一种用于电动汽车的空调制热控制方法及系统与流程

本发明涉及汽车技术领域，特别是涉及一种用于电动汽车的空调制热控制方法及系统。

背景技术：

随着清洁能源的发展，各行各业均向着减少环境污染的方向发展，为了减少交通领域对全球气候和环境的影响，中国乃至全球都在研究发展电动汽车，以期减少燃料燃烧造成的环境污染。

电动汽车的多个系统和燃油汽车存在着很大的区别。其中，在空调系统中，燃油汽车主要通过暖风水箱来作为热源，由于汽车本身必须通过水箱散热，而此热量不能加以利用作为动能，而暖风却可以利用此热能，从而不会损耗油量。与燃油汽车不同的是，电动汽车采用的是PTC元件来代替燃油汽车的暖风水箱，进行空调制热处理，但是PTC能耗较高，而电动汽车又是靠电力进行续航的，因而采用PTC制热控制不当会影响整车的续航里程。

因而，如何实现有效降低整车能耗，以提高电动汽车的整车续航里程，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于电动汽车的空调制热控制方法及系统，可以有效降低整车能耗，以提高电动汽车的整车续航里程。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种用于电动汽车的空调制热控制方法，包括：

获取电动汽车的空调制热系统的目标水温值；

实时采集所述空调制热系统的当前水温值；

计算所述目标水温值和所述当前水温值的温度偏差；

根据所述温度偏差，通过PID控制算法计算出控制PWM值；

控制所述空调制热系统的PTC元件按照所述控制PWM值进行加热功率调节。

优选地，所述根据所述温度偏差，通过PID控制算法计算出控制PWM值，包括：

分别对所述PID控制算法的比例系数、积分系数和微分系数进行定义；

根据所述比例系数、积分系数、微分系数和所述温度偏差，计算所述PID控制算法的各子控制值；

根据所述PID控制算法的各子控制值计算所述PID控制算法的总控制值；

将所述PID控制算法的总控制值转换为所述控制PWM值。

优选地，所述根据所述比例系数、积分系数、微分系数和所述温度偏差，计算所述PID控制算法的各子控制值，包括：

计算所述PID控制算法的比例控制值KP：KP＝kp*x；

计算所述PID控制算法的积分控制值KI：KI＝ki*y；

计算所述PID控制算法的微分控制值KD：KD＝kd*(x-z)；

其中，kp为比例系数，ki为积分系数，kd为微分系数，x为比例偏差，y为积分偏差，z为x的上一次比例偏差，其中比例偏差等于所述温度偏差的值。

优选地，所述根据所述PID控制算法的各子控制值计算所述PID控制算法的总控制值具体为：

CPID＝KP+KI+KD；其中，CPID为所述PID控制算法的总控制值。

优选地，所述将所述PID控制算法的总控制值转换为所述控制PWM值的具体计算公式为：

PWM＝CPID/a；其中，a为转换系数。

优选地，所述分别对所述PID控制算法的比例系数、积分系数和微分系数进行定义，包括：

定义所述PID控制算法的比例系数为10，积分系数为5，微分系数为7。

一种用于电动汽车的空调制热控制系统，包括：

信号接收器，用于获取电动汽车的空调制热系统的目标水温值；

水温采集器，用于实时采集所述空调制热系统的当前水温值；

PID处理器，用于计算所述目标水温值和所述当前水温值的温度偏差，通过PID控制算法计算出控制PWM值，生成对应的加热总功率控制信号；

PTC元件电路，用于根据所述加热总功率控制信号执行加热动作。

优选地，所述PID处理器包括：

PID参数定义模块，用于响应操作者的操作，获取对应的比例系数、积分系数和微分系数；

偏差计算模块，用于计算所述目标水温值和所述当前水温值的温度偏差；

PID子控制值计算模块，用于根据所述比例系数、积分系数、微分系数和所述温度偏差，计算所述PID控制算法的各子控制值；

PID总控制值计算模块，用于根据所述PID控制算法的各子控制值计算所述PID控制算法的总控制值；

PWM值转换模块，用于将所述PID控制算法的总控制值转换为所述控制PWM值，生成对应的加热总功率控制信号。

优选地，所述PID子控制值计算模块包括：

比例控制值计算单元，用于根据公式KP＝kp*x计算所述PID控制算法的比例控制值，其中，KP为所述比例控制值，kp为所述比例系数，x为比例偏差，比例偏差等于所述温度偏差的值；

积分控制值计算单元，用于根据公式KI＝ki*y计算所述PID控制算法的积分控制值，其中，KI为所述积分控制值，ki为所述积分系数，y为积分偏差；

微分控制值计算单元，用于根据公式KD＝kd*(x-z)计算所述PID控制算法的微分控制值，其中，KD为所述微分控制值，kd为所述微分系数，z为x的上一次比例偏差。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本发明实施例所提供的一种用于电动汽车的空调制热控制方法，包括：获取电动汽车的空调制热系统的目标水温值；实时采集空调制热系统的当前水温值；计算目标水温值和当前水温值的温度偏差；根据温度偏差，通过PID控制算法计算出控制PWM值；控制空调制热系统的PTC元件按照控制PWM值进行加热功率调节。根据当前水温值和目标水温值得出温度偏差，以PID控制算法计算出空调制热系统的PTC的加热总功率的百分比，以控制PTC调节到对应的加热功率将PTC出水温度恒定到目标温度，使得在PTC保证将快速将出水温度恒定到目标温度的同时耗费较少的电量，从而降低整车的能耗，以提高电动汽车的续航里程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种具体实施方式所提供的用于电动汽车的空调制热控制方法流程图；

图2为本发明一种具体实施方式所提供的用于电动汽车的空调制热控制系统结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种用于电动汽车的空调制热控制方法及系统，可以有效降低整车能耗，以提高电动汽车的整车续航里程。。

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

请参考图1，图1为本发明一种具体实施方式所提供的用于电动汽车的空调制热控制方法流程图。

本发明的一种具体实施方式提供了一种用于电动汽车的空调制热控制方法，包括：

S11：获取电动汽车的空调制热系统的目标水温值。

S12：实时采集空调制热系统的当前水温值。

S13：计算目标水温值和当前水温值的温度偏差。

S14：根据温度偏差，通过PID控制算法计算出控制PWM值。

S15：控制空调制热系统的PTC元件按照控制PWM值进行加热功率调节。

PTC即热敏电阻，用于电动汽车的空调制热处理，主要解决空调制热热源的问题。本实施方式所提供的空调制热控制方法采用了PID控制算法来作为恒温控制算法，以降低整车能耗。其中，PID控制算法包括比例(P)、积分(I)、微分(D)控制。其中，比例控制反映系统的基本偏差e(t)，系数大则可以加快调节，减少误差，但过大的比例会使系统稳定性下降，甚至造成系统不稳定；积分控制反映系统的累计偏差，使系统消除稳态误差，提高无差度，只要有误差，积分调节就进行，直至无误差；微分控制反映系统偏差的变化率e(t)-e(t-1)，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，产生超前控制作用，在偏差还没有形成前就已被微分调节作用消除，因此可以改善系统的动态性能，但是微分控制对噪声干扰具有放大作用，加强微分对系统的抗干扰不利。其中，积分控制和微分控制不能单独起作用，必须与比例控制配合。在本实施方式中，控制PWM值即控制PWM占空比，即PTC加热功率与加热总功率的百分比。

根据当前水温值和目标水温值得出温度偏差，以PID控制算法计算出空调制热系统的PTC的加热总功率的百分比，以控制PTC调节到对应的加热功率将PTC出水温度恒定到目标温度，使得在PTC保证将快速将出水温度恒定到目标温度的同时耗费较少的电量，从而降低整车的能耗，以提高电动汽车的续航里程。

在上述实施方式的基础上，本发明一种实施方式中，根据温度偏差，通过PID控制算法计算出控制PWM值，包括：

分别对PID控制算法的比例系数、积分系数和微分系数进行定义。在本发明的一种实施方式中，优选定义PID控制算法的比例系数为10，积分系数为5，微分系数为7。

根据比例系数、积分系数、微分系数和温度偏差，计算PID控制算法的各子控制值。即计算PID控制算法的比例控制值KP：KP＝kp*x；计算PID控制算法的积分控制值KI：KI＝ki*y；计算PID控制算法的微分控制值KD：KD＝kd*(x-z)；其中，kp为比例系数，ki为积分系数，kd为微分系数，x为比例偏差，y为积分偏差，z为x的上一次比例偏差，其中比例偏差等于温度偏差的值。

根据PID控制算法的各子控制值计算PID控制算法的总控制值。具体地CPID＝KP+KI+KD；其中，CPID为PID控制算法的总控制值。

将PID控制算法的总控制值转换为控制PWM值。其中，将PID控制算法的总控制值转换为控制PWM值的具体计算公式为：

PWM＝CPID/a；其中，a为转换系数a大于0。

本实施方式还对PID控制算法的原理以程序的方式加以说明：

变量定义

PID参数：

ptc_para.kp＝10； 比例系数

ptc_para.ki＝5；积分系数

ptc_para.kd＝7； 微分系数

控制偏差：

ptc_para.Deviation 比例偏差

ptc_para.integral 积分偏差

ptc_para.Deviation_last 上一次偏差

偏差计算：

ptc_para.Deviation＝target_temperature-actual_temperature；(目标温度-当前温度)

PID各子控制值计算：

kp_value＝ptc_para.kp*ptc_para.Deviation；

ki_value＝ptc_para.ki*ptc_para.integral/ki_para；其中，ki_para为一个参数值，当积分系数较大而导致积分控制值超出一定的范围时，可以设置这样一个参数值，以缩小积分控制值。

kd_value＝ptc_para.kd*(ptc_para.Deviation-ptc_para.Deviation_last)/kd_para；其中，kd_para也为一个参数值，当微分控制值较大时，对系统抗干扰不利，因此设置这样一个参数值可以降低对噪声的放大作用。

PID总控制值计算：

ptc_para.control_value＝kp_value+ki_value+kd_value；；

控制PWM值计算：

ptc_pwm_value＝ptc_para.control_value/pid_para_value。其中，pid_para_value即为上述实施方式中的a值，即为转换系数，当PID总控制值较小时，a可为1，此时PID总控制值即为控制PWM值，当计算出的PID总控制值较大时，即超出PWM占空比的调控范围时，采用转换系数，对PID总控制值进行转换。

本实施方式中的PID控制算法采用定时调用的方式，调用周期为8ms，而调用周期变化则相应的KPI参数将会受到影响。

本实施方式对PID控制算法进行了具体说明，每当水温发生变化，在目标水温值不变的情况下，温度偏差就会出现变化，根据PID控制算法即可计算出PTC加热功率与加热总功率的百分比，而PTC元件的加热总功率是已知的，从而可以计算出PTC元件的加热功率，在节省电能的情况下，使得空调加热达到所需的效果，从而减少了整车的能耗，提高了电动汽车的续航里程。

请参考图2，图2为本发明一种具体实施方式所提供的用于电动汽车的空调制热控制系统结构示意图。

相应地，本发明一种实施方式还提供了一种用于电动汽车的空调制热控制系统，包括：信号接收器1，用于获取电动汽车的空调制热系统的目标水温值，信号接收器与电动汽车上的空调控制按钮等部件连接，当用户启动空调的暖风档时，会获取对应的目标水温值；水温采集器2，用于实时采集空调制热系统的当前水温值；PID处理器3，用于计算目标水温值和当前水温值的温度偏差，通过PID控制算法计算出控制PWM值，生成对应的加热总功率控制信号；PTC元件电路4，用于根据加热总功率控制信号执行加热动作。

在本实施方式的基础上，PID处理器包括：PID参数定义模块，用于响应操作者的操作，获取对应的比例系数、积分系数和微分系数；偏差计算模块，用于计算目标水温值和当前水温值的温度偏差；PID子控制值计算模块，用于根据比例系数、积分系数、微分系数和温度偏差，计算PID控制算法的各子控制值；PID总控制值计算模块，用于根据PID控制算法的各子控制值计算PID控制算法的总控制值；PWM值转换模块，用于将PID控制算法的总控制值转换为控制PWM值，生成对应的加热总功率控制信号。

其中，PID子控制值计算模块包括：比例控制值计算单元，用于根据公式KP＝kp*x计算PID控制算法的比例控制值，其中，KP为比例控制值，kp为比例系数，x为比例偏差，比例偏差等于温度偏差的值；积分控制值计算单元，用于根据公式KI＝ki*y计算PID控制算法的积分控制值，其中，KI为积分控制值，ki为积分系数，y为积分偏差；微分控制值计算单元，用于根据公式KD＝kd*(x-z)计算PID控制算法的微分控制值，其中，KD为微分控制值，kd为微分系数，z为x的上一次比例偏差。

而PID总控制值计算模块根据式CPID＝KP+KI+KD计算PID控制算法的总控制值；其中，CPID为PID控制算法的总控制值。PWM值转换模块根据式PWM＝CPID/a计算控制PWM值，a为转换系数。

综上所述，本发明实施方式所提供的用于电动汽车的空调制热控制方法及系统，每当水温发生变化，在目标水温值不变的情况下，温度偏差就会出现变化，根据PID控制算法即可计算出PTC加热功率与加热总功率的百分比，而PTC元件的加热总功率是已知的，从而可以计算出PTC元件的加热功率，在节省电能的情况下，使得空调加热达到所需的效果，从而减少了整车的能耗，提高了电动汽车的续航里程。

以上对本发明所提供一种用于电动汽车的空调制热控制方法及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。