新能源汽車的熱管理直接影響車輛的安全、行駛里程、乘員艙舒適性、三電設(shè)備溫度精細(xì)化,因此,新能源汽車的熱管理研究備受關(guān)注。接下來,小編就帶大家了解新能源汽車熱管理的控制方式。

一、熱管理系統(tǒng)的控制

1. 系統(tǒng)構(gòu)成

傳感器:通常是溫度傳感器、壓力傳感器構(gòu)成;

執(zhí)行器:主要以電動(dòng)壓縮機(jī)和電子膨脹閥為主,同時(shí)還包含HVAC鼓風(fēng)機(jī)、冷卻風(fēng)扇、電子水泵等零部件;

控制器:控制裝置。

2. 系統(tǒng)控制方法和目標(biāo)

新能源汽車能耗直接影響行駛里程,因此控制系統(tǒng)在關(guān)注舒適性的同時(shí),還要兼顧節(jié)能效果。熱管理系統(tǒng)控制的目的是在保證乘員艙舒適性以及三電設(shè)備溫度合理、 擋風(fēng)玻璃的除霜除霧安全性控制、制冷系統(tǒng)在不同路況和氣候條件下的模式切換與控制、同時(shí)還有各模式下的故障保護(hù)控制等,同時(shí)在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上,以一定的控制手段,實(shí)現(xiàn)整車能量管控,盡可能降低系統(tǒng)能耗、提高能量利用效率。

3. 三個(gè)層次控制目標(biāo)

新能源汽車空調(diào)的控制系統(tǒng)包含3個(gè)層次的控制目標(biāo): 控制量的快速、穩(wěn)定、準(zhǔn)確響應(yīng); 特定約束條件下的優(yōu)化問題;控制系統(tǒng)的魯棒性及抗干擾能力。

4. 兩類控制方式

開環(huán)控制

該控制以實(shí)驗(yàn)標(biāo)定的手段, 根據(jù)不同的運(yùn)行工況直接給出明確的控制量參數(shù)。這種控制方法相對(duì)較簡(jiǎn)單,控制系統(tǒng)穩(wěn)定性高,但也有控制精度差、能耗高等缺點(diǎn),因此在新能源汽車熱泵空調(diào)及熱管理領(lǐng)域的應(yīng)用越來越少。

反饋控制

通過目標(biāo)量與控制量之間建立反饋邏輯關(guān)系,進(jìn)而對(duì)熱管理系統(tǒng)進(jìn)行控制。 新能源汽車熱管理系統(tǒng)常用的反饋控制方法包含啟?？刂?、PID連續(xù)控制、局部模型預(yù)測(cè)控制和全局MPC控制、結(jié)合其他智能算法的控制等,并且應(yīng)用越來越廣。

二、PID控制

傳統(tǒng)PID控制早前應(yīng)用于汽車空調(diào)控制系統(tǒng)領(lǐng)域,相關(guān)控制參數(shù)可以通過Ziegler/Nichols方法或其他方法獲取。然而,在應(yīng)對(duì)變工況條件或者受到擾動(dòng)時(shí),PID反饋控制精度可能出現(xiàn)衰減,尤其是受到汽車空調(diào)熱力學(xué)延遲以及制冷系統(tǒng)強(qiáng)非線性特征的影響,PID反饋控制的魯棒性可能出現(xiàn)劇烈惡化,相比啟停控制,PID控制作為一種較為成熟的連續(xù)控制方法,在新能源汽車熱管理領(lǐng)域有寬泛的應(yīng)用。

三、模型預(yù)測(cè)控制

模型預(yù)測(cè)控制的基本控制流程主要由模型建立、預(yù)測(cè)發(fā)展、控制指令、反饋調(diào)節(jié)組成,是基于模型預(yù)測(cè)的正向控制方法。首先,建立控制對(duì)象的理論模型, 監(jiān)控控制對(duì)象當(dāng)前所處的系統(tǒng)狀態(tài);接著, 預(yù)測(cè)控制對(duì)象在接下來一段時(shí)間的發(fā)展, 根據(jù)一定的需求導(dǎo)向?qū)嵤┒鄷r(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)的前饋控制與動(dòng)作指令;再通過實(shí)際熱力學(xué)系統(tǒng)的受控優(yōu)化運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)反饋熱力學(xué)參數(shù)給控制中心,以便進(jìn)行調(diào)節(jié)及下一段時(shí)間尺度內(nèi)的預(yù)測(cè)。

由于該控制方法需嚴(yán)格基于一個(gè)準(zhǔn)確的系統(tǒng)仿真模型而進(jìn)行實(shí)施, 因此擅長(zhǎng)解決同一系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)控制回路之間的耦合關(guān)系, 適宜于多輸入、多輸出條件的非線性系統(tǒng)中, 不會(huì)過度依賴直接的信號(hào)反饋來調(diào)節(jié)執(zhí)行器的動(dòng)作, 具有穩(wěn)定性高、響應(yīng)速度快、尋優(yōu)能力強(qiáng)等特點(diǎn),在汽車熱泵空調(diào)領(lǐng)域得到了一定程度的應(yīng)用。

四、結(jié)合其他智能算法的控制

除以上經(jīng)典控制方法外,新能源汽車熱管理越來越關(guān)注舒適性、能量管控程度等指標(biāo),比如根據(jù)用戶特征的自學(xué)習(xí)算法等,在PID反饋控制和 MPC預(yù)測(cè)控制的基礎(chǔ)上,衍生出了結(jié)合特定智能算法的控制方式。相比單一的模型預(yù)測(cè)控制和PID控制,不僅可大幅實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果,同時(shí)還能滿足不同乘客的差異性。

在新能源汽車熱管理系統(tǒng)的局部控制中,還有應(yīng)用模糊控制、魯棒控制、滑膜變結(jié)構(gòu)控制、動(dòng)態(tài)規(guī)劃控制、ESC控制等。隨著車企與用戶對(duì)新能源汽車舒適性的關(guān)注,以及多元熱管理需求的日益增長(zhǎng),未來熱管理系統(tǒng)將在新能源汽車中扮演愈加重要的角色,熱管理系統(tǒng)的控制將愈加智能化。