CN106853759B - 一种汽车ptc加热系统的控制方法及装置 - Google Patents

一种汽车ptc加热系统的控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种汽车PTC加热系统的控制方法及装置，其中，控制方法包括：步骤S1，根据采集的传感器信号和用户设定温度计算出风口的目标出风温度值；步骤S2，根据目标出风温度值获取PTC加热系统的目标水温；步骤S3，控制PTC加热系统的水温维持在目标水温。本发明通过采集的传感器信号和用户设定温度计算出风口的目标出风温度值，并进一步计算合适的目标水温，很多情况下获得的目标水温都较低，不在高温段，在保证整车舒适性的前提下，节省了能量。

Description

一种汽车PTC加热系统的控制方法及装置
技术领域
本发明新能源汽车技术领域，尤其涉及一种汽车PTC加热系统的控制方法及装置。
背景技术
电动汽车一般无燃油发动机，因此电动汽车空调也不能像传统汽车那样，利用燃油发动机的余热进行制热。目前，国内汽车厂家主要采用PTC（Positive TemperatureCoefficient，正温度系数）加热元件进行制热。PTC加热系统又分为水加热PTC和空气式PTC，二者相比较，空气式PTC的安全性较差，因此，水加热PTC应用更加广泛。如图1所示，水加热PTC的工作原理是通过PTC加热器将冷却水加热，冷却水通过HVAC（Heating，Ventilating and Air Conditioning，采暖、通风和空气调节）内部的加热芯体将热量带进乘员舱。目前，大多数采用水加热PTC的厂家一般将水温控制在一个恒定值，方法较简单，但是耗电量大，会大大的降低行驶里程。
现有的另一种控制方案是通过比较用户设定温度和车内温度来决定是否开启PTC，该方法对车内温度的精确预估有较高的依赖性。但是，由于车内温度传感器采集的温度通常与车内温度有较大的差距，因此需要通过其他方法对传感器采集值进行修正，而修正方法往往非常复杂，且不能保证修正值能够实时跟随车内温度的变化，在某些工况下，两者的差距会比较大，因此，会导致PTC控制方法失效，影响整车空调舒适性，有较大的局限性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种控制简单且节省能源的汽车PTC加热系统的控制方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种汽车PTC加热系统的控制方法，包括：
步骤S1，根据采集的传感器信号和用户设定温度计算出风口的目标出风温度值；
步骤S2，根据目标出风温度值获取PTC加热系统的目标水温；
步骤S3，控制PTC加热系统的水温维持在目标水温。
其中，所述传感器信号包括车内温度传感器信号、车外温度传感器信号以及光线传感器信号，所述步骤S1包括：
将所述车内温度传感器信号转换为车内温度采集值，将所述车外温度传感器信号转换为车外温度采集值，将所述光线传感器信号转换为阳光强度采集值；
对所述用户设定温度与第一常数的乘积、所述车内温度采集值与第二常数的乘积、所述车外温度采集值与第三常数的乘积、所述阳光强度采集值与关于阳光强度的函数的乘积以及关于车外温度的函数求和。
其中，对于双区或更多区空调，所述步骤S1还包括：
计算出各区目标出风口温度值之后，选择其中的最大值，作为用于所述步骤S2的目标出风口温度值。
其中，所述步骤S2具体是根据所述步骤S1计算出的目标出风温度值，通过查表获得对应的PTC目标水温。
其中，所述步骤S3具体包括：根据所述目标水温计算PTC加热系统的目标功率输出值，并控制PTC加热系统按所述目标功率输出值输出功率；其中，按照如下方式计算PTC加热系统的目标功率输出值：将PTC当前水温和所述目标水温的差值减去PTC当前水温和所述目标水温的差值的前次值之后，与比例常数相乘，再加上前次的PTC目标功率输出值，以及样本周期与积分常数相比之后再与PTC当前水温和所述目标水温的差值相乘的乘积。
本发明还提供一种汽车PTC加热系统的控制装置，包括：
计算单元，用于根据采集的传感器信号和用户设定温度计算出风口的目标出风温度值；
获取单元，用于根据目标出风温度值获取PTC加热系统的目标水温；
控制单元，用于控制PTC加热系统的水温维持在目标水温。
其中，所述传感器信号包括车内温度传感器信号、车外温度传感器信号以及光线传感器信号，所述计算单元还用于：将所述车内温度传感器信号转换为车内温度采集值，将所述车外温度传感器信号转换为车外温度采集值，以及将所述光线传感器信号转换为阳光强度采集值；对所述用户设定温度与第一常数的乘积、所述车内温度采集值与第二常数的乘积、所述车外温度采集值与第三常数的乘积、所述阳光强度采集值与关于阳光强度的函数的乘积以及关于车外温度的函数求和。
其中，对于双区或更多区空调，所述计算单元还用于：
计算出各区目标出风口温度值之后，选择其中的最大值，作为用于所述获取单元的目标出风口温度值。
其中，所述获取单元具体用于根据所述计算单元计算出的目标出风温度值，通过查表获得对应的PTC目标水温。
其中，所述控制单元具体用于：根据所述目标水温计算PTC加热系统的目标功率输出值，并控制PTC加热系统按所述目标功率输出值输出功率；所述控制单元计算所述目标功率输出值的方式是：
将PTC当前水温和所述目标水温的差值减去PTC当前水温和所述目标水温的差值的前次值之后，与比例常数相乘，再加上前次的PTC目标功率输出值，以及样本周期与积分常数相比之后再与PTC当前水温和所述目标水温的差值相乘的乘积。
本发明实施例的有益效果在于：通过采集的传感器信号和用户设定温度计算出风口的目标出风温度值，并进一步计算合适的目标水温，很多情况下获得的目标水温都较低，不在高温段，在保证整车舒适性的前提下，节省了能量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有电动汽车水加热PTC系统的结构示意图。
图2是是本发明实施例一一种汽车PTC加热系统的控制方法的流程示意图。
图3是本发明实施例一一种汽车PTC加热系统的控制方法的又一流程示意图。
图4是本发明实施例一中目标出风温度与PTC加热系统的目标水温对应关系示意图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。
请参照图2所示，本发明实施例一提供一种汽车PTC加热系统的控制方法，包括：
步骤S1，根据采集的传感器信号和用户设定温度计算出风口的目标出风温度值；
步骤S2，根据目标出风温度值获取PTC加热系统的目标水温；
步骤S3，控制PTC加热系统的水温维持在目标水温。
以下再结合图3对各步骤详细说明。
步骤S1中，传感器信号包括车内温度传感器信号、车外温度传感器信号以及光线传感器信号。采集到这些传感器信号之后，将被转换为相应的温度值及阳光强度，即将车内温度传感器信号转换为车内温度采集值，将车外温度传感器信号转换为车外温度采集值，将光线传感器信号转换为阳光强度采集值。
进一步地，为了使数据更精确，还需对各个采集值进行滤波及校正处理，具体来说，对车内温度采集值和阳光强度采集值进行滤波处理，对车外温度采集值进行校正处理。滤波主要是为了防止车内温度传感器信号和光线传感器信号受影响导致采集值发生突变，确保出风口温度变化更平稳。对车外温度采集值进行校正处理具体包括：先根据发动机水温判断当前为冷启动还是热启动，若是冷启动，则车外温度初始值=车外温度采集值，若为热启动，则车外温度初始值=上次下电时存储值；然后根据车速来确定车外温度采集值的最大变化速率，车速为0时，车外温度只能下降不能上升，车速越高，车外温度的变化速率越快。
对出风口的目标出风温度值（TAO值）的计算，是根据以下公式：
目标出风口温度 = K1×用户设定温度 + K2×车内温度采集值 + K3×车外温度采集值 +K4×f（阳光强度采集值） + C；
其中K1、K2、K3、K4为常数，通过试验标定而得，且相对独立，C = g（车外温度），f、g为函数对应关系。g函数是查表关系，相关数值通过试验标定而得；f函数中，阳光强度包括驾驶侧阳光强度及副驾驶侧阳光强度，并且该函数还与阳光补偿系数有关。f、g函数在现有空调温控算法中较为常见，此处不再赘述。
现有控制方案中，不对目标出风口温度进行计算；本发明实施例通过采集的传感器信号和用户设定温度计算出风口的目标出风温度值，还可获得车内的热负荷。
需要说明的是，如果是单区空调，虽然有多个出风口，但目标出风口温度都相同的，因此计算出的也仅一个目标出风口温度；如果是双区或者更多区空调，则先分别计算各区目标出风口温度，再取最大值，用于步骤S2的计算。由此，步骤S1还包括：
计算出各区目标出风口温度值之后，选择其中的最大值，作为用于所述步骤S2的目标出风口温度值。
步骤S2根据目标出风温度值计算PTC加热系统的目标水温，具体地，请参照图4所示，为根据TAO值进行查表。也就是说，通过步骤S1计算出的TAO值，在图4所示图表上查询获得相应的PTC目标水温。例如，在计算出的TAO值为18时，在图4所示图表上查找出对应的目标水温T_ ptc1；如果计算出的TAO值继续增大，但目标水温仍会维持在T_ ptc1，直到TAO值增大为21时，在图4所示图表上显示目标水温将从T_ ptc1变化至T_ ptc2，从而获得新的目标水温。在TAO值变化时，目标水温会维持一段时间不变，形成一个回滞，这是为了消除步骤S1根据传感器信号计算出TAO值的误差影响。同样地，当TAO值从21下降至18的过程中，目标水温将先维持在T_ ptc2，直到TAO值变为18时才从T_ ptc2变化至T_ ptc1。对每个温度变化点都是通过试验确定的，TAO值和PTC目标水温不是一一对应关系，回滞对查表有影响，根据TAO值变大还是变小，确定PTC目标水温的变化情况。
步骤S3将PTC加热系统的水温控制在目标步骤S2获得的目标水温，是根据以下公式：
IVO（n）＝IVO（n-1）+Kp（E（n）-E（n-1））+（θ/Ti）×E（n）
先计算出PTC加热系统的目标功率输出值，然后控制PTC加热系统按该目标功率输出值输出功率。
其中：
IVO（n）： PTC目标功率输出值
IVO（n-1）：前次的PTC目标功率输出值
Kp：比例常数
Ti：积分常数
E（n）：PTC当前水温和目标水温的差值
E（n-1）：PTC当前水温和目标水温的差值的前次值
θ：样本周期
即把目标水温加入到PTC目标功率输出值的计算，具体来说，是将PTC当前水温和目标水温的差值（E（n））减去PTC当前水温和目标水温的差值的前次值（E（n-1））之后，与比例常数相乘，再加上前次的PTC目标功率输出值（IVO（n-1）），以及样本周期与积分常数相比之后再与PTC当前水温和目标水温的差值相乘的乘积（（θ/Ti）×E（n））。这样，PTC加热系统按照计算的结果输出功率，即可使保持在目标水温中运行。
现有技术都是把PTC目标水温设置为高温段（如80度），将水加热后，再跟冷风进行混合得到目标出风口温度，相较于现有技术，本专利根据TAO值来计算合适的水温，很多情况下获得的目标水温都较低，不在高温段，在保证整车舒适性的前提下，达到节省能量的目的。
相应于本发明实施例一，本发明实施例二提供一种汽车PTC加热系统的控制装置，包括：
计算单元，用于根据采集的传感器信号和用户设定温度计算出风口的目标出风温度值；
获取单元，用于根据目标出风温度值获取PTC加热系统的目标水温；
控制单元，用于控制PTC加热系统的水温维持在目标水温。
其中，所述传感器信号包括车内温度传感器信号、车外温度传感器信号以及光线传感器信号，所述计算单元还用于：将所述车内温度传感器信号转换为车内温度采集值，将所述车外温度传感器信号转换为车外温度采集值，以及将所述光线传感器信号转换为阳光强度采集值；对所述用户设定温度与第一常数的乘积、所述车内温度采集值与第二常数的乘积、所述车外温度采集值与第三常数的乘积、所述阳光强度采集值与关于阳光强度的函数的乘积以及关于车外温度的函数求和。
其中，对于双区或更多区空调，计算单元还用于：
计算出各区目标出风口温度值之后，选择其中的最大值，作为用于所述获取单元的目标出风口温度值。
其中，获取单元具体用于根据所述计算单元计算出的目标出风温度值，通过查表获得对应的PTC目标水温。
其中，控制单元具体用于：根据所述目标水温计算PTC加热系统的目标功率输出值，并控制PTC加热系统按所述目标功率输出值输出功率；所述控制单元计算所述目标功率输出值的方式是：
将PTC当前水温和所述目标水温的差值减去PTC当前水温和所述目标水温的差值的前次值之后，与比例常数相乘，再加上前次的PTC目标功率输出值，以及样本周期与积分常数相比之后再与PTC当前水温和所述目标水温的差值相乘的乘积。
有关本实施例汽车PTC加热系统的控制装置的工作原理以及所带来的有益效果请参照本发明实施例一的说明，此处不再赘述。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种汽车PTC加热系统的控制方法，包括：
步骤S1，根据采集的传感器信号和用户设定温度计算出风口的目标出风温度值；
步骤S2，根据目标出风温度值获取PTC加热系统的目标水温；
步骤S3，控制PTC加热系统的水温维持在目标水温；
所述传感器信号包括车内温度传感器信号、车外温度传感器信号以及光线传感器信号，所述步骤S1进一步包括：
将所述车内温度传感器信号转换为车内温度采集值，将所述车外温度传感器信号转换为车外温度采集值，将所述光线传感器信号转换为阳光强度采集值；
对所述用户设定温度与第一常数的乘积、所述车内温度采集值与第二常数的乘积、所述车外温度采集值与第三常数的乘积、所述阳光强度采集值与关于阳光强度的函数的乘积以及关于车外温度的函数求和。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，对于双区或更多区空调，所述步骤S1还包括：
计算出各区目标出风口温度值之后，选择其中的最大值，作为用于所述步骤S2的目标出风口温度值。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S2具体是根据所述步骤S1计算出的目标出风温度值，通过查表获得对应的PTC目标水温。
4.根据权利要求1或3所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：根据所述目标水温计算PTC加热系统的目标功率输出值，并控制PTC加热系统按所述目标功率输出值输出功率；其中，按照如下方式计算PTC加热系统的目标功率输出值：将PTC当前水温和所述目标水温的差值减去PTC当前水温和所述目标水温的差值的前次值之后，与比例常数相乘，再加上前次的PTC目标功率输出值，以及样本周期与积分常数的比值与PTC当前水温和所述目标水温的差值相乘的乘积。
5.一种汽车PTC加热系统的控制装置，其特征在于，包括：
计算单元，用于根据采集的传感器信号和用户设定温度计算出风口的目标出风温度值；
获取单元，用于根据目标出风温度值获取PTC加热系统的目标水温；
控制单元，用于控制PTC加热系统的水温维持在目标水温；
所述传感器信号包括车内温度传感器信号、车外温度传感器信号以及光线传感器信号，所述计算单元还用于：将所述车内温度传感器信号转换为车内温度采集值，将所述车外温度传感器信号转换为车外温度采集值，以及将所述光线传感器信号转换为阳光强度采集值；对所述用户设定温度与第一常数的乘积、所述车内温度采集值与第二常数的乘积、所述车外温度采集值与第三常数的乘积、所述阳光强度采集值与关于阳光强度的函数的乘积以及关于车外温度的函数求和。
6.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，对于双区或更多区空调，所述计算单元还用于：
计算出各区目标出风口温度值之后，选择其中的最大值，作为用于所述获取单元的目标出风口温度值。
7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述获取单元具体用于根据所述计算单元计算出的目标出风温度值，通过查表获得对应的PTC目标水温。
8.根据权利要求5或7所述的控制装置，其特征在于，所述控制单元具体用于根据所述目标水温计算PTC加热系统的目标功率输出值，并控制PTC加热系统按所述目标功率输出值输出功率；所述控制单元计算所述目标功率输出值的方式是：将PTC当前水温和所述目标水温的差值减去PTC当前水温和所述目标水温的差值的前次值之后，与比例常数相乘，再加上前次的PTC目标功率输出值，以及样本周期与积分常数的比值与PTC当前水温和所述目标水温的差值相乘的乘积。
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