一种基于模糊控制的车载空调的智能控制系统及方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于模糊控制的车载空调的智能控制系统及方法，涉及车载空调控制领域。所述系统包括：温度检测装置，用于检测汽车乘员舱内的温度；数据处理装置，用于根据温度，得出乘员舱内的温度差及温度差的变化率；模糊控制器，用于对温度差和变化率进行模糊化，根据控制规则表进行模糊推理，得到模糊控制量，将模糊控制量清晰化后，得到精确控制量，根据精确控制量输出精确控制量信号；车载空调，用于根据精确控制量信号改变乘员舱内温度。这种设计能够在快速改变乘员舱内的温度并保持乘员舱内温度处于驾乘人的舒适温度的同时、兼顾乘员舱内的氧气含量及空气流通状况，增加了驾乘人的舒适感，降低了一氧化碳中毒的风险。
【专利说明】一种基于模糊控制的车载空调的智能控制系统及方法【技术领域】
[0001]本发明涉及车载空调控制领域，尤其是一种基于模糊控制的车载空调的智能控制系统及方法。
【背景技术】[0002]随着人们生活水平快速提高，车载空调已经成为汽车类产品中的必备装置。手动空调系统无法根据乘员舱内外空气温度、太阳辐射强度、车速、发动机热负荷以及驾乘人散热等因素的变换及时地对乘员舱内的空气进行调控，控制效果也不太理想，并且手动控制需要驾驶员人工操作，这就增加了驾驶员的工作量。
[0003]另外，驾驶员很难实现根据乘员舱内温度的具体情况对空调进行最适当的调控，如在空气温度低时使用高风速的工作模式，但是在温度升高后没有及时进行工作模式的调整，造成了能源的浪费；又如长时间使用内循环模式，造成乘员舱内空气含氧量降低，使得驾乘人舒适感降低，在某些特殊情况下还可能造成一氧化碳中毒。
【发明内容】
[0004]本发明的一个目的是要提供一种能够在快速改变乘员舱内的温度并保持乘员舱内温度处于驾乘人的舒适温度的同时、兼顾乘员舱内的氧气含量及空气流通状况的智能控制系统及方法，以增加驾乘人的舒适感，降低一氧化碳中毒的风险。
[0005]特别地，本发明提供了一种基于模糊控制的车载空调的智能控制系统，包括:
[0006]温度检测装置，用于:检测汽车乘员舱内的温度；
[0007]数据处理装置，用于:根据所述温度，得出乘员舱内的温度差及所述温度差的变化率，所述温度差等于乘员舱内预设温度值减去乘员舱内实测温度值；
[0008]模糊控制器，存储有以所述温度差为第一输入变量、所述温度差的变化率为第二输入变量、以车载空调的输出参数为控制量的模糊控制过程的控制规则表，用于:对所述温度差和所述变化率进行模糊化，根据所述控制规则表进行模糊推理，得到模糊控制量，将所述模糊控制量清晰化后，得到精确控制量，根据所述精确控制量输出精确控制量信号，其中，所述控制量包括用于控制空调处于内循环模式或外循环模式的循环模式选择控制量，所述控制规则表根据乘员舱空间尺寸、车载空调功率曲线和人体对温度的感受度曲线得出；
[0009]车载空调，用于:根据所述精确控制量信号改变乘员舱内温度。
[0010]进一步地，所述控制系统还包括:
[0011]手动选择装置，用于:选择开启或关闭所述控制系统。
[0012]进一步地，所述控制量还包括:用于控制风门执行器、风机调速模块、压缩机离合器开关、暖水阀的执行器控制量。
[0013]进一步地，所述模糊控制器包括:
[0014]模糊模块，用于:将所述温度差和所述变化率进行模糊化；[0015]存储模块，用于:存储所述控制规则表；
[0016]推理模块，用于:根据所述控制规则表和模糊化后的所述温度差和所述变化率得到模糊控制量；
[0017]解模糊模块，用于:根据MIN-MAX重心法对所述模糊控制量进行运算，得到精确控制量；
[0018]精确输出模块，输出所述精确控制量到车载空调，所述车载空调根据所述精确控制量改变乘员舱内温度。
[0019]本发明还提供了一种基于模糊控制的车载空调的智能控制方法，包括:
[0020]步骤一，在模糊控制器中建立以汽车乘员舱内的温度差和所述温度差的变化率为第一、第二输入变量，以车载空调的输出参数为控制量的模糊控制过程的控制规则表，并建立用于将精确量模糊化的输入变量模糊集，其中，所述温度差等于乘员舱内预设温度值减去乘员舱内实测温度值，所述控制量包括用于控制空调处于内循环模式或外循环模式的循环模式选择控制量，所述控制规则表根据乘员舱空间尺寸、车载空调功率曲线和人体对温度的感受度曲线得出；
[0021]步骤二，检测汽车乘员舱内的温度，计算所述温度差及所述温度差的变化率；
[0022]步骤三，根据所述输入变量模糊集、所述控制规则表得出与同一时间点的所述温度差和所述变化率对应的模糊控制量，并将所述模糊控制量转化为精确控制量；
[0023]步骤四，根据所述精确控制量信号改变乘员舱内温度。
[0024]进一步地，所述控制量还包括:用于控制风门执行器、风机调速模块、压缩机离合器开关、暖水阀的执行器控制量。
[0025]进一步地，在步骤二前，还包括:
[0026]选择步骤，选择是否使用所述控制方法。
[0027]进一步地，所述步骤一包括:
[0028]将所述第一输入变量、第二输入变量均划分7档语言值数集并离散化、模糊化到各自的语言值数集中；
[0029]将所述执行器控制量划分为7档语言值数集并离散化、模糊化到所述执行器控制量的语言值数集中，将所述循环模式选择控制量划分为2档语言值数集并离散化、模糊化到所述循环模式选择控制量的语言值数集中。
[0030]进一步地，所述步骤三采用MIN-MAX重心法。
[0031]进一步地，所述循环模式选择控制参数划分的两档语言值数集为:{0，1}，其中O表示使车载空调处于外循环模式，I表示使车载空调处于内循环模式。
[0032]本发明的控制系统通过对温差和变化率的一系列模糊运算，求得对车载空调的控制量从而控制空调调节温度，所述控制量包括用于对内循环、外循环模式进行选择的循环模式选择控制量。这种设计使得车载空调对乘员舱的温度迅速改变(加热或降温)到预期温度且能够稳定保持在预期温度的同时，保持乘员舱内氧气含量适量，增加了驾乘人的舒适度，也避免了在内循环模式下，由于乘员舱内空气流通少，发动机或者排气管有漏气并通过车身缝隙进入乘员舱内，造成一氧化碳中毒的风险。
[0033]进一步地，本发明的手动选择装置，能够使得驾乘人自由选择是否开启本发明所述的控制系统，使得驾乘人在不需要使用本发明的系统时可以选择关闭所述系统，这样增大了驾乘人的选择余地，又节省了能源。
[0034]根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中:
[0036]图1是根据本发明一个实施例的基于模糊控制的车载空调的智能控制系统的结构示意图；
[0037]图2是根据本发明一个实施例的基于模糊控制的车载空调的智能控制方法的流程图；
[0038]图3是根据本发明一个实施例的基于模糊控制的车载空调的智能控制系统及方法的原理示意图。
[0039]附图中使用的标记如下:
[0040]温度检测装置101 数据处理装置102
[0041]模糊控制器 103 车载空调104
【具体实施方式】
[0042]图1是根据本发明一个实施例的基于模糊控制的车载空调104的智能控制系统的结构示意图。如图1所示，本发明提供的基于模糊控制的车载空调104的智能控制系统一般性地可包括:
[0043]温度检测装置101，用于:检测汽车乘员舱内的温度；数据处理装置102，用于:根据所述温度，得出乘员舱内的温度差及所述温度差的变化率，所述温度差等于乘员舱内预设温度值减去乘员舱内实测温度值；模糊控制器103，存储有以所述温度差为第一输入变量、所述温度差的变化率为第二输入变量、以车载空调104的输出参数为控制量的模糊控制过程的控制规则表，用于:对所述温度差和所述变化率进行模糊化，根据所述控制规则表进行模糊推理，得到模糊控制量，将所述模糊控制量清晰化后，得到精确控制量，根据所述精确控制量输出精确控制量信号，其中，所述控制量包括用于控制空调处于内循环模式或外循环模式的循环模式选择控制量，所述控制规则表根据乘员舱空间尺寸、车载空调104功率曲线和人体对温度的感受度曲线得出；车载空调104，用于:根据所述精确控制量信号改变乘员舱内温度。
[0044]这种设计使得车载空调104对乘员舱的温度改变(加热或降温)得到精确控制，使得乘员舱内的温度在较低时迅速升高到期望温度，在较高时迅速降低到期望温度，并稳定地保持在这个温度，保证了本发明所述车载空调104的智能控制系统及方法的实时性；另外，由于上述模糊控制的控制量还包括用于对内循环、外循环模式进行选择的循环模式选择控制量，因此能够在保持乘员舱内温度稳定在期望温度的同时，保持乘员舱内氧气含量适量，增加了驾乘人的舒适度，也避免了在内循环模式下，由于乘员舱内空气流通少，发动机或者排气管有漏气并通过车身缝隙进入乘员舱内，造成一氧化碳中毒的风险。[0045]在本发明的一个实施例中，所述的控制系统还可包括手动选择装置，所述手动选择装置用于选择开启或关闭所述控制系统。这种设计能够使得驾乘人自由选择是否开启本发明所述的控制系统，使得驾乘人在不需要使用本发明的系统时可以选择关闭所述系统，这样增大了驾乘人的选择余地，又节省了能源
[0046]在本发明的一个实施例中，所述控制量还可包括:用于控制风门执行器、风机调速模块、压缩机离合器开关、暖水阀的执行器控制量。
[0047]在本发明的另一个实施例中，所述模糊控制器103可以包括:模糊模块，用于:将所述温度差和所述变化率进行模糊化；存储模块，用于:存储所述控制规则表；推理模块，用于:根据所述控制规则表和模糊化后的所述温度差和所述变化率得到模糊控制量；解模糊模块，用于:根据MIN-MAX重心法对所述模糊控制量进行运算，得到精确控制量；精确输出模块，输出所述精确控制量到车载空调104，所述车载空调104根据所述精确控制量改变乘贝舱内温度。
[0048]图2是根据本发明一个实施例的基于模糊控制的车载空调104的智能控制方法的流程图。如图2所示，本发明提供的基于模糊控制的车载空调104的智能控制方法一般性地可包括:
[0049]步骤201，在模糊控制器103中建立以汽车乘员舱内的温度差和所述温度差的变化率为第一、第二输入变量，以车载空调104的输出参数为控制量的模糊控制过程的控制规则表，并建立用于将精确量模糊化的输入变量模糊集，其中，所述温度差等于乘员舱内预设温度值减去乘员舱内实测温度值，所述控制量包括用于控制空调处于内循环模式或外循环模式的循环模式选择控制量，所述控制规则表根据乘员舱空间尺寸、车载空调104功率曲线和人体对温度的感受度曲线得出；步骤202，检测汽车乘员舱内的温度，计算所述温度差及所述温度差的变化率；步骤203，根据所述输入变量模糊集、所述控制规则表得出与同一时间点的所述温度差和所述变化率对应的模糊控制量，并将所述模糊控制量转化为精确控制量；步骤204，根据所述精确控制量信号改变乘员舱内温度。
[0050]这种设计使得在车载空调104的智能控制系统的自动控制过程中，模糊控制器103仅需查询已存储的模糊控制规则表即可，因此该控制方法不仅实现了车载空调104的智能控制系统的精确控制，同时，保证了车载空调104的智能控制系统的实时性。另外，利用模糊控制的原理控制车载空调104的智能控制系统，使得系统有较强的鲁棒性。另外，由于上述模糊控制的控制量还包括用于对内循环、外循环模式进行选择的循环模式选择控制量，因此能够在保持乘员舱内温度稳定在期望温度的同时，保持乘员舱内氧气含量适量，增加了驾乘人的舒适度，也避免了在内循环模式下，由于乘员舱内空气流通少，发动机或者排气管有漏气并通过车身缝隙进入乘员舱内，造成一氧化碳中毒的风险。
[0051]在本发明的一个实施例中，所述控制量还可包括:用于控制风门执行器、风机调速模块、压缩机离合器开关、暖水阀的执行器控制量。
[0052]在本发明的另一个实施例中，在步骤二前，还可包括:选择步骤，选择是否使用所述控制方法。
[0053]在本发明的一个实施例中，所述步骤一可以包括:将所述第一输入变量、第二输入变量均划分7档语言值数集并离散化、模糊化到各自的语言值数集中；将所述执行器控制量划分为7档语言值数集并离散化、模糊化到所述执行器控制量的语言值数集中，将所述循环模式选择控制量划分为2档语言值数集并离散化、模糊化到所述循环模式选择控制量的语言值数集中。
[0054]在本发明的一个实施例中，所述步骤三可以采用MIN-MAX重心法。所述MIN-MAX法为现有技术，是自动化控制中把模糊控制量转化成数字控制量的一种转化方式，在本专利中不做详述。
[0055]在本发明的一个实施例中，所述循环模式选择控制参数划分的两档语言值数集可以为:{0，1}，其中O表示使车载空调104处于外循环模式，I表示使车载空调104处于内循环模式。
[0056]图3是根据本发明一个实施例的基于模糊控制的车载空调104的智能控制系统及方法的原理示意图。在图3所述的实施例中，模糊控制器103以温度差E和温度差的变化率EC为输入量，进行模糊推理，计算出控制量U (X，Y)，其中X为用于控制风门执行器、风机调速模块、压缩机离合器开关、暖水阀的执行器控制量，Y为用于控制空调处于内循环模式或外循环模式的循环模式选择控制量。车载空调控制器根据模糊控制器103输出的控制量U (X，Y)，实现对车载空调的控制。所述温度可以由温度传感器测得。
[0057]该车载空调的智能控制系统采用模糊控制的方式实现，在车载空调控制过程中，模糊控制器103仅需查询已存储的模糊控制规则表即可，因此该控制方法不仅能对车载空调进行精确控制，也保证了车载空调的实时性。具体过程如下所述。
[0058]1、模糊控制器103以温差(乘员舱内预设温度值减去乘员舱内实测温度值)E为第一输入变量，以温差变化率EC为第二输入变量；
[0059]2、将模糊控制器103输入量的语言值数据进行分档:温差E和温差变化率EC均分为7档，用词汇分别表达为:{负大(NB)，负中(NM)，负小(NS)，零(Z0)，正小(PS),正中(PM)，正大(PB) }；
[0060]3、将温差E和温差变化率EC的论域均定为15个等级:{-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，I，2，3，4，5，6，7};温差E和温差变化率EC赋值分别如下表1和表2所示。
[0061]表一
[0062]
【权利要求】
1.一种基于模糊控制的车载空调的智能控制系统，包括: 温度检测装置(101)，用于:检测汽车乘员舱内的温度； 数据处理装置(102)，用于:根据所述温度，得出乘员舱内的温度差及所述温度差的变化率，所述温度差等于乘员舱内预设温度值减去乘员舱内实测温度值； 模糊控制器(103)，存储有以所述温度差为第一输入变量、所述温度差的变化率为第二输入变量、以车载空调的输出参数为控制量的模糊控制过程的控制规则表，用于:对所述温度差和所述变化率进行模糊化，根据所述控制规则表进行模糊推理，得到模糊控制量，将所述模糊控制量清晰化后，得到精确控制量，根据所述精确控制量输出精确控制量信号，其中，所述控制量包括用于控制空调处于内循环模式或外循环模式的循环模式选择控制量，所述控制规则表根据乘员舱空间尺寸、车载空调功率曲线和人体对温度的感受度曲线得出； 车载空调(104)，用于:根据所述精确控制量信号改变乘员舱内温度。
2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，还包括: 手动选择装置，用于:选择开启或关闭所述控制系统。
3.如权利要求2所述的控制系统，其特征在于， 所述控制量还包括:用于控制风门执行器、风机调速模块、压缩机离合器开关、暖水阀的执行器控制量。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的控制系统，其特征在于，所述模糊控制器包括: 模糊模块，用于:将所述温度差和所述变化率进行模糊化； 存储模块，用于:存储所述控制规则表； 推理模块，用于:根据所述控制规则表和模糊化后的所述温度差和所述变化率得到模糊控制量； 解模糊模块，用于:根据MIN-MAX重心法对所述模糊控制量进行运算，得到精确控制量; 精确输出模块，输出所述精确控制量到车载空调，所述车载空调根据所述精确控制量改变乘员舱内温度。
5.一种基于模糊控制的车载空调的智能控制方法，包括: 步骤一，在模糊控制器(103)中建立以汽车乘员舱内的温度差和所述温度差的变化率为第一、第二输入变量，以车载空调(104)的输出参数为控制量的模糊控制过程的控制规则表，并建立用于将精确量模糊化的输入变量模糊集，其中，所述温度差等于乘员舱内预设温度值减去乘员舱内实测温度值，所述控制量包括用于控制空调处于内循环模式或外循环模式的循环模式选择控制量，所述控制规则表根据乘员舱空间尺寸、车载空调功率曲线和人体对温度的感受度曲线得出； 步骤二，检测汽车乘员舱内的温度，计算所述温度差及所述温度差的变化率； 步骤三，根据所述输入变量模糊集、所述控制规则表得出与同一时间点的所述温度差和所述变化率对应的模糊控制量，并将所述模糊控制量转化为精确控制量； 步骤四，根据所述精确控制量信号改变乘员舱内温度。
6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于， 所述控制量还包括:用于控制风门执行器、风机调速模块、压缩机离合器开关、暖水阀的执行器控制量。
7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，在步骤二前，还包括: 选择步骤，选择是否使用所述控制方法。
8.如权利要求6或7所述的控制方法，其特征在于，所述步骤一包括: 将所述第一输入变量、第二输入变量均划分7档语言值数集并离散化、模糊化到各自的语言值数集中； 将所述执行器控制量划分为7档语言值数集并离散化、模糊化到所述执行器控制量的语言值数集中，将所述循环模式选择控制量划分为2档语言值数集并离散化、模糊化到所述循环模式选择控制量的语言值数集中。
9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于， 所述步骤三采用MIN-MAX重心法。
10.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于， 所述循环模式选择控制参数划分的两档语言值数集为:{0，1}，其中O表示使车载空调处于外循环模式，I表示使车载空调处于内循环模式。
【文档编号】B60H1/00GK103542493SQ201310442912
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年9月25日 优先权日:2013年9月25日
【发明者】李莉, 刘强, 杨安志, 冯擎峰 申请人:浙江吉利控股集团有限公司, 浙江吉利汽车研究院有限公司