CN105774469A - 基于模糊控制算法的纯电动汽车空调控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于模糊控制算法的纯电动汽车空调控制器，它涉及控制器技术领域；电源与控制面板均与空调ECU的输入端连接，空调ECU的输出端分别与风门驱动电路、电机驱动电路的一端连接，风门驱动电路的另一端与风门电机连接，电机驱动电路的另一端分别与反电势检测电路、压缩机电机、过流检测电路连接，温度传感器、过流检测电路均与空调ECU的输入端连接；本发明有益效果为：便于实现快速控制，操作简便，工作效率高，节省时间，且使用寿命长。

Description

基于模糊控制算法的纯电动汽车空调控制器

技术领域

本发明涉及控制器技术领域，具体涉及基于模糊控制算法的纯电动汽车空调控制器。

背景技术

纯电动汽车电池容量不足导致其续航里程短，是制约其发展的重要因素之一，而车身电气附属部件(特别是空调)的使用进一步降低了纯电动汽车的续航里程。因此纯电动汽车对车身附件的运行效率提出了更高要求。空调是汽车耗能的重要部件，纯电动汽车空调与传统汽车空调相比在驱动形式和控制方法上均有不同。纯电动汽车空调在满足制冷性能的同时，必须兼顾汽车节能与负荷的要求，以增加汽车续航里程和保证汽车动力性。

纯电动汽车的空调压缩机则直接由电机驱动，传统直流电机因电刷使用寿命短，经常需要维护和修理，限制了其在汽车空调的使用和发展。无刷直流电动机除了保持有刷直流电动机固有的优越的起动性能和调速性能外，其最大的特点就是用电了换向装置取代了电刷与换向器组成的机械换向机构，因而具有寿命长、噪声低、运行可靠、维护方便、其转速不受机械换向的限制，而无刷直流电机的控制是通过霍尔位置传感器产生正确的换向信息来保证的，但空调的防冻液会腐蚀霍尔位置传器，而且汽车复杂振动和高温的环境会干扰霍尔信号的正确性，降低控制系统可靠性，因此有必要开发无位置无刷直流电机空调控制系统。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供基于模糊控制算法的纯电动汽车空调控制器。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明的基于模糊控制算法的纯电动汽车空调控制器，它包含电源、控制面板、空调ECU、温度传感器、风门驱动电路、风门电机、反电势检测电路、压缩机电机、电机驱动电路、过流检测电路；电源与控制面板均与空调ECU的输入端连接，空调ECU的输出端分别与风门驱动电路、电机驱动电路的一端连接，风门驱动电路的另一端与风门电机连接，电机驱动电路的另一端分别与反电势检测电路、压缩机电机、过流检测电路连接，温度传感器、过流检测电路均与空调ECU的输入端连接。

本发明有益效果为：便于实现快速控制，操作简便，工作效率高，节省时间，且使用寿命长。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中电源的电路示意图；

图3为本发明中主电路的结构示意图；

图4为本发明中反电动势波形和过零检测波示意图；

图5为本发明中过流保护电路的示意图。

附图标记说明：

1-电源；2-控制面板；3-空调ECU；4-温度传感器；5-风门驱动电路；6-风门电机；7-反电势检测电路；8-压缩机电机；9-电机驱动电路；10-过流检测电路。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-5所示，本具体实施方式采用如下技术方案：它包含电源1、控制面板2、空调ECU3、温度传感器4、风门驱动电路5、风门电机6、反电势检测电路7、压缩机电机8、电机驱动电路9、过流检测电路10；电源1与控制面板2均与空调ECU3的输入端连接，空调ECU3的输出端分别与风门驱动电路5、电机驱动电路9的一端连接，风门驱动电路5的另一端与风门电机6连接，电机驱动电路9的另一端分别与反电势检测电路7、压缩机电机8、过流检测电路10连接，温度传感器4、过流检测电路10均与空调ECU3的输入端连接。

本具体实施方式的工作原理为：电源1采用LM2575作为电源转换芯片；其中1引脚为车载电源DC-DC变换器输入的电源；2引脚为变换后电源输出端；L1为电感，能够随着电源开关的通断而存储和提供能量；3引脚为接地端；4引脚为反馈输入端，5引脚为控制端，在此直接接地(5接GND稳压电路工作，反之停止工作)，稳压电源处于工作状态。

图3为电机主电路和直接反电势法分压电路，端电压UA,UB,UC和UDC经过分压后分别为Ua,Ub,Uc和Udc。图4为理想的反电动势波形为正负交变的梯形波，且以电，中心点为参考点,图3中，eA，eB，eC分别表示三相反电动势。

电机在一个周期内共有6个工作状态，每隔60°电角度工作状态改变一次,每个功率开关导通120°电角度。工作状态可以由导通的两相绕组和2个功率开关表示，如图4示，BA表示电流从B相绕组流入，从A相绕组流出；Q3Q4表示B相上桥臂和A相下桥臂的2个功率开关导通。过零点检测波形表示反电动势过零点和换相点,其中,Z为反电动势过零点，C为换相点，反电势过零点和换相点均匀分布，彼此间隔30°电角度，此时，功率器件依次导通，驱动电机工作。

过流检测电路有两级放大电路组成，1-1、2-1分别为二个运算放大器的反向输入端，1-2、2-2为二个运算放大器的同向输入端，1-3、2-3为两个放大器的输出端。VCC为5V，设1-1端的电压用U_1-1代表(图中各点电压均如此表示)，则：

U_1-1＝-U_1-2＝U_E(1)

U_IN≈I_IN×R₂₀(2)

$I_E=(5-U_{IN})\frac{R_{21}}{R_{21}+R_{22}}+I_{IN}\×R_{20}---\left(3\right)$

同理得：

$U_{2-2}=U_{1-3}=\frac{R_{26}}{R_{26}+R_{25}}{U}_{1-1}---\left(4\right)$

$U_{2-1}=\frac{R_{27}}{R_{27}+R_{28}}---\left(5\right)$

根据分析可知，当U_2-1>U_2-2时，U_OUT＝0V；当U_2-1<U_2-2时，U_OUT＝3.5V，根据公式，可计算对应电流为，I_OUT<8.92A时，U_OUT＝0V，系统正常工作，I_OUT>8.92A时，U_OUT＝3.5V，触发芯片过流中断，电机停止工作。

模糊控制算法的实现

汽车空调控制器通过控制压缩机电机的转速和风门电机的转速来控制车内温度，压缩机转速越高，制冷量越大，风机转速越高，车内温度响应越快，因此在汽车空调主要把压缩机电机与风门电机作为控制对象。但纯电动汽车电池容量小，提供给空调系统的动力极为有限，因此必须通过提高汽车空调系统的效率来减轻汽车的动力负担。与一般汽车空调控制方法不同，在控制汽车温度同时，充分考虑了汽车的动力性。根据车内实测温度与设定温度的温差和整车电流(负载)，应用模糊神经网络PID控制算法实时调节压缩机的输出功率，以达到节能和优化整车动力的目的。

若车内温度高于设定若干度，压缩机高速旋转，便于快速制冷；当车内温度降到设定温度时，虽然电量等各种因素满足压缩机高速旋转，但压缩机仍低速旋转，维持车内温度，这时功耗很小，达到节能的目的。

当整车出现大负荷用电或电量不足时，压缩机优先低速旋转或停止，便于整车电能的分配；当蒸发器温度降低到4℃左右时，为防止结霜堵塞风道，压缩机将低速旋转，温度回升时转速增加进行微调。

当整车电流小于30A时，空调控制的输入量为车内温度与驾驶员所设温度之差及其变化率，控制对象为压缩机转速和风机转速。在控制器设计中，取温度误差范围值为[-3，3]，相应的模糊论域取值为[-3，3]，量化为7个等级，其余为边界值，如记温差为E，即得出：[-3，-2，-1，0，1，2，3]，模糊子集为{PB(正大)，PS(正小)，Z(零)，NS(负小)，NB(负大)}，输入量的隶属函数为：

温度误差的变化率用EC表示，其模糊论域取值[-2，2]，量化为：EC＝{-2，-1.5，-1，0,1，1.5,2}模糊子集为{PB(正大)，PS(正小)，Z(零)，NS(负小)，NB(负大)},压缩机电机风速模糊化，其隶属函数为：

当整车电流大于30A的时候，考虑到整车负载的需要，汽车空调的温度不再按照温度误差与误差变化率控制，而是按照温差与整电流的变化来控制车内温度，既能保证汽车的动力性，又能最大限度满足车内乘员的舒服性。

在此控制中，压缩机、温差子集及隶属函数不变，所以只需将整车电流模糊化，整车电流模糊论域取值为[30,100],100表示整车最高，30表示最低电流，用I表示，即：I＝[30,40,50,60,70，80,90，100]，模糊子集为{ZE(零),PZ(正零),PS(正小),PM(正中),PB(正大]}，隶属函数则用三角形函数表示：

制定模糊控制规格表，如表2所示。

表2温差与电流模糊控制规则

将表格2中输入模糊控制器中，可以得到温度、电流及压缩机转速之间的关系曲面图，当整车电流>60A时，这时候整车处于大负荷状态，控制器不再按照温差的变化控制压缩机转速，而是在原来基础上减少控制量，并且随着电流增大，空置量呈递减趋势，当电流>90A时，此时整车已处于最大负荷状态，此时压缩机将停止转动，节约能量，优先保证整车平稳运行。从图可以看出该控制曲面平滑有规律，说明起到了良好的控制效果。

以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.基于模糊控制算法的纯电动汽车空调控制器，其特征在于：它包含电源、控制面板、空调ECU、温度传感器、风门驱动电路、风门电机、反电势检测电路、压缩机电机、电机驱动电路、过流检测电路；电源与控制面板均与空调ECU的输入端连接，空调ECU的输出端分别与风门驱动电路、电机驱动电路的一端连接，风门驱动电路的另一端与风门电机连接，电机驱动电路的另一端分别与反电势检测电路、压缩机电机、过流检测电路连接，温度传感器、过流检测电路均与空调ECU的输入端连接。