CN111845509A - 一种用于汽车的太阳能保暖地毯及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于汽车的太阳能保暖地毯，包括：地毯；以及太阳能电池组，其设置在所述地毯中；温度控制开关，其一端与所述太阳能电池组相连接；加热电阻丝，其与所述温度控制开关的另一端相连接；检测装置，其与所述地毯、加热电阻丝相连接；中央控制器，其与所述温度控制开关和检测装置相连接。本发明还公开一种用于汽车的太阳能保暖地毯的控制方法，通过调节蓄电池的输出功率和输出电压控制加热电阻丝的加热温度，充分提高了太阳能保暖地毯的智能性。

Description

一种用于汽车的太阳能保暖地毯及其控制方法

技术领域

本发明涉及汽车内装饰件技术领域，更具体的是，本发明涉及一种用于汽车的太阳能保暖地毯及其控制方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高，汽车已经走进了千家万户，汽车美容行业随之兴起，在汽车内部，一般都会使用到地毯，汽车地毯属于内部装饰品，保护车里车外的洁净，起到美观舒适点缀的作用。

现有技术中的汽车地毯，在使用时，功能较为单一，无法提供更多的使用需要；在乘客上下车或者是多次踩踏后会造成汽车地毯的移位，致使汽车地毯的作用有限；由于天气等原因，鞋底会携带水滴、泥石等进入车内，会导致汽车地毯湿滑，并且可能导致细菌滋生；在车内乘客喝水饮食时，如果不慎将水洒到汽车地毯上，也会导致汽车地毯湿滑，且容易生成异味；如果是在冬天或者环境温度较低时，车内温度也会很低，冷空气主要集中在乘员的脚部区域，汽车地毯的保暖作用有限，因此，冷空气带来的低温会引起乘客的不舒适，所以现有技术无法满足人们的使用需要。

在现有技术中，虽然已经产生了加热地毯，但是大部分加热地毯均固定在房间内部，属于市电供电的用具，能耗大，功率低，不适用于车辆中。

发明内容

本发明的一个目的是设计开发了一种用于汽车的太阳能保暖地毯，通过太阳能转换成电能的电池与铺在汽车底部有电阻丝的三层地毯连接，通过加热地毯，可以解决冬天汽车里的乘客身暖脚冷的问题。

本发明的另一个目的是设计开发了一种用于汽车的太阳能保暖地毯的控制方法，通过调节蓄电池的输出功率和输出电压控制加热电阻丝的加热温度，充分提高了太阳能保暖地毯的智能性。

本发明提供的技术方案为：

一种用于汽车的太阳能保暖地毯，包括：

地毯；以及

太阳能电池组，其设置在所述地毯外侧；

温度控制开关，其一端与所述太阳能电池组相连接；

加热电阻丝，其设置在所述地毯中，且所述加热电阻丝与所述温度控制开关的另一端相连接；

检测装置，其与所述地毯、加热电阻丝相连接；

中央控制器，其与所述温度控制开关和检测装置相连接。

优选的是，所述地毯包括：

保暖层；

防水层，其一侧固定连接在所述保暖层的一侧，且所述防水层的内部具有容纳腔；

其中，所述加热电阻丝设置在所述容纳腔中；

橡胶层，其固定在所述防水层的另一侧。

优选的是，所述太阳能电池组包括：

太阳能电池板，其设置在车辆中；

蓄电池，其设置在所述容纳腔中，且所述蓄电池与所述太阳能电池板和温度控制开关相连接。

优选的是，所述橡胶层上具有均匀分布的凸起。

优选的是，所述检测装置包括：

第一温度传感器，其与所述加热电阻丝和中央控制器相连接；

第二温度传感器，其设置在所述保暖层内，且所述第二温度传感器与所述中央控制器相连接；

第一湿度传感器，其设置在所述保暖层内，且所述第一湿度传感器与所述中央控制器相连接；

第二湿度传感器，其设置在所述汽车的内部，且所述第二湿度传感器与所述中央控制器相连接；

座椅压力传感器，其设置在所述汽车的座椅内部，且所述座椅压力传感器与所述中央控制器相连接；

重量传感器，其设置在所述汽车的底盘上，且所述重量传感器与所述中央控制器相连接。

优选的是，所述温度控制开关为继电器。

一种用于汽车的太阳能保暖地毯的控制方法，使用用于汽车的太阳能保暖地毯，包括如下步骤：

步骤一、温度控制开关开启，所述中央控制器接收保暖层的温度信号；

步骤二、设定加热电阻丝的加热温度，调节蓄电池的输出功率和输出电压；

步骤三、所述加热温度到达设定范围时，使所述加热电阻丝的温度保持在恒温范围；

其中，所述设定范围满足：[T+2.8，T-2.8]；

所述恒温范围满足：[T+4.5，T-4.5]；

式中，T为加热温度。

优选的是，所述步骤二通过BP神经网络控制蓄电池的输出功率和输出电压，包括如下步骤：

步骤1、按照采集周期，获取加热电阻丝的温度T_res、保暖层的温度T_lay、车辆内部的湿度RH_ins、保暖层的湿度RH_lay和温度调节浮动指数I_floa；

步骤2、依次将获取的参数进行规格化，确定三层BP神经网络的输入层向量x＝{x₁,x₂,x₃,x₄,x₅,x₆}；其中，x₁为加热电阻丝的温度系数，x₂为保暖层的温度系数，x₃为车辆内部的湿度系数，x₄为保暖层的湿度，x₅为温度调节浮动指数系数；

步骤3、所述输入层向量映射到中间层，所述中间层向量y＝{y₁,y₂,…,y_m}；m为中间层节点个数；

步骤4、得到输出层向量o＝{o₁,o₂}；o₁为蓄电池的输出功率系数、o₂为蓄电池的输出电压系数；

步骤5、将输出层向量得到的结果输入到模糊控制器中，获得表示调节类别的输出向量群，将其作为调节答案输出。

优选的是，所述温度调节浮动指数满足：

式中，I_floa为温度调节浮动指数，K为校正系数，T_res为加热电阻丝的温度，T_lay为保暖层的温度，m为车辆的质量，g为重力加速度，F_seat为座椅压力，RH_ins为车辆内部的湿度，RH_lay为保暖层的湿度。

优选的是，所述步骤5包括：

将蓄电池的输出功率系数与初始的蓄电池的输出功率系数比较得到蓄电池的输出功率系数偏差，将蓄电池的输出电压系数与初始的蓄电池的输出电压系数比较得到蓄电池的输出电压系数偏差；

将所述蓄电池的输出功率系数偏差经过微分计算得到蓄电池的输出功率系数偏差变化率，将所述蓄电池的输出电压系数偏差经过微分计算得到蓄电池的输出电压系数偏差变化率；

将所述蓄电池的输出功率系数偏差变化率、所述蓄电池的输出电压系数偏差变化率输入到模糊控制器中，输出调节等级。

本发明所述的有益效果：

本发明设计开发的用于汽车的太阳能保暖地毯，用太阳能电池提供电能，可以有效的降低对蓄电池的使用，可减少汽车本身的动力损耗，提高汽车的功率和效率，可设置保暖温度，可用于不同的人群在不同的天气对不同的温度的要求，具有防水及防滑功能，方便乘客在汽车中进行一些喝水饮食或适当的移动等活动，且美观大方起到装饰赏心悦目的作用。

本发明设计开发的用于汽车的太阳能保暖地毯的控制方法，通过调节蓄电池的输出功率和输出电压控制加热电阻丝的加热温度，合理利用电能的基础上，充分提高了太阳能保暖地毯的智能性。

附图说明

图1为本发明所述装置的地毯结构示意图。

图2为本发明所述装置的整体结构示意图。

图3为本发明所述动力加热端的结构示意图。

具体实施方式

下面结合对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1、图2所示，本发明提供一种用于汽车的太阳能保暖地毯，包括：地毯110、太阳能电池组130、温度控制开关120、加热电阻丝170、检测装置150和中央控制器140，其中，在本实施例中，所述地毯110为三层地毯，分别为依次铺设的橡胶层、防水层和保暖层，所述防水层的内部具有容纳腔；所述橡胶层的外侧具有均匀分布的凸起，用于增加地毯的附着度，防滑；所述保暖层的材质为棉麻纺织物，曾加人的舒适度；所述太阳能电池组130包括：太阳能电池板131和蓄电池132，太阳能电池板131设置在所述车辆内部；蓄电池132设置在所述容纳腔中，且所述蓄电池132与所述太阳能电池板131和温度控制开关120相连接，用于储存转换得来的电能；在本实施例中，所述温度控制开关120为继电器；温度控制开关120的另一端与所述加热电阻丝170相连接，用于控制加热电阻丝170和蓄电池132之间的电路的通断；加热电阻丝170设置在所述容纳腔内，检测装置150与所述地毯110和加热电阻丝170相连接；中央控制器140与所述蓄电池132、温度控制开关120和检测装置150相连接。

所述检测装置150包括：第一温度传感器、第二温度传感器、第一湿度传感器、第二湿度传感器、座椅压力传感器和重量传感器(图中未示出)，第一温度传感器，其与所述加热电阻丝170和中央控制器140相连接，用于检测加热电阻丝170的温度，并将加热电阻丝170的温度信号传输到中央控制器140；第二温度传感器，其设置在所述保暖层内，用于检测保暖层的温度，且所述第二温度传感器与所述中央控制器140相连接，将所述保暖层的温度信号传输到中央控制器140；第一湿度传感器，其设置在所述保暖层内，用于检测保暖层的湿度，且所述第一湿度传感器与所述中央控制器140相连接，将所述保暖层的湿度信号传输到中央控制器140；第二湿度传感器，其设置在所述汽车的内部，用于检测车辆内部的湿度，且所述第二湿度传感器与所述中央控制器140相连接，将所述车辆内部的湿度信号传输到中央控制器140；座椅压力传感器，其设置在所述汽车的座椅内部，用于检测座椅的压力，且所述座椅压力传感器与所述中央控制器140相连接，将所述座椅压力信号传输到中央控制器140；重量传感器，其设置在所述汽车的底盘上，用于检测车辆的重量，且所述重量传感器与所述中央控制器140相连接，将车辆的重量信号传输到中央控制器140。

本发明所述的用于汽车的太阳能保暖地毯，通过太阳能转换的电能来进行供电，节能环保，也有助于汽车的爬坡及加速性能；使用可加热的地毯，不仅起到装饰美观，防滑防水提高安全系数的作用，在冬天时也可避免身暖脚冷的问题，提高舒适性；利用可控制温度开关，满足更多人在不同的季节对不同温度的需求，增加舒适性。

如图3所示，本发明还提供一种用于汽车的太阳能保暖地毯的控制方法，采用上述的用于汽车的太阳能保暖地毯，包括如下步骤：

步骤一、太阳能电池板131将太阳能转换成电能，储存到蓄电池132当中，温度控制开关120开启，蓄电池132给中央处理器140供电，中央处理器140接收多种信号；

步骤二、设定加热电阻丝170的加热温度，调节蓄电池132的输出功率和输出电压；

步骤三、加热温度到达设定范围时，使加热电阻丝170的温度保持在恒温范围；

其中，设定范围满足：[T+2.8，T-2.8]；

恒温范围满足：[T+4.5，T-4.5]；

式中，T为加热温度。

在另一实施例中，在所述步骤二中，通过BP神经网络控制蓄电池的输出功率和输出电压，包括如下步骤：

步骤1、建立神经网络。

本发明采用的BP网络体系结构由三层组成，第一层为输入层，共n个节点，对应了表示设备工作状态的n个检测信号，这些信号参数由检测装置给出。第二层为隐层，共m个节点，由网络的训练过程以自适应的方式确定。第三层为输出层，共p个节点，由系统实际需要输出的响应确定。

该网络的数学模型为：

输入层向量：x＝(x₁,x₂,…,x_n)^T

中间层向量：y＝(y₁,y₂,…,y_m)^T

输出层向量：z＝(z₁,z₂,…,z_p)^T

本发明中，输入层节点数为n＝5，输出层节点数为p＝2，隐藏层节点数m由下式估算得出：

按照采集周期，获取加热电阻丝的温度T_res、保暖层的温度T_lay、车辆内部的湿度RH_ins、保暖层的湿度RH_lay和温度调节浮动指数I_floa；

其中，所述温度调节浮动指数满足：

式中，I_floa为温度调节浮动指数，K为校正系数，T_res为加热电阻丝的温度，T_lay为保暖层的温度，m为车辆的质量，g为重力加速度，F_seat为座椅压力，RH_ins为车辆内部的湿度，RH_lay为保暖层的湿度。

由于传感器获取的数据属于不同的物理量，其量纲各不相同。因此，在数据输入人工神经网络之前，需要将数据归一化为0-1之间的数值。

确定三层BP神经网络的输入层向量x＝{x₁,x₂,x₃,x₄,x₅,x₆}；其中，x₁为加热电阻丝的温度系数，x₂为保暖层的温度系数，x₃为车辆内部的湿度系数，x₄为保暖层的湿度，x₅为温度调节浮动指数系数；

具体的，归一化的公式为：

其中，x_j为输入层向量中的参数，X_j分别为测量参数：T_res、T_lay、RH_ins、RH_lay以及I_floa，j＝1,2,3,4,5；X_jmax和X_jmin分别为相应测量参数中的最大值和最小值。

得到输出层向量o＝{o₁,o₂}；o₁为蓄电池的输出功率系数、o₂为蓄电池的输出电压系数；

步骤二、进行BP神经网络训练。

建立好BP神经网络节点模型后，即可进行BP神经网络的训练。根据产品的历史经验数据获取训练的样本，并给定输入节点i和隐含层节点j之间的连接权值，隐层节点j和输出层节点k之间的连接权值。

步骤三、训练方法。

各子网采用单独训练的方法；训练时，首先要提供一组训练样本，其中的每一个样本由输入样本和理想输出对组成，当网络的所有实际输出与其理想输出一致时，表明训练结束；否则，通过修正权值，使网络的理想输出与实际输出一致；各子网训练时的输入样本如表1所示：

表1

在系统设计时，系统模型是一个仅经过初始化了的网络，权值需要根据在使用过程中获得的数据样本进行学习调整，为此设计了系统的自学习功能。在指定了学习样本及数量的情况下，系统可以进行自学习，以不断完善网络性能，各子网训练后的输出样本如表2所示：

表2

将得到的输出层向量输入到模糊控制器中，获得表示调节类别的向量群，具体如下：

将蓄电池的输出功率系数o₁与初始的蓄电池的输出功率系数

比较得到蓄电池的输出功率系数偏差e₁，将蓄电池的输出电压系数o₂与初始的蓄电池的输出电压系数

比较得到蓄电池的输出电压系数偏差e₂；

将蓄电池的输出功率系数偏差e₁经过微分计算得到蓄电池的输出功率系数偏差变化率ec₁，将蓄电池的输出电压系数偏差e₂经过微分计算得到蓄电池的输出电压系数偏差变化率ec₂；

将蓄电池的输出功率系数偏差变化率ec₁、蓄电池的输出电压系数偏差变化率ec₂经过放大器放大后输入到模糊控制器中，输出运行等级U＝{U₀,U₁,U₂,U₃}。其中，U₀为运行信号，U₁为一级负荷运行信号，U₂为二级负荷运行信号，U₃为故障信号。

其中，e₁、e₂的实际变化范围分别为[-1,1]，[-1,1]；离散论域均为{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}，U的离散论域为{0，1，2，3}，

则量化因子，则k₁＝6/1，k₂＝6/1，；

定义模糊子集及隶属函数：

把蓄电池的输出功率系数偏差分为7个模糊状态：PB(正大)，PM(正中)，PS(正小)，ZR(零)，NS(负小)，NM(负中)，NB(负大)，结合经验得出蓄电池的输出功率系数偏差e₁的隶属度函数表，如表3所示。

表3

把蓄电池的输出电压系数偏差分为7个模糊状态：PB(正大)，PM(正中)，PS(正小)，ZR(零)，NS(负小)，NM(负中)，NB(负大)，结合经验得出蓄电池的输出电压系数偏差e₂的隶属度函数表，如表4所示。

表4

e<sub>2</sub>	-6	-5	-4	-3	-2	-1	0	+1	+2	+3	+4	+5	+6
														PB	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0.6	0.7	1.0
PM	0	0	0	0	0	0	0	0	0.3	0.8	1.0	0.7	0.1
														PS	0	0	0	0	0	0	0	0.2	1.0	0.7	0.6	0	0
ZR	0	0	0	0	0.2	0.6	1.0	0	0	0	0	0	0
														NB	0	0	0.3	0.6	1.0	0.8	0.4	0	0	0	0	0	0
NM	0.2	0.4	1.0	0.6	0.2	0	0	0	0	0	0	0	0
														NS	1.0	0.6	0.4	0.3	0	0	0	0.2	0	0	0	0	0

模糊推理过程必须执行复杂的矩阵运算，计算量非常大，在线实施推理很难满足控制系统实时性的要求，本发明采用查表法进行模糊推理运算，模糊推理决策采用三输入单输出的方式通过经验可以总结出模糊控制器的初步控制规则，模糊控制器根据得出的模糊值对输出信号进行解模糊化，得到故障等级I，求模糊控制查询表，由于论域是离散的，模糊控制规则及可以表示为一个模糊矩阵，采用单点模糊化，得出U的控制规则见表5。

表5

本发明设计开发的一种用于汽车的太阳能保暖地毯的控制方法，采用神经网络算法得到不同的运行信号，通过调节蓄电池的输出功率和输出电压控制加热电阻丝的加热温度，根据不同的运行信号调整蓄电池的输出功率和输出电压，合理利用电能的基础上，充分提高了太阳能保暖地毯的智能性。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (10)

1.一种用于汽车的太阳能保暖地毯，其特征在于，包括：

地毯；以及

太阳能电池组，其设置在所述地毯外侧；

温度控制开关，其一端与所述太阳能电池组相连接；

加热电阻丝，其设置在所述地毯中，且所述加热电阻丝与所述温度控制开关的另一端相连接；

检测装置，其与所述地毯、加热电阻丝相连接；

中央控制器，其与所述温度控制开关和检测装置相连接。

2.如权利要求1所述的用于汽车的太阳能保暖地毯，其特征在于，所述地毯包括：

保暖层；

防水层，其一侧固定连接在所述保暖层的一侧，且所述防水层的内部具有容纳腔；

其中，所述加热电阻丝设置在所述容纳腔中；

橡胶层，其固定在所述防水层的另一侧。

3.如权利要求2所述的用于汽车的太阳能保暖地毯，其特征在于，所述太阳能电池组包括：

太阳能电池板，其设置在车辆中；

蓄电池，其设置在所述容纳腔中，且所述蓄电池与所述太阳能电池板和温度控制开关相连接。

4.如权利要求3所述的用于汽车的太阳能保暖地毯，其特征在于，所述橡胶层上具有均匀分布的凸起。

5.如权利要求2所述的用于汽车的太阳能保暖地毯，其特征在于，所述检测装置包括：

第一温度传感器，其与所述加热电阻丝和中央控制器相连接；

第二温度传感器，其设置在所述保暖层内，且所述第二温度传感器与所述中央控制器相连接；

第一湿度传感器，其设置在所述保暖层内，且所述第一湿度传感器与所述中央控制器相连接；

第二湿度传感器，其设置在所述汽车的内部，且所述第二湿度传感器与所述中央控制器相连接；

座椅压力传感器，其设置在所述汽车的座椅内部，且所述座椅压力传感器与所述中央控制器相连接；

重量传感器，其设置在所述汽车的底盘上，且所述重量传感器与所述中央控制器相连接。

6.如权利要求1所述的用于汽车的太阳能保暖地毯，其特征在于，所述温度控制开关为继电器。

7.一种用于汽车的太阳能保暖地毯的控制方法，其特征在于，使用如权利要求1-6的用于汽车的太阳能保暖地毯，包括如下步骤：

步骤一、温度控制开关开启，所述中央控制器接收保暖层的温度信号；

步骤二、设定加热电阻丝的加热温度，调节蓄电池的输出功率和输出电压；

步骤三、所述加热温度到达设定范围时，使加热电阻丝的温度保持在恒温范围；

其中，所述设定范围满足：[T+2.8，T-2.8]；

所述恒温范围满足：[T+4.5，T-4.5]；

式中，T为加热温度。

8.如权利要求7所述的用于汽车的太阳能保暖地毯的控制方法，其特征在于，所述步骤二通过BP神经网络控制蓄电池的输出功率和输出电压，包括如下步骤：

步骤1、按照采集周期，获取加热电阻丝的温度T_res、保暖层的温度T_lay、车辆内部的湿度RH_ins、保暖层的湿度RH_lay和温度调节浮动指数I_floa；

步骤2、依次将获取的参数进行规格化，确定三层BP神经网络的输入层向量x＝{x₁,x₂,x₃,x₄,x₅,x₆}；其中，x₁为加热电阻丝的温度系数，x₂为保暖层的温度系数，x₃为车辆内部的湿度系数，x₄为保暖层的湿度，x₅为温度调节浮动指数系数；

步骤3、所述输入层向量映射到中间层，所述中间层向量y＝{y₁,y₂,…,y_m}；m为中间层节点个数；

步骤4、得到输出层向量o＝{o₁,o₂}；o₁为蓄电池的输出功率系数、o₂为蓄电池的输出电压系数；

步骤5、将输出层向量得到的结果输入到模糊控制器中，获得表示调节类别的输出向量群，将其作为调节答案输出。

9.如权利要求7所述的用于汽车的太阳能保暖地毯的控制方法，其特征在于，所述温度调节浮动指数满足：

式中，I_floa为温度调节浮动指数，K为校正系数，T_res为加热电阻丝的温度，T_lay为保暖层的温度，m为车辆的质量，g为重力加速度，F_seat为座椅压力，RH_ins为车辆内部的湿度，RH_lay为保暖层的湿度。

10.如权利要求8所述的用于汽车的太阳能保暖地毯的控制方法，其特征在于，所述步骤5包括：

将蓄电池的输出功率系数与初始的蓄电池的输出功率系数比较得到蓄电池的输出功率系数偏差，将蓄电池的输出电压系数与初始的蓄电池的输出电压系数比较得到蓄电池的输出电压系数偏差；

将所述蓄电池的输出功率系数偏差经过微分计算得到蓄电池的输出功率系数偏差变化率，将所述蓄电池的输出电压系数偏差经过微分计算得到蓄电池的输出电压系数偏差变化率；

将所述蓄电池的输出功率系数偏差变化率、所述蓄电池的输出电压系数偏差变化率输入到模糊控制器中，输出调节等级。

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