一种汽车空调热泵系统控制方法技术方案

本公开揭示了一种汽车空调热泵系统控制方法，包括：选择空调热泵系统的工作模式并设定目标温度；获取车厢内所需制冷量或制热量；求解系统的循环效率，获得系统的阀门开度和压缩机转速以及蒸发器出口过热度；读取换热器的出风温度和蒸发器出口过热度并通过模型预测控制器对阀门开度和压缩机转速进行调节；判断阀门开度和压缩机转速调节后的汽车运行状态以及判断汽车外部状态是否改变；判断系统是否切换了工作模式，若切换了工作模式，则需停止压缩机工作，并将膨胀阀开至最大，以及切换换向阀；否则继续执行下一步骤；判断是否需要关闭系统，若是，则将压缩机关闭，以及将膨胀阀开至最大；否则重新选择空调热泵系统的工作模式并设定目标温度。并设定目标温度。并设定目标温度。

【技术实现步骤摘要】
一种汽车空调热泵系统控制方法


[0001]本公开属于系统控制领域，具体涉及一种汽车空调热泵系统控制方法。

技术介绍

[0002]目前，环境问题越来越受到各国的重视，为了减少排放，我国近几年也是在大力推荐新能源车的使用，然而目前新能源车能量补充较传统燃油车较慢，里程数也较短，而空调系统在新能源车耗能中占据一定比重，同时相比于传统燃油车少了燃料产生的余热，这对于新能源车空调制热有了更高的需求，因此对于汽车空调系统的优化控制，使得空调系统能够更加高效节能的运行具有重要价值。然而目前主流的PID系统控制方法并没有关注系统的动态性能，同时不能很好的解决系统的耦合特性，常规的模型预测控制虽然能够很好的解决上述问题，但是其调节区间会比较小。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中的不足，本公开的目的在于提供一种汽车空调热泵系统控制方法，该方法能够根据当前车辆运行状态推断出空调热泵系统的控制参数，而且能够在设定参数后保证系统从调节开始到稳定工作的动态过程中高效节能运行。
[0004]为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：
[0005]一种汽车空调热泵系统控制方法，包括如下步骤：
[0006]S100：选择空调热泵系统的工作模式并设定目标温度；
[0007]S200：获取汽车车厢内所需制冷量或制热量；
[0008]S300：根据所需制冷量或制热量、目标温度以及测量所得的冷凝器空气侧温度求解空调热泵系统的循环效率，以获得空调热泵系统的阀门开度和压缩机转速以及蒸发器出口过热度；<br/>[0009]S400：读取换热器的出风温度和蒸发器出口过热度并通过模型预测控制器对阀门开度和压缩机转速进行调节；
[0010]S500：判断阀门开度和压缩机转速调节后的汽车运行状态以及判断汽车外部状态是否改变，若改变，则返回步骤S200重新获取制冷或制热量；否则继续执行下一步骤；
[0011]S600：判断系统是否切换了工作模式，若切换了工作模式，则需停止压缩机工作，并将膨胀阀开至最大，以及切换换向阀；否则继续执行下一步骤；
[0012]S700：判断是否需要关闭系统，若是，则将压缩机关闭，以及将膨胀阀开至最大；否则返回步骤S100重新选择空调热泵系统的工作模式并设定目标温度。
[0013]优选的，步骤S200中，所述制冷或制热量通过下式获得：
[0014][0015]其中，Q
cool
为所需制冷量，Q
heat
为所需制热量，Q
human
为乘客产生的热量，Q
convection
为
座舱与环境的对流换热量，Q
radiate
为太阳光的辐射热量。
[0016]优选的，步骤S300中，所述最优系统循环效率表示为：
[0017][0018]其中，COP为系统循环效率；h
COMin
为压缩机入口焓；h
GCO
为气体冷却器出口焓；T
GCO
为气体冷却器出口温度；P
H
为系统高压压力；h
COMout
为压缩机出口焓；T
COMout
为压缩机出口温度。
[0019]优选的，压缩机出口温度通过下式计算：
[0020]T
COMout
＝(T
EVA
+T
SHmin
)(P
H
/P
L
)
(n
‑
1)/n
[0021]其中，T
COMout
为压缩机出口温度；T
EVA
为蒸发温度；T
SHmin
为最小过热度；P
H
为循环高压压力；P
L
为循环低压压力；n为过程指数。
[0022]优选的，步骤S300中，根据下式获得膨胀阀开度以及压缩机转速：
[0023]q
mc
＝w
k
V
k
ρ
cin
(1+C
k
‑
D
k
(P
H
/P
L
)
1/n
)
[0024][0025]其中，q
mc
为压缩机质量流量；q
me
为膨胀阀质量流量；ω
k
为压缩机转速；V
k
为压缩机理论容积；ρ
cin
为压缩机吸气密度；P
H
、P
L
分别为系统高压侧压力和低压侧压力；C
k
、D
k
、C
v
为常系数；n为压缩过程指数；a
v
为膨胀阀开度；ρ
ein
为膨胀阀入口密度；下标k为压缩机，下标v为膨胀阀参数；下标H高压侧参数；下标L为低压侧参数。
[0026]优选的，步骤S400中，所述模型预测控制器表示为：
[0027][0028]y＝Cx+Du
[0029]其中，x表示系统的状态空间变量，表示状态变量对时间的导数，u表示控制变量，y表示输出量，A、B、C、D表示系数矩阵。
[0030]优选的，步骤S400中，所述通过模型预测控制器对控制参数进行调节包括以下步骤：
[0031]S401：根据所读取的换热器的出风温度和蒸发器出口过热度获取空调热泵系统的当前运行状态，并更新参考工作点以及状态空间表达式；
[0032]S402：根据空调热泵系统的当前运行状态修正模型预测控制器的预测结果，根据现有状态空间表达式求解最优性能函数得到控制序列；
[0033]S403：判断空调热泵系统是否达到稳定，若稳定，则不执行控制器；否则返回步骤S401重新获取空调热泵系统的当前运行状态。
[0034]优选的，步骤S4023中，所述最优性能函数表示为：
[0035][0036]其中，J表示最优性能函数，Δy
i
表示第i步输出量与参考值之间的偏差量，Δu
i
表
示第i步控制量的变化率，COP
i
表示第i步系统循环效率，Q、R、T分别表示权重系数矩阵，P表示预测时域，M表示控制时域。
[0037]与现有技术相比，本公开带来的有益效果为：
[0038]本公开通过根据汽车运行状态，外部工况获得车厢内所需制冷或制热量，并根据循环效率最优获得最优高压压力以及相应的系统控制参数对系统进行快速、高效的大范围调节。同时，当系统进入较稳定状态时开启模型预测控制器，根据系统所处状态优选系统线性模型作为预测模型并通过求解最优性能函数从而对系统的压缩机转速以及膨胀阀开度实现精确控制，同时保证控制过程中系统的动态响应快，控制器能耗低，以及系统循环效率高，使得系统无论在开机启动，切换工作模式还是在稳态运行时都能以更本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种汽车空调热泵系统控制方法，包括如下步骤：S100：选择空调热泵系统的工作模式并设定目标温度；S200：获取汽车车厢内所需制冷量或制热量；S300：根据所需制冷量或制热量、目标温度以及测量所得的冷凝器空气侧温度求解空调热泵系统的循环效率，以获得空调热泵系统的阀门开度和压缩机转速以及蒸发器出口过热度；S400：读取换热器的出风温度和蒸发器出口过热度并通过模型预测控制器对阀门开度和压缩机转速进行调节；S500：判断阀门开度和压缩机转速调节后的汽车运行状态以及判断汽车外部状态是否改变，若改变，则返回步骤S200重新获取制冷或制热量；否则继续执行下一步骤；S600：判断系统是否切换了工作模式，若切换了工作模式，则需停止压缩机工作，并将膨胀阀开至最大，以及切换换向阀；否则继续执行下一步骤；S700：判断是否需要关闭系统，若是，则将压缩机关闭，以及将膨胀阀开至最大；否则返回步骤S100重新选择空调热泵系统的工作模式并设定目标温度。2.根据权利要求1所述的方法，其中，优选的，步骤S200中，所述制冷或制热量通过下式获得：其中，Q
cool
为所需制冷量，Q
heat
为所需制热量，Q
human
为乘客产生的热量，Q
convection
为座舱与环境的对流换热量，Q
radiate
为太阳光的辐射热量。3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤S300中，根据下式获得膨胀阀开度以及压缩机转速：q
mc
＝ω
k
V
k
ρ
cin
(1+C
k
‑
D
k
(P
H
/P
L
)
1/n
)其中，q
mc
为压缩机质量流量；q
me
为膨胀阀质量流量；ω
k
为压缩机转速；V
k
为压缩机理论容积；ρ
cin
为压缩机吸气密度；P
H
、P
L
分别为系统高压侧压力和低压侧压力；C
k
、D
k
、C
υ
为常系数；n为压缩过程指数；aυ为膨胀阀开度；ρe
in
为膨胀...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴华根，陈斯蔚，吴光华，黄红叶，梁梦桃，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：