CN107336576A - 空调控制方法、装置和纯电动汽车 - Google Patents

空调控制方法、装置和纯电动汽车 Download PDF

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CN107336576A CN201610285251.8A CN201610285251A CN107336576A CN 107336576 A CN107336576 A CN 107336576A CN 201610285251 A CN201610285251 A CN 201610285251A CN 107336576 A CN107336576 A CN 107336576A
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张培培
刘洋
李岩
李玲玲
耿秋月
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Abstract

本发明提供了一种空调控制方法、装置和纯电动汽车，该空调控制方法包括：获取与目标控制对象对应的样本输入变量，其中，样本输入变量包括：预设指标的实时数据与参考数据的误差值、以及误差值的变化率；以及采用最大隶属度方法对样本输入变量进行解模糊运算，生成与目标控制对象对应的控制规则查询表，以根据控制规则查询表控制目标控制对象，其中，控制规则查询表包括：与样本输入变量对应的样本输出变量。本发明的空调控制方法，能够使空调系统的舒适性和经济性能指标大大提升，使空调系统工作在最优工况，到达节能目的的同时，延长了纯电动汽车的续航里程。

Description

空调控制方法、装置和纯电动汽车
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种空调控制方法、装置和纯电动汽车。
背景技术
空调系统的运行给纯电动汽车的能量供应增加了负担，进一步降低了纯电动汽车与燃油汽车相比不占优势的续航能力，因此，纯电动汽车对空调系统的运行效率提出了更高的要求。
与燃油发动机汽车不同，纯电动汽车中空调系统的压缩机采用的是电机直接驱动，驱动形式和控制方法均与燃油发动机的汽车的空调系统有很大不同，因此，采用传统的方式对纯电动汽车的空调系统进行控制，例如，简单位式控制方法、PID(比例-积分-微分)控制方法等，很难达到舒适性和节能性的要求，导致纯电动汽车的能耗高、空调工作效率低。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种空调控制方法，该空调控制方法能够使空调系统的舒适性和经济性能指标大大提升，使空调系统工作在最优工况，到达节能目的的同时，延长了纯电动汽车的续航里程。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种空调控制方法，包括以下步骤：获取与目标控制对象对应的样本输入变量，其中，所述样本输入变量包括预设指标的实时数据与参考数据的误差值、以及所述误差值的变化率；以及采用最大隶属度方法对所述样本输入变量进行解模糊运算，生成与所述目标控制对象对应的控制规则查询表，以根据所述控制规则查询表控制所述目标控制对象，其中，所述控制规则查询表包括与所述样本输入变量对应的样本输出变量。
进一步的，所述根据所述控制规则查询表控制所述目标控制对象，包括：获取与所述目标控制对象对应的当前输入变量；查询所述控制规则查询表获取与所述当前输入变量对应的当前输出变量；以及根据所述当前输出变量控制所述目标控制对象。
进一步的，当所述目标控制对象为所述压缩机转速时，所述预设指标为温度，所述采用最大隶属度方法对所述样本输入变量进行解模糊运算，生成与所述目标控制对象对应的控制规则查询表，包括：设定所述样本输入变量和所述样本输出变量的基本论域，并根据所述样本输入变量和所述样本输出变量的基本论域获取所述样本输入变量和所述样本输出变量的模糊论域；采用自调整规则因子计算自调整规则因子查询表；以及根据所述自调整规则因子查询表，采用所述最大隶属度方法对所述样本输入变量和所述样本输出变量的模糊论域进行解模糊运算，以生成与所述压缩机转速对应的控制规则查询表。
进一步的，所述目标控制对象包括压缩机转速、风机转速、混合风门开度、模式风门。
相对于现有技术，本发明所述的空调控制方法具有以下优势：
本发明所述的空调控制方法，使用基于自调整规则因子的模糊控制方法对目标控制对象进行模糊控制，从而能够使空调系统的舒适性和经济性能指标大大提升，使空调系统工作在最优工况，到达节能目的的同时，延长了纯电动汽车的续航里程。
本发明的另一个目的在于提出一种空调控制装置，该空调控制装置能够使空调系统的舒适性和经济性能指标大大提升，使空调系统工作在最优工况，到达节能目的的同时，延长了纯电动汽车的续航里程。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种空调控制装置，包括：第一获取模块，用于获取与目标控制对象对应的样本输入变量，其中，所述样本输入变量包括预设指标的实时数据与参考数据的误差值、以及所述误差值的变化率；以及运算模块，用于采用最大隶属度方法对所述样本输入变量进行解模糊运算，生成与所述目标控制对象对应的控制规则查询表，以根据所述控制规则查询表控制所述目标控制对象，其中，所述控制规则查询表包括与所述样本输入变量对应的样本输出变量。
进一步的，空调控制装置还包括：第二获取模块，用于获取与所述目标控制对象对应的当前输入变量；查询模块，用于查询所述控制规则查询表获取与所述当前输入变量对应的当前输出变量；以及控制模块，用于根据所述当前输出变量控制所述目标控制对象。
进一步的，当所述目标控制对象为所述压缩机转速时，所述预设指标为温度，所述运算模块包括：设定子模块，用于设定所述样本输入变量和所述样本输出变量的基本论域；获取子模块，用于根据所述样本输入变量和所述样本输出变量的基本论域获取所述样本输入变量和所述样本输出变量的模糊论域；第一运算子模块，用于采用自调整规则因子计算自调整规则因子查询表；第二运算子模块，用于根据所述自调整规则因子查询表，采用所述最大隶属度方法对所述样本输入变量和所述样本输出变量的模糊论域进行解模糊运算，以生成与所述压缩机转速对应的控制规则查询表。
进一步的，所述目标控制对象包括压缩机转速、风机转速、混合风门开度、模式风门。
所述的空调控制装置与上述的空调控制方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
本发明的另一个目的在于提出一种纯电动汽车，该纯电动汽车能够使空调系统的舒适性和经济性能指标大大提升，使空调系统工作在最优工况，到达节能目的的同时，延长了纯电动汽车的续航里程。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种纯电动汽车，设置有如上述实施例所述的空调控制装置。
所述的纯电动汽车与上述的空调控制装置相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明一个实施例的空调控制方法的流程图；
图2是本发明实施例的控制规则查询表的示意图；
图3是本发明实施例的温度的误差值和误差值的变化率的隶属度函数的示意图；
图4是本发明实施例的压缩机转速的隶属度函数的示意图；
图5是本发明实施例的样本输入变量和样本输出变量的三维立体图；
图6是本发明另一个实施例的空调控制方法的流程图；
图7是本发明实施例的空调系统的控制模块的示意图：
图8是本发明一个实施例的空调控制装置100的结构示意图；以及
图9是本发明一个实施例的空调控制装置100的结构示意图。
附图标记说明：
空调控制装置100、第一获取模块110、运算模块120、第二获取模块130、查询模块140、控制模块150、设定子模块121、获取子模块122、第一运算子模块123、第二运算子模块124。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是本发明一个实施例的空调控制方法的流程图。
如图1所示，空调控制方法包括如下步骤：
S101：获取与目标控制对象对应的样本输入变量，其中，样本输入变量包括预设指标的实时数据与参考数据的误差值、以及误差值的变化率。
具体地，在空调控制系统中，目标控制对象可以包括但不限于压缩机转速、风机转速、混合风门开度、模式风门中的一种或者多中。本发明中，可分别对目标控制对象进行模糊控制，其控制原理类似，下面以压缩机转速作为目标控制对象详细说明一下本发明实施例的模糊控制方法。
当目标控制对象为压缩机转速时，对应的预设指标为温度。也就是说，获取的样本输入变量包括温度的误差值和误差值的变化率，其中，温度的误差值是指空调的设定温度与车内的实际温度的差值，误差值的变化率是指空调的设定温度与车内的实际温度的差值的变化值，例如，每隔20秒计算一次空调的设定温度与车内的实际温度的差值，并跟上一次计算的空调的设定温度与车内的实际温度的差值进行比较，两次计算得到的差值相减即是误差值的变化率。
S102：采用最大隶属度方法对样本输入变量进行解模糊运算，生成与目标控制对象对应的控制规则查询表，以根据控制规则查询表控制目标控制对象，其中，控制规则查询表包括与样本输入变量对应的样本输出变量。
具体地，假设温度的误差值是E、误差值的变化率是EC，将误差值E和误差值的变化率EC作为模糊控制的两个输入变量，压缩机转速U为输出变量，利用最大隶属度方法进行解模糊运算，可以生成压缩机转速的控制规则查询表。例如，如图2所示，控制规则查询表的横行中对应的是温度的误差值E，纵列中对应的是误差值的变化率EC，根据不同的误差值E和误差值的变化率EC可以确定出用于控制压缩机转速的输出变量。
在本发明的一个实施例中，设定样本输入变量和样本输出变量的基本论域，并根据样本输入变量和样本输出变量的基本论域获取样本输入变量和样本输出变量的模糊论域，并采用自调整规则因子计算自调整规则因子查询表，以及根据自调整规则因子查询表，采用最大隶属度方法对样本输入变量和样本输出变量的模糊论域进行解模糊运算，以生成与压缩机转速对应的控制规则查询表。
例如，首先设定温度的误差值E的基本论域为[-6 6]，然后计算出温度的误差值E的模糊论域为[-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6]，语言变量为[NL NM NS ZE PS PM PL]，其中，NL代表设定温度远小于实际温度，NM代表设定温度小于实际温度，NS代表设定温度值略小于实际温度，ZE代表设定温度和实际温度相等，PS代表设定温度略大于实际温度，PM代表设定温度大于实际温度，PL代表设定温度远大于实际温度。
设定误差值的变化率EC的基本论域为[-1 1]，然后计算出误差值的变化率EC的模糊论域为[-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6]，语言变量为[NL NM NS ZE PS PM PL]。
设定压缩机转速的基本论域为[0 6500],模糊论域为[0 1 2 3 4 5 6 7 8]，其中，0表示压缩机停止运转，8表示压缩机以最高转速运行，1-7代表不同转速的档位。
进而，如图3和图4所示，采用正态分布函数模糊变量作为温度的误差值E、误差值的变化率EC、压缩机转速U的隶属度函数。
根据温度的误差值E和误差值的变化率EC对压缩机转速U进行模糊控制。具体地，先进行离线运算，设计控制规则查询表。通过下面的公式，采用自调整规则因子a计算自调整规则因子查询表：
其中，0≤a0≤as≤1
其中，N为论域阶数，在本发明的实施例中N为6，也就是说，当车内的实际温度与设定温度的差值大于6℃时，为了尽快使实际温度达到设定温度，压缩机以最大转速运行，若车内的实际温度与设定温度的差值在6℃以内时，通过模糊算法对压缩机转速加以控制。由此，可以通过上述公式计算全论域内的自调整规则因子。其中，初步取as＝0.84，a0＝0.75，计算后得到的自调整规则因子查询表如表1所示，
E -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6
a 0.84 0.825 0.81 0.795 0.78 0.765 0.75 0.765 0.78 0.795 0.81 0.825 0.84
表1 自调整规则因子查询表
空调系统的压缩机在有制冷需要时开始工作，因此采用控制规则：
E<0时，规则为：U＝K{aE+(1-a)EC} 0<a<1 K＝1.3
E>0时，规则为：U＝0
采用最大隶属度方法解模糊运算，可以得到如图2所示的压缩机转速的控制规则查询表。
因此，通过模糊推理及解模糊运算，作为样本输入变量的温度的误差值E、误差值的变化率EC和作为样本输出变量的压缩机转速U的三维立体图如图5所示，从图5中可以看出，当车内的实际温度与设定温度的差值较大时，压缩机转速较高，而当车内的实际温度与设定温度的差值较小时，压缩机转速主要取决于车内的实际温度与设定温度的差值的变化率。
本发明实施例的空调控制方法，使用基于自调整规则因子的模糊控制方法对目标控制对象进行模糊控制，从而能够使空调系统的舒适性和经济性能指标大大提升，使空调系统工作在最优工况，到达节能目的的同时，延长了纯电动汽车的续航里程。
图6是本发明另一个实施例的空调控制方法的流程图。
如图6所示，空调控制方法包括如下步骤：
S601：获取与目标控制对象对应的样本输入变量，其中，样本输入变量包括预设指标的实时数据与参考数据的误差值、以及误差值的变化率。
S602：采用最大隶属度方法对样本输入变量进行解模糊运算，生成与目标控制对象对应的控制规则查询表，其中，控制规则查询表包括与样本输入变量对应的样本输出变量。
S603：获取与目标控制对象对应的当前输入变量。
具体地，还是以压缩机转速作为目标控制对象详细说明一下本发明实施例的模糊控制方法。通过温度传感器采集当前车内的实际温度，并计算车内的实际温度与用户所需的设定温度差值。并且，计算车内的实际温度与用户所需的设定温度差值的变化率，将温度差值和温度差值的变化率作为当前输入变量。
S604：查询控制规则查询表获取与当前输入变量对应的当前输出变量。
具体地，根据温度差值和温度差值的变化率在控制规则查询表中进行查询，从而获得温度差值和温度差值的变化率对应的压缩机转速。
S605：根据当前输出变量控制目标控制对象。
具体地，根据查询控制规则查询表中获取的压缩机转速控制压缩机工作。
本发明实施例的空调控制方法，在生成控制规则查询表后，在空调系统工作时，根据当前输入变量查询控制规则查询表以获取当前输入变量对应的当前输出变量，从而根据当前输出变量对空调系统进行模糊控制，减少了纯电动汽车的能耗，提高了纯电动汽车的续航里程。
应当理解的是，本发明中仅以压缩机转速作为目标控制对象说明本发明实施例的空调控制方法，而本发明实施例的空调控制方法还适用于对其它目标控制对象进行控制，例如，风机转速、混合风门开度、模式风门等。
如图7所示，空调控制系统采集信号的传感器包括：车内温度传感器、车外温度传感器、压缩机转速传感器、蒸发器温度传感器、光照轻度传感器等。
人机交互模块包括键盘和显示两部分，主要用于用户对空调系统的启停、设定温度、风机转速、新风风量、模式风门等的设置。
控制输出模块包括：压缩机转速、风机转速、混合风门开度、模式风门等。
进而，模糊控制模块中包含空调系统的压缩机转速模糊控制器、风机转速模糊控制器、模式风门模糊控制器等多个模糊控制器。基于自调整规则因子的模糊控制方法，设计了多个模糊控制器，通过不同的模糊控制器对不同的目标控制对象进行控制，在控制纯电动汽车的自动空调系统上，相对于现有的控制方法，例如简单位式控制方法、PID控制方法而言，模糊控制方法的控制精度相对较低。
图8是本发明一个实施例的空调控制装置100的结构示意图。
如图8所示，空调控制装置100包括：第一获取模块110和运算模块120。
第一获取模块110用于获取与目标控制对象对应的样本输入变量，其中，样本输入变量包括：预设指标的实时数据与参考数据的误差值、以及误差值的变化率。其中，目标控制对象包括压缩机转速、风机转速、混合风门开度、模式风门。
运算模块120用于采用最大隶属度方法对样本输入变量进行解模糊运算，生成与目标控制对象对应的控制规则查询表，以根据控制规则查询表控制目标控制对象，其中，控制规则查询表包括：与样本输入变量对应的样本输出变量。
在本发明的一个实施例中，当目标控制对象为压缩机转速时，预设指标为温度，运算模块120包括：设定子模块121、获取子模块122、第一运算子模块123和第二运算子模块124。
其中，设定子模块121用于设定样本输入变量和样本输出变量的基本论域。
获取子模块122用于根据样本输入变量和样本输出变量的基本论域获取样本输入变量和样本输出变量的模糊论域。
第一运算子模块123用于采用自调整规则因子计算自调整规则因子查询表。
第二运算子模块124用于根据自调整规则因子查询表，采用最大隶属度方法对样本输入变量和样本输出变量的模糊论域进行解模糊运算，以生成与压缩机转速对应的控制规则查询表。
需要说明的是，本发明实施例的空调控制装置的具体实现方式与本发明实施例的空调控制方法的具体实现方式类似，具体请参见方法部分的描述，为了减少冗余，此处不做赘述。
本发明实施例的空调控制装置，使用基于自调整规则因子的模糊控制方法对目标控制对象进行模糊控制，从而能够使空调系统的舒适性和经济性能指标大大提升，使空调系统工作在最优工况，到达节能目的的同时，延长了纯电动汽车的续航里程。
图9是本发明一个实施例的空调控制装置100的结构示意图。
如图9所示，空调控制装置100包括：第一获取模块110、运算模块120、第二获取模块130、查询模块140和控制模块150。
具体地，第二获取模块130用于获取与目标控制对象对应的当前输入变量。
查询模块140用于查询控制规则查询表获取与当前输入变量对应的当前输出变量。
控制模块150用于根据当前输出变量控制目标控制对象。
需要说明的是，本发明实施例的空调控制装置的具体实现方式与本发明实施例的空调控制方法的具体实现方式类似，具体请参见方法部分的描述，为了减少冗余，此处不做赘述。
本发明实施例的空调控制装置，在生成控制规则查询表后，在空调系统工作时，根据当前输入变量查询控制规则查询表以获取当前输入变量对应的当前输出变量，从而根据当前输出变量对空调系统进行模糊控制，减少了纯电动汽车的能耗，提高了纯电动汽车的续航里程。
进一步地，本发明的实施例公开了一种纯电动汽车，设置有如上述实施例所述的空调控制装置。
需要说明的是，本发明实施例的纯电动汽车的具体实现方式与本发明实施例的空调控制方法的具体实现方式类似，具体请参见方法部分的描述，为了减少冗余，此处不做赘述。
本发明实施例的纯电动汽车，使用基于自调整规则因子的模糊控制方法对目标控制对象进行模糊控制，从而能够使空调系统的舒适性和经济性能指标大大提升，使空调系统工作在最优工况，到达节能目的的同时，延长了纯电动汽车的续航里程。
另外，根据本发明实施例的纯电动汽车的其它构成以及作用对于本领域的普通技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，此处不做赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种空调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取与目标控制对象对应的样本输入变量，其中，所述样本输入变量包括预设指标的实时数据与参考数据的误差值、以及所述误差值的变化率；以及
采用最大隶属度方法对所述样本输入变量进行解模糊运算，生成与所述目标控制对象对应的控制规则查询表，以根据所述控制规则查询表控制所述目标控制对象，其中，所述控制规则查询表包括与所述样本输入变量对应的样本输出变量。
2.根据权利要求1所述的空调控制方法，其特征在于，所述根据所述控制规则查询表控制所述目标控制对象，包括：
获取与所述目标控制对象对应的当前输入变量；
查询所述控制规则查询表获取与所述当前输入变量对应的当前输出变量；以及
根据所述当前输出变量控制所述目标控制对象。
3.根据权利要求1所述的空调控制方法，其特征在于，当所述目标控制对象为所述压缩机转速时，所述预设指标为温度，所述采用最大隶属度方法对所述样本输入变量进行解模糊运算，生成与所述目标控制对象对应的控制规则查询表，包括：
设定所述样本输入变量和所述样本输出变量的基本论域，并根据所述样本输入变量和所述样本输出变量的基本论域获取所述样本输入变量和所述样本输出变量的模糊论域；
采用自调整规则因子计算自调整规则因子查询表；以及
根据所述自调整规则因子查询表，采用所述最大隶属度方法对所述样本输入变量和所述样本输出变量的模糊论域进行解模糊运算，以生成与所述压缩机转速对应的控制规则查询表。
4.根据权利要求1-3任一项所述的空调控制方法，其特征在于，所述目标控制对象包括压缩机转速、风机转速、混合风门开度、模式风门。
5.一种空调控制装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取与目标控制对象对应的样本输入变量，其中，所述样本输入变量包括预设指标的实时数据与参考数据的误差值、以及所述误差值的变化率；以及
运算模块，用于采用最大隶属度方法对所述样本输入变量进行解模糊运算，生成与所述目标控制对象对应的控制规则查询表，以根据所述控制规则查询表控制所述目标控制对象，其中，所述控制规则查询表包括与所述样本输入变量对应的样本输出变量。
6.根据权利要求5所述的空调控制装置，其特征在于，还包括：
第二获取模块，用于获取与所述目标控制对象对应的当前输入变量；
查询模块，用于查询所述控制规则查询表获取与所述当前输入变量对应的当前输出变量；以及
控制模块，用于根据所述当前输出变量控制所述目标控制对象。
7.根据权利要求5所述的空调控制装置，其特征在于，当所述目标控制对象为所述压缩机转速时，所述预设指标为温度，所述运算模块包括：
设定子模块，用于设定所述样本输入变量和所述样本输出变量的基本论域；
获取子模块，用于根据所述样本输入变量和所述样本输出变量的基本论域获取所述样本输入变量和所述样本输出变量的模糊论域；
第一运算子模块，用于采用自调整规则因子计算自调整规则因子查询表；以及
第二运算子模块，用于根据所述自调整规则因子查询表，采用所述最大隶属度方法对所述样本输入变量和所述样本输出变量的模糊论域进行解模糊运算，以生成与所述压缩机转速对应的控制规则查询表。
8.根据权利要求5-7任一项所述的空调控制装置，其特征在于，所述目标控制对象包括压缩机转速、风机转速、混合风门开度、模式风门。
9.一种纯电动汽车，其特征在于，包括如权利要求5-8任一项所述的空调控制装置。
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