基于改进的智能模型预测控制的电动汽车空调系统智能控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于改进的智能模型预测控制的电动汽车空调系统智能控制方法，属于整车热管理技术领域，包括步骤：S1：建立汽车空调系统‑乘员舱耦合热模型；S2：基于汽车空调系统‑乘员舱耦合模型建立与之匹配的模型预测控制器；S3：基于神经网络建立车速预测器，通过利用历史车速来对未来车速进行预测；S4：基于PMV理论以及适应算法建立针对不同个体热习惯的适应器，并由此得出目标舒适温度T

【技术实现步骤摘要】
基于改进的智能模型预测控制的电动汽车空调系统智能控制方法
本专利技术属于整车热管理
，涉及一种基于改进的智能模型预测控制的电动汽车空调系统智能控制方法。
技术介绍
随着世界能源危机和环境污染问题的日益严峻，人们对汽车的节能减排性能提出了更高的要求。如今汽车工业向着电动化与智能化的方向发展，这些新技术的发展有利于推进汽车节能减排，然而电动汽车与智能车的发展也面临过许多亟待解决的问题。我们知道，汽车暖通空调系统(HAVC)能耗占汽车总能耗相当大一部分，对于电动汽车而言，空调系统的能耗对其续航历程有重大影响，有关研究表明，电动汽车空调系统的能耗会使电动汽车的续航历程平均下降30％-40％。为了提升汽车在行驶过程中的经济性，需要在各方面提升空调效率性能。在智能性方面，由于汽车智能化发展需求，汽车空调需要做到比传统空调更加智能来提升驾驶热舒适性。因此，如何减少电动汽车空调系统的能耗并且提高乘客的舒适性，是如今电动汽车热管理系统研究的重点之一。另外，汽车智能空调系统的发展对与无人驾驶汽车的研发工作的推进起到重要的辅助作用。而智能现进的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于改进的智能模型预测控制的电动汽车空调系统智能控制方法，其特征在于：包括以下步骤：/nS1：建立汽车空调系统-乘员舱耦合热模型；/nS2：基于汽车空调系统-乘员舱耦合模型建立与之匹配的模型预测控制器；/nS3：基于神经网络建立车速预测器，通过利用历史车速来对未来车速进行预测；/nS4：基于PMV理论以及适应算法建立针对不同个体热习惯的适应器，并由此得出目标舒适温度T

【技术特征摘要】
1.一种基于改进的智能模型预测控制的电动汽车空调系统智能控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：建立汽车空调系统-乘员舱耦合热模型；
S2：基于汽车空调系统-乘员舱耦合模型建立与之匹配的模型预测控制器；
S3：基于神经网络建立车速预测器，通过利用历史车速来对未来车速进行预测；
S4：基于PMV理论以及适应算法建立针对不同个体热习惯的适应器，并由此得出目标舒适温度Tcomfort；
S5：结合车速预测与热舒适适应，建立完整的针对于汽车空调系统的智能控制器。


2.根据权利要求1所述的基于改进的智能模型预测控制的电动汽车空调系统智能控制方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括以下步骤：
S11：建立一维汽车空调系统动态热数学模型，所述汽车空调系统包括压缩机，冷凝器，蒸发器和膨胀阀，其中蒸发器与冷凝器的动态模型基于移动边界法建立；
S12：建立简化的一维乘员舱系统动态热模型；
S13：分别将空调系统中蒸发器空气侧进出口端与乘员舱的空气出口和进口端进行耦合，形成空气循环。


3.根据权利要求2所述的基于改进的智能模型预测控制的电动汽车空调系统智能控制方法，其特征在于：步骤S11中所述一维汽车空调系统动态热数学模型包括：
1)建立压缩机内制冷剂一维动态模型，表示如下：






其中，为压缩机的质量流率，ηv为容积效率，ρr为制冷剂密度，Ncomp为压缩机转速，Vd为压缩机排量，hc，o为压缩机出口焓值，hc，i为压缩机进口焓值，his，o为压缩机等熵出口焓值，ηis为等熵效率；
2)对于膨胀阀，其动态过程中，通过膨胀阀制冷剂质量流量与其膨胀阀压降ΔP的关系由下式表示：



其中，Cq为膨胀阀的流量系数，ρv为通过膨胀阀的制冷剂密度，Av为膨胀阀的最小流通面积；
3)根据移动边界法，蒸发器中的气体和液体制冷剂满足质量守恒定律，故对于蒸发器的两相区的长度le的变化由下式得到：



蒸发器中压力Pe随时间的变化表示为：



再根据能量守恒，蒸发器壁面温度的变化表示为：



其中，ρle是蒸发器中液体制冷剂的密度，hlge为蒸发器中制冷剂的气化潜热，Ae为蒸发器的扁管微通道总的截面积，为蒸发器两相区的平均空隙率，hge、hle和hie分别表示在当前压力下蒸发器中气体、液体以及进口的制冷剂的焓值，aie是两相区中蒸发器内壁与制冷剂间的换热系数，Die是蒸发器扁管内部的直径，Twe为蒸发器壁面温度，Tre是蒸发器当前压力下制冷剂的饱和温度，Le是蒸发器扁管的总长度，(Cpm)we表示蒸发器材料的比热和蒸发器的质量，ao是空气与蒸发器壁面间的换热系数，Aoe为蒸发器的迎风面积，Tae是当前蒸发器周围空气的温度；
4)对于冷凝器，其换热原理与蒸发器相似，故有：









如果空调系统制冷剂没有泄露，则系统中总的制冷剂的质量不变，则蒸发器和冷凝器中制冷剂总的质量视为常数，故有：



其中，ρlc是冷凝器中液体制冷剂的密度，hlgc为冷凝器中制冷剂的气化潜热，Ac为冷凝器的扁管微通道总的截面积，为冷凝器两相区的平均空隙率，hgc，hlc和hic分别表示在当前压力下冷凝器中气体、液体以及进口制冷剂的焓值，aic是两相区中冷凝器内壁与制冷剂间的换热系数，Dic冷凝器扁管内部的直径，Twc为冷凝器壁面温度，Trc是冷凝器当前压力下制冷剂的饱和温度，Lc是冷凝器扁管的总长度，(Cpm)wc表示冷凝器材料的比热和冷凝器的质量，aoc是空气与冷凝器壁面间的换热系数，Aoc为冷凝器的迎风面积，Tac是当前冷凝器周围空气的温度，即环境温度，∑表示常数；
冷凝器空气侧换热系数aoc主要由外部风速影响，在汽车行驶中，冷凝器外部风速主要由车速影响，故aoc与车速的关系由实验拟合出，表示为：
aoc＝fp2(Vcar)
车速Vcar由驾驶员决定，而非空调系统控制器调节，在空调系统控制中，车速看作为扰动输入。


4.根据权利要求2所述的基于改进的智能模型预测控制的电动汽车空调系统智能控制方法，其特征在于：步骤S12中所述一维乘员舱系统热模型包括：
汽车乘员舱的总热负荷表示为：



在行车期间，车舱与外界对流换热量主要受车速Vcar和环境温度Tac影响，并且这两个变量是不受控制器控制的输入扰动，在换热模型中，由下式计算：



其中Ts乘员舱外围的结构的温度，基于能量守恒,外围结构的温度的动态变化由下式表达：



由能量守恒可知，乘员舱的空气温度动态变化表示为：



其中，为车身表面结构的换热，为太阳辐射热负荷，为通风引起的热负荷，为人体热负荷，为机械和仪表热负荷；Tcab为汽车车舱的温度，为单位时间空调系统传入客舱的制冷量，Ma为汽车车舱体积范围内的空气质量，cpa为空气比热，ho是外部车舱外围结构外侧与...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢翌，刘钊铭，李夔宁，张扬军，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50