于模糊控制的汽车座椅智能加热控制系统的结构示意图。由图1可以看出，本发明提供了一种基于模糊控制的汽车座椅智能加热控制系统，包括：

温度传感器101，用于：检测汽车座椅表面的温度；

数据处理装置102，用于：根据所述汽车座椅的温度，计算得出汽车座椅表面的温度差和所述温度差的变化率，所述温度差等于座椅表面预设温度值减去座椅表面实测温度值；

模糊控制器103，存储有以汽车座椅表面温度差和所述温度差的变化率为第一、第二输入变量，以座椅加热装置104的输出参数为控制量的模糊控制过程的控制规则表，用于：对所述温度差和所述变化率进行模糊化，根据所述控制规则表进行模糊推理，得到模糊控制量，将所述模糊控制量清晰化后，得到精确控制量，根据所述精确控制量输出精确控制量信号，其中，所述控制规则表根据驾乘人体温的舒适度的实验统计得出；

座椅加热装置104，用于：根据所述精确控制量信号对座椅加热。

这种设计使得加热装置对座椅的加热量得到精确控制，使得座椅的温度在较低时迅速升高到期望温度，并稳定地保持在这个温度，保证了所述本发明所述加热控制方法及系统的实时性。

在本发明的一个实施例中，所述控制系统还包括手动选择装置，所述手动选择装置用于选择开启或关闭所述汽车座椅智能加热控制系统。所述手动选择装置可以包括选择按钮，在所述控制系统关闭的状态下，按下选择按钮后开启所述控制系统；在所述控制系统开启的状态下，按下选择按钮后关闭所述控制系统。

这种设计使得驾乘人可以自由选择是否开启本发明所述的汽车座椅智能加热控制装置，使得驾乘人在不需要使用本发明的系统时可以选择关闭所述系统，既增大了驾乘人的选择余地，又节省了能源。

在本发明的一个实施例中，所述控制系统还可以包括座椅选择装置，用于具体选择对哪一个座椅进行加热。驾乘人可以选择只加热驾乘人所在的座椅。这样在很大程度上节约了能源，避免了能源浪费。

在本发明中，所述模糊控制器103可以包括：用于将所述温度差和所述变化率进行模糊化的模糊模块，用于存储所述控制规则表的存储模块，用于根据所述控制规则表和模糊化后的所述温度差和所述变化率得到模糊控制量的推理模块，用于根据MIN-MAX重心法对所述模糊控制量进行运算得到精确控制量的解模糊模块，用于输出所述精确控制量到座椅加热装置104的精确输出模块。所述座椅加热装置104根据输出的所述精确控制量进行加热。

图2为本发明的一个实施例提供的基于模糊控制的汽车座椅智能加热控制方法的流程图。由图2可以看出，本发明还提供了一种基于模糊控制的汽车座椅智能加热控制方法，包括：

步骤201，在模糊控制器103中建立以汽车座椅表面温度差和所述温度差的变化率为第一、第二输入变量，以座椅加热装置104的输出参数为控制量的模糊控制过程的控制规则表，并建立用于将精确量模糊化的输入变量模糊集，其中，所述温度差等于座椅表面预设温度值减去座椅表面实测温度值，所述控制规则表根据驾乘人体温的舒适度的实验统计得出；步骤202，检测汽车座椅表面温度，计算所述温度差和所述变化率；步骤203，根据所述输入变量模糊集、所述控制规则表得出与同一时间点的所述温度差和所述变化率对应的模糊控制量，并将所述模糊控制量转化为精确控制量；步骤204，根据所述精确控制量对座椅加热。

这种设计使得在汽车座椅智能加热控制系统自动控制过程中，模糊控制器103仅需查询已存储的模糊控制规则表即可，因此该控制方法不仅实现了汽车座椅智能加热控制系统的精确控制，同时，保证了汽车座椅智能加热控制系统的实时性。另外，利用模糊控制的原理控制座椅加热，使得系统有较强的鲁棒性。

在本发明的一个实施例中，所述输出参数为输出功率。

在本发明的一个实施例中，在步骤二前，还包括：选择步骤，选择是否使用所述控制方法。

在本发明的一个实施例中，所述步骤一包括：将所述第一、第二输入变量各划分为7档语言值数集并离散化、模糊化到所述语言值数集中；将所述控制量划分为4档语言值数集并离散化、模糊化到所述语言值数集中；根据驾乘人体温的舒适度的实验统计，建立所述控制规则表。

在本发明的一个实施例中，所述步骤三采用MIN-MAX重心法。所述MIN-MAX法为现有技术，是自动化控制中把模糊控制量转化成数字控制量的一种转化方式，在本专利中不做详述。

在本发明的另一个实施例中，所述控制量划分的四档语言值数集为：{0,1,2,3}，其中，0表示所述不执行加热动作，1表示执行座椅低温加热工作模式，2表示执行座椅中温加热工作模式，3表示执行座椅高温加热工作模式，所述低温、中温、高温为模糊化语言，在步骤三中会转化为精确控制量。

图3为本发明的一个实施例提供的基于模糊控制的汽车座椅智能加热控制系统及方法的原理示意图。在图3所述的实施例中，模糊控制器103以温差T和温差变化率ET为输入量，进行模糊推理，计算出控制量U，座椅加热控制器根据模糊控制器103输出的控制量U，实现对座椅加热装置104的控制。其中，输入量中的温差T=设定温度T1-实际温度T2，T1为驾乘人设定的期望温度，T2为温度检测模块检测的座椅实际温度。具体过程如下所述。

1、模糊控制器103以温差T和温差变化率ET为输入量。

2、将模糊控制器103输入量的语言值数据进行分档：温差T分为7档、用词汇表达为：{负大（NB），负中（NM），负小（NS），零（ZO），正小（PS），正中（PM），正大（PB）}；温差变化率ET亦分为7档，用词汇表达为：{负大（NB），负中（NM），负小（NS），零（ZO），正小（PS），正中（PM），正大（PB）}。

3、将温差T的论域定为12个等级：{-20，-15，-10，-5，-2，0，2，5，10，15，20，25}，将温差变化率ET论域定为15个等级：{-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6，7}；温差T和温差变化率ET赋值分别如下表1和表2所示。

表1

表2

4、由语言变量引出相应的模糊集型变量，以进行模糊推理：将精确量（温差T、温差变化率ET）离散化和模糊化，并把已划分的每一档对应一个模糊集。

5、控制量U语言值为{零（ZO），正小（PT），正中（PM），正大（PB）}，论域定为4个等级：{0，1，2，3}，赋值如下表3所示。

表3

6、建立元控制规则库、以构成模糊集控制规则库，最终获得模糊控制规则表4；

表4

所述控制规则表是根据驾乘人体温的舒适度的实验统计得出，温差T越大，需要温度控制的可能性越高，根据驾乘人体温的舒适度统计，对温差T为20以上的，对应内容都为最大值3，表示非常需要进行温度调节。对温差T为10-20的，如果温差变化率ET为1以上的，说明温度增高会很快影响人的舒适度，所以对应内容也都为最大值3。所以，以上控制规则表是根据驾乘人体温的舒适度作为标准，再根据温差T和温差变化率ET对驾乘人体温的预期影响统计而产生的。

7、由模糊控制器103的输出接口作去模糊化处理，将模糊控制量转换为精确控制量U：使用MIN-MAX重心法实现模糊推理及其模糊量的去模糊化过程；

8、得到精确控制量U（座椅加热控制信号）后，座椅加热控制器将根据此控制量U和汽车座椅智能加热控制开关信号S实现对被控对象（汽车座椅智能加热控制系统中的座椅加热装置104）的控制。

9、该汽车座椅智能加热控制系统，可以通过按钮选择开启或关闭汽车座椅智能加热控制功能，在关闭模式下，座椅加热系统不再执行座椅自动加热控制。

10、当S=0（汽车座椅智能加热控制系统关闭）时，说明不需要座椅智能加热功能。此时，座椅加热控制器不执行自动加热功能。

11、在S=1（汽车座椅智能加热控制系统开启）的条件下，当控制量U=0时，座椅加热控制器控制座椅加热装置104不执行座椅加热动作；当控制量U=1时，座椅加热控制器控制座椅加热装置104执行座椅低温加热工作模式；当控制量U=2时，座椅加热控制器控制座椅加热装置104执行座椅中温加热工作模式；当控制量U=3时，座椅加热控制器控制座椅加热装置104执行座椅高温加热工作模式。

这种设计使得汽车在不需要座椅加热功能时，驾乘人可以自由关闭汽车座椅智能加热控制系统，当驾乘人开启汽车座椅智能加热控制系统时，所述加热控制系统能够根据当前的温度差和温差变化率，对座椅进行加热，加热程度也随着温度差和温差变化率的变化而变化，这使得座椅能够在较短时间到达人体舒适温度并时时保持在舒适温度附近，实现了汽车座椅智能加热控制系统的精确控制，并保证了该系统的实时性，增加了驾乘人的舒适度。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于模糊控制的汽车座椅智能加热控制系统，其特征在于，包括：

温度传感器（101），用于：检测汽车座椅表面的温度；

数据处理装置（102），用于：根据所述汽车座椅的温度，计算得出汽车座椅表面的温度差和所述温度差的变化率，所述温度差等于座椅表面预设温度值减去座椅表面实测温度值；

模糊控制器（103），存储有以汽车座椅表面温度差和所述温度差的变化率为第一、第二输入变量，以座椅加热装置的输出参数为控制量的模糊控制过程的控制规则表，用于：对所述温度差和所述变化率进行模糊化，根据所述控制规则表进行模糊推理，得到模糊控制量，将所述模糊控制量清晰化后，得到精确控制量，根据所述精确控制量输出精确控制量信号，其中，所述控制规则表根据驾乘人体温的舒适度的实验统计得出；

座椅加热装置（104），用于：根据所述精确控制量信号对座椅加热。

2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，还包括：

手动选择装置，用于：选择开启或关闭所述汽车座椅智能加热控制系统。

3.如权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述手动选择装置包括：

选择按钮，用于：在所述控制系统关闭的状态下，按下后开启所述控制系统；在所述控制系统开启的状态下，按下后关闭所述控制系统。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的控制系统，其特征在于，所述模糊控制器包括：

模糊模块，用于：将所述温度差和所述变化率进行模糊化；

存储模块，用于：存储所述控制规则表；

推理模块，用于：根据所述控制规则表和模糊化后的所述温度差和所述变化率得到模糊控制量；

解模糊模块，用于：根据MIN-MAX重心法对所述模糊控制量进行运算，得到精确控制量；

精确输出模块，输出所述精确控制量到座椅加热装置，所述座椅加热装置根据所述精确控制量进行加热。

5.一种基于模糊控制的汽车座椅智能加热控制方法，其特征在于，包括：

步骤一，在模糊控制器（103）中建立以汽车座椅表面温度差和所述温度差的变化率为第一、第二输入变量，以座椅加热装置（104）的输出参数为控制量的模糊控制过程的控制规则表，并建立用于将精确量模糊化的输入变量模糊集，其中，所述温度差等于座椅表面预设温度值减去座椅表面实测温度值，所述控制规则表根据驾乘人体温的舒适度的实验统计得出；

步骤二，检测汽车座椅表面温度，计算所述温度差和所述变化率；

步骤三，根据所述输入变量模糊集、所述控制规则表得出与同一时间点的所述温度差和所述变化率对应的模糊控制量，并将所述模糊控制量转化为精确控制量；

步骤四，根据所述精确控制量对座椅加热。

6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述输出参数为输出功率。

7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，在步骤二前，还包括：

选择步骤，选择是否使用所述控制方法。

8.如权利要求5至7中任意一项所述的控制方法，其特征在于，所述步骤一包括：

将所述第一、第二输入变量各划分为7档语言值数集并离散化、模糊化到所述语言值数集中；

将所述控制量划分为4档语言值数集并离散化、模糊化到所述语言值数集中；

根据驾乘人体温的舒适度的实验统计，建立所述控制规则表。

9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述步骤三采用MIN-MAX重心法。

10.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述控制量划分的四档语言值数集为：{0,1,2,3}，其中，0表示所述不执行加热动作，1表示执行座椅低温加热工作模式，2表示执行座椅中温加热工作模式，3表示执行座椅高温加热工作模式，所述低温、中温、高温为模糊化语言，在步骤三中会转化为精确控制量。

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