件的功率损耗、制冷效率为全 局设计变量，并针对各个子系统单独设计局部变量，考虑个子系统之间的耦合关系，设计中 间变量；
[0034] (4)将系统中的设计变量和状态变量分配到各子系统中，并制定实验方案。保存仿 真实验数据。对涉及到子系统的变量均只在各子系统内部进行独立的优化，各子系统保留 独立的学科目标和设计变量。并根据子系统最优解确定系统级优化设计变量的初始值和上 下限；
[0035] (5)加载实验或仿真数据；
[0036] (6)构建各个子系统需考察的目标响应量的多项式响应面代理模型；
[0037] (7)采用相对均方根误差方法对该响应面代理模型进行检验，判断结果是否满足 精度要求;否，则返回第(6)步骤;是，则进入下一步骤；
[0038] (8)根据设计要求，综合考虑人体舒适性(温度、环境⑶2浓度、迎风阻力）、功率损 耗、制冷效率等性能指标，构建汽车空调系统优化的评价目标函数；
[0039] (9)根据各子系统的设计过程，选择汽车空调系统的优化设计变量；
[0040] (10)根据(6)设定汽车空调系统的多学科优化的约束条件；
[0041 ] (11)采用多目标模拟退火算法对汽车空调系统进行多目标优化，得到汽车空调系 统各项性能的最优解集；
[0042] (12)从系统级最优解集，选取合适的最优解，并对其进行仿真分析或实验验证，判 断是否到达设计要求;否，则返回步骤⑵;是，则进入下一步骤；
[0043] (13)结束。
[0044]由于汽车空调系统的设计涉及到热力学、流体力学、环境科学等多学科，在计算过 程中会产生大量的数据，建立高精度模型，这会导致计算量过大难以实现，工程应用中，我 们采取多项式响应面代理模型。该代理模型可有效去除汽车空调系统计算中的数值噪声， 剔除系统模型残差和收敛不稳定所带来的计算结果抖动。其相应面模型的基本形式为：
[0045]
[0046] 式中:yi是m维自变量的第i个分量，ftn,k是所求未知数。
[0047] 响应面模型拟合精度检验的准则为相对均方根误差RMSE(Root Mean Squared Error)，其定义如下：
[0048]
[0049] 式中，η。为模型验证的样本量，yi为真实响应量值，为响应面模型得到的观测值， F为真实响应量的均值。RMSE表示响应面与真实值之间的差异程度。
[0050] 汽车空调系统多学科优化的数学模型：
[0051 ] min:F(x) = [Fi(x)，F2(x)，......,Fn(x) ]τ
[0052] S.t Gi(Z) <0,i = l,2,. . . ,n
[0053] H(Z)=0
[0054] Xu < Xi < xiu i = 1,2, . . . ,n
[0055] 式中，Xl为汽车空调系统设计变量;XlL、XlU分别为设计变量下限和上限;F(x)为汽 车空调系统设计总目标。FKx)为汽车空调子系统考察目标，其中主要包括汽车车厢温度、 车箱内C0 2浓度、空调制冷效率、车厢乘员区空气阻力。GKZ)为汽车空调系统不等式约束条 件;H(Z)为汽车空调系统等式约束条件。
[0056]出于工程实际考虑，常规寻优算法已难以满足复杂程度越来越高的研究对象。本 发明专利采用模拟退火算法求解，得到汽车空调系统设计与控制的最优解集。
[0057] 模拟退火算法中首先要确定初始解、初温以及马尔科夫链长度，其中初温的选取 要尽量大一些，具体可根据下式进行选取：
[0058]
[0059]式中：| Amax|为初值之间最大的目标差值;PQ为初始接受概率；
[0060] 在此温度下按照模拟退火状态函数产生新解，并计算新解与期望值之间的差值是 否满足收敛条件。如若满足，则记录汽车空调系统结构参数和控制参数;否则，继续迭代直 到满足循环终止条件。
[0061] 用上步产生的新解作为初始解，继续进行迭代计算，并判断是否满足程序终止条 件，若满足则输出汽车空调系统结构参数和控制参数，反之则返回上一步继续进行迭代计 算。
【主权项】
1. 一种实现电动汽车空调系统多学科多目标优化的方法，基于车内环境与制冷系统之 间的关系，在此基础上完成汽车车厢内温度子系统、汽车车厢风道布局、汽车车厢环境c〇 2 浓度子系统、空调本体制冷、制热子系统多学科多目标仿真分析，基于模拟退火算法等对其 进行多学科，多目标优化设计得到汽车空调系统的最优解，实现车内温度、c〇 2浓度、空调系 统换热性能、空调系统能耗等多目标的综合最优;包括如下的步骤： (1) 开始，读取目标汽车空调系统统的综合指标，包括:乘客舒适度、能源消耗控制，空 调制冷/制热效率控制目标； (2) 依照学科标准对汽车空调系统进行分类，其主要可分为如下几部分:车厢温度子系 统、车内环境子系统、制冷/制热系统子系统以及车内流场子系统； (3) 根据（1)定义乘客舒适度、压缩机及其他电动部件的功率损耗、制冷效率为全局设 计变量，并针对各个子系统单独设计局部变量，考虑各子系统之间的耦合关系，设计中间变 量； (4) 将系统中的设计变量和状态变量分配到各子系统中，并制定实验方案。保存仿真实 验数据。对涉及到子系统的变量均只在各子系统内部进行独立的优化，各子系统保留独立 的学科目标和设计变量。并根据子系统最优解确定系统级优化设计变量的初始值和上下 限； (5) 加载实验或仿真数据； (6) 构建各个子系统需考察的目标响应量的多项式响应面代理模型； (7) 采用相对均方根误差方法对该响应面代理模型进行检验，判断结果是否满足精度 要求;否，则返回第(6)步骤;是，则进入下一步骤； (8) 根据设计要求，综合考虑人体舒适性(温度、环境C02浓度、迎风阻力）、功率损耗、制 冷效率等性能指标，构建汽车空调系统优化的评价目标函数； (9) 根据各子系统的设计过程，选择汽车空调系统的优化设计变量； (10) 根据(6)设定汽车空调系统的多学科优化的约束条件； (11) 采用多目标模拟退火算法对汽车空调系统进行多目标优化，得到汽车空调系统各 项性能的最优解集； (12) 从系统级最优解集，选取合适的最优解，并对其进行仿真分析或实验验证，判断是 否到达设计要求;否，则返回步骤⑵;是，则进入下一步骤； (13) 结束。2. 根据权利要求1所述的实现电动汽车空调系统多学科多目标优化的方法，其特征在 于模拟退火算法中首先要确定初始解、初温以及马尔科夫链长度，其中初温的选取要尽量 大一些，具体可根据下式进行选取：式中：| Δ max |为初值之间最大的目标差值;PQ为初始接受概率； 在此温度下按照模拟退火状态函数产生新解，并计算新解与期望值之间的差值是否满 足收敛条件;如若满足，则记录汽车空调系统结构参数和控制参数;否则，继续迭代直到满 足循环终止条件。
【专利摘要】本发明公开了一种实现电动汽车空调系统多学科多目标优化的方法，基于车内环境与制冷系统之间的关系，在此基础上完成汽车车厢内温度子系统、汽车车厢风道布局、汽车车厢环境(CO2浓度)子系统、空调本体制冷、制热子系统等多学科多目标仿真分析。基于模拟退火算法等对其进行多学科，多目标优化设计。从而得到汽车空调系统的最优解，实现车内温度、CO2浓度、空调系统换热性能、空调系统能耗等多目标的综合最优。其可以用于指导并实现汽车空调系统的高效开发和设计改进。
【IPC分类】G06Q10/04
【公开号】CN105678429
【申请号】CN201610091609
【发明人】胡广地, 王国辉
【申请人】西南交通大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年2月19日