CN109263672B - 减少空调机组与轨道车辆间共振的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减少空调机组与轨道车辆间共振的方法，属于轨道车辆空调技术领域，包括以下步骤：步骤A、判断空调机组是否首次上电，如果是则执行步骤B，否则执行步骤C；步骤B、根据载客量信号计算载客量，如果载客量低于一定的载客数则执行步骤B1，否则执行步骤B2；步骤C、如果检测到压缩机在运行过程中停机，再次启动后不再执行启机后强制在转速R下运行5min的限制，直接按照自动控制模式运行。本发明的有益技术效果是：本发明通过控制逻辑来规避车内部件固有频率，减少了振动发生的几率，大大改善了乘客的乘坐舒适性；由于本发明只是通过优化软件逻辑来实现的避免了大量的诸如更换减震器、更改抱箍等措施造成的成本损失。

Description

减少空调机组与轨道车辆间共振的方法

技术领域

本发明涉及轨道车辆空调技术领域，具体涉及一种减少空调机组与轨道车辆间共振的方法。

背景技术

轨道交通车辆主要由车体（车门窗、座椅、扶手等）、设备（照明、空调、乘客信息系统、闭路电视系统等）、走行部（转向架、悬挂系统等）、列车控制系统（列车电气路、制动系统、牵引系统、类车信号通信系统）等多种零部件组成，各个部件均有一定的固有频率。若其中一个或几个部件的运转频率与车体部件的固有频率相同或接近时（如压缩机运转频率与车体（车门窗、座椅、扶手等）部件固有频率），将会产生共振。

一般定频空调机组发生共振后，主要是通过调整机组减震器的硬度、压缩机减震器的硬度来调整机组整机输出的振动频率；或者，在压缩机吸排气口增加避震软管来降低压缩机本体对机组的振动传递；或者，改变压缩机抱箍的紧固程度来降低压缩机本体对机组的振动传递；或者采用二级减震的方案，来降低压缩机本体对机组的振动传递；而这几种方法都具有一定的局限性，改善的程度有限，改造的各项成本太高。

目前越来越兴起的变频空调机组，具有频率范围更广（30 rps -90 rps），与车体发生共振的概率较定频机组更大，共振的频率有可能不只一个，若还采用以上几种解决方案，难度将更加加大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了一种减少空调机组与轨道车辆间共振的方法，通过对载客量、负荷需求的综合分析，在不同模式下通过合理控制压缩机的运转频率来规避车体的固有频率，从而消除共振点，减少或降低发生共振的几率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种减少空调机组与轨道车辆间共振的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤A、判断空调机组是否首次上电，如果是则执行步骤B，否则执行步骤C；

步骤B、根据载客量信号计算载客量，如果载客量低于一定的载客数则执行步骤B1，否则执行步骤B2；

步骤B1、压缩机在转速R下运行至少5min后按照自动控制模式执行相关运行频率，如果运行不到5min即满足执行步骤B3的条件则执行步骤B3并立即解除5min限制；

步骤B2、如果压缩机按自动控制模式运行时转速小于R，则在转速R下强制运行至少5min后按照自动控制模式执行相关运行频率，如果运行不到5min即满足执行步骤B3的条件则执行步骤B3并立即解除5min限制；

步骤B3、如果压缩机按照自动控制模式运行时转速大于R，则在R转速下强制运行30s后按照自动控制模式运行相关频率；

步骤C、如果检测到压缩机在运行过程中停机，再次启动后不再执行启机后强制在转速R下运行至少5min的限制，直接按照自动控制模式运行；

其中R是45rps-50rps中的任意一个值。

本发明的有益技术效果是：本发明通过控制逻辑来规避车内部件固有频率，减少了共振发生的几率，大大改善了乘客的乘坐舒适性；由于本发明只是通过优化软件逻辑来实现的避免了大量的诸如更换减震器、更改抱箍等措施造成的成本损失；由于软件的可快速更新性，可大大提高整改效率，节约了大量的人力和时间成本；制冷采用多级制冷方式，通过不同模式自动转化调整，可以使室内温度变换率更小，室内温度控制更精确，最大程度的满足室内舒适性要求，为乘客带来更加舒适的体验，可以适应外界更宽的温度环境，满足不同制冷负荷需求，避免长时间满负荷造成的能耗损失，更加节能环保温控更加精细化。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1为制冷温控曲线。

具体实施方式

参见下表，在列车静止未配重时，在压缩机本体以及为压缩机加入减振装置后分别布置振动测点然后在全冷工况（70rps）测试，主要测点的振动加速度（m/s²）结果如下。

通过分析表中压缩机全冷70rps时的压缩机振动可知，压缩机本体在70rps运转时振动加速度较大，因车体、空调安装的差异，空载的车体与空调在70rps可能会发生共振，引起部分车厢内振感强烈。

为测试压缩机在不同工作频率下的振动情况，空调机组在不同频率下的自振测试结果见下表所示。

通过对比表中数据可知，当压缩机从30rps上升到70rps时，压缩机本体振动加速度逐渐增加。同时，根据测试结果可知，可以通过改进车辆空载时压缩机的运转频率，能够避免车体与空调机组发生共振。

对于振动感比较明显的车厢，经过对车顶空调的测试，发现压缩机工作在45/50rps时，车内振动感明显减轻；同时检测的原振动感不明显的车厢，未有不良感觉出现。通过分析车厢内振动数据，显示在45/50rps时，车厢内扶手等部位，振动加速度值明显降低。

通过分析空调机组压缩机处振动数据，显示在45/50rps时，压缩机振动加速度值明显降低。

通过上述的实验数据，可知在车辆空载时，压缩机工作在频率较高时（70rps），空调可能与部分车体产生共振，引起车内振动偏大；可通过降低车辆空载时，压缩机的运转频率解决车辆振动大的问题；降低在一定乘员（载客量低于车厢额定载客数的20%）以下时压缩机的频率，对车内制冷效果没有影响。

通过以上分析得知，空调机组中的压缩机的转速在45rps-50rps内，车内振动明显减少或消失，在这个范围内空调机组与车体的共振明显减少。

由此，本发明提供了一种减少空调机组与轨道车辆间共振的方法，包括以下步骤。以下步骤中R可以是45rps-50rps中的任意一个值。

步骤A、判断空调机组是否首次上电，如果是则执行步骤B，否则执行步骤C。

步骤B、根据载客量信号计算载客量，如果载客量低于一定的载客数（载客量低于车厢额定载客数的20%）则执行步骤B1，否则执行步骤B2。在此步骤中载客量的计算公式为（网络发送车厢数据-车重*k）/旅客平均重量，其中旅客平均重量为61kg，k为1.1或1.05（根据不同车型进行选择）。

步骤B1、压缩机在转速R下运行至少5min后按照自动控制模式执行相关运行频率，如果运行不到5min即满足执行步骤B3的条件则执行步骤B3并立即解除5min限制。在本实施例中压缩机的运行时间限定在5min。

步骤B2、如果压缩机按自动控制模式运行时转速小于R，则在转速R下强制运行至少5min后按照自动控制模式执行相关运行频率，如果运行不到5min即满足执行步骤B3的条件则执行步骤B3并立即解除5min限制。

步骤B3、如果压缩机按照自动控制模式运行时转速大于R，则在转速R下强制运行30s（因为当运转频率大于R的上限值50rps，即当压缩机需求转速为50-70rps时，压缩机的最小回油运转时间为≥30s即可以保证压缩机充分润滑）后按照自动控制模式运行相关频率。

步骤C、如果检测到压缩机在运行过程中停机，再次启动后不再执行启机后强制在转速R下运行至少5min的限制，直接按照自动控制模式运行（因为在实际运营过程中，压缩机非断电引起的停机时间比较短，可以认为压缩机不需要专门执行回油程序）。

在本发明的以上步骤中，压缩机在转速45rps-50rps的范围内是不产生共振或者共振较小时的运行频率，运转最少5min的限制是为了满足压缩机最小回油时间而设定，必须保证在高转速下短时间内将压缩机内的润滑油完全循环回来，保证压缩机内部电机及轴承充分润滑。

上述步骤中自动控制模式包括通风模式以及5级制冷模式，如下表所示。

上表中INVCPS1和INVCPS2分别是控制对应压缩机的变频器控制的变频频率。

空调机组根据当前目标温度，每次开机时先强制通风1分钟，而后根据制冷量的需求进入相应工作模式，温控曲线如图1所示。在自动控制模式下，根据检测到的回风温度Ti以及设定的目标温度Tic实现通风模式与制冷模式以及多级制冷模式间的切换，并且模式切换过程中不受外温限制。

（1）、通风模式与一级制冷模式间的切换条件如下：

当空调系统在通风模式下运行1分钟后，如果满足Tic+2℃≥Ti＞Tic+0.8℃则由通风模式切换为一级制冷模式；当在一级制冷模式下运行30s后，如果满足Ti＜Tic-0.8℃则由一级制冷模式切换为通风模式。

（2）、各级制冷模式间的切换条件如下：

当空调系统在某一级制冷模式下运行，如果检测到Tic-0.8℃≤Ti≤Tic+0.8℃则保持当前模式；

当空调系统在某一级制冷模式下运行1分钟后，如果检测到Tic+2℃≥Ti＞Tic+0.8℃且持续5s，则制冷模式自动上升一级；

当空调系统在某一级制冷模式下运行时，如果在30s内持续检测到Ti＜Tic-0.8℃则到30s时将制冷模式自动下降三级，如果在该模式运行超过30s且不到3分钟时检测到Ti＜Tic-0.8℃，则将制冷模式自动下降两级；如果在超过3分钟时检测到Ti＜Tic-0.8℃，则将制冷模式自动下降一级。

采用上述控制逻辑时，当制冷等级上升到某一级制冷模式后，如果在1分钟内持续检测到Tic+2℃≥Ti＞Tic+0.8℃并且检测到进入该模式1分钟后车厢内温度较刚进入该模式时温度呈下降趋势，则制冷模式不再升级；当制冷等级下降到某一级制冷模式后，如果30s内持续检测到Ti＜Tic-0.8℃，并且进入该模式30s后检测到车厢内的温度较刚进入该模式时温度呈上升趋势，则制冷模式不再降级。

当空调系统由通风模式转为制冷模式或者在各级制冷模式间升级转换时，如检测到Ti≤Tic+2℃则制冷模式采用自下而上逐级递增的方式运行，直至升至最高等级制冷模式。

以上是不考虑外温Te的情况下得到的控制逻辑，当需要考虑外温时：

（1）、当检测到外温Te>25℃且Ti＞Tic+2℃，则空调系统直接进入最高等级制冷模式；

（2）、检测到外温Te＞16℃才能进入制冷模式；

（3）、当检测到外温Te大于等于目标温度Tic且Ti>Tic-2℃时不转通风模式。

当上述的目标温度为UIC553标准时保留外温限制如下：

当外温Te高于26℃且Ti≥Tic-3℃时不停止制冷模式，当满足转入通风模式条件时以最低级制冷模式运行，当Ti<Tic-3℃时，则可根据温控曲线转入通风模式；

在外温Te高于30℃且Ti≥Tic-3℃时不停止制冷模式，当满足转入通风模式条件时以最低三级制冷模式运行，当Ti<Tic-3℃时，则可根据温控曲线转入通风模式；

如果目标温度为手动设定（选择开关或TCMS发送固定目标温度值“19℃/21℃/23℃/25℃/27℃）时则不再执行上述外温限制。

以额定载客数为310人/辆的车厢为例，当乘客数量为0时，车厢内冷负荷需求为22kW，当乘客数量为48人时，考虑开关门的影响，增加25%的新风量，车厢内冷负荷需求为29.7kW。压缩机工作在45rps时，制冷量约为34.5KW，可满足车内制冷需求，可保证车内温度维持在设定温度。

当车内乘客数量增加并大于48人时，转入正常控制逻辑（即自动控制模式）。当车厢内温度达到设定温度时，保持原有制冷等级不变，若车内制冷负荷需求增加，则自动调节压缩机频率，使其逐级上升，最高至满载70rps运行，直至室内温度稳定在设定温度左右。在满载时由于车体重量变化，导致车体的固有频率发生变化，不会发生共振现象。

本发明的方法在满足车厢内制冷需求的前提下，通过控制压缩机的转速并配合相应自动控制模式，有效地去规避车厢内部件的固有频率，减少空调机组与车厢内部件共振的几率，配合多级制冷的调控模式，大大改善了乘客乘车的舒适性。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种减少空调机组与轨道车辆间共振的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤A、判断空调机组是否首次上电，如果是则执行步骤B，否则执行步骤C；

步骤B、根据载客量信号计算载客量，如果载客量低于一定的载客数则执行步骤B1，否则执行步骤B2；

步骤B1、压缩机在转速R下运行至少5min后按照自动控制模式执行相关运行频率，如果在5min内判断到压缩机按照自动控制模式运行时转速大于R时则执行步骤B3并立即解除5min限制；

步骤B2、如果压缩机按自动控制模式运行时转速小于R，则在转速R下强制运行至少5min后按照自动控制模式执行相关运行频率，如果在5min内判断到压缩机按照自动控制模式运行时转速大于R时则执行步骤B3并立即解除5min限制；

步骤B3、如果压缩机按照自动控制模式运行时转速大于R，则在转速R下继续强制运行30s后按照自动控制模式运行相关频率；

步骤C、如果检测到压缩机在运行过程中停机，再次启动后不再执行启机后强制在转速R下运行至少5min的限制，直接按照自动控制模式运行；

其中R是45rps-50rps中的任意一个值。

2.根据权利要求1所述的减少空调机组与轨道车辆间共振的方法，其特征在于步骤B中载客量的计算公式为（网络发送车厢数据-车重*k）/旅客平均重量，其中旅客平均重量为61kg，k为1.1或1.05。

3.根据权利要求1所述的减少空调机组与轨道车辆间共振的方法，其特征在于步骤B中如果载客量低于车厢额定载客数的20%则执行步骤B1，否则执行步骤B2。

4.根据权利要求1所述的减少空调机组与轨道车辆间共振的方法，其特征在于所述自动控制模式包括通风模式以及5级制冷模式；

在自动控制模式下，根据检测到的回风温度Ti以及设定的目标温度Tic实现通风模式与制冷模式以及多级制冷模式间的切换，其包括

（1）、通风模式与一级制冷模式间的切换：

当空调系统在通风模式下运行1分钟后，如果满足Tic+2℃≥Ti＞Tic+0.8℃则由通风模式切换为一级制冷模式；当在一级制冷模式下运行30s后，如果满足Ti＜Tic-0.8℃则由一级制冷模式切换为通风模式；

（2）、各级制冷模式间的切换：

当空调系统在某一级制冷模式下运行，如果检测到Tic-0.8℃≤Ti≤Tic+0.8℃则保持当前模式；

当空调系统在某一级制冷模式下运行1分钟后，如果检测到Tic+2℃≥Ti＞Tic+0.8℃且持续5s，则制冷模式自动上升一级；

当空调系统在某一级制冷模式下运行时，如果在30s内持续检测到Ti＜Tic-0.8℃则到30s时将制冷模式自动下降三级，如果在该模式运行超过30s且不到3分钟时检测到Ti＜Tic-0.8℃，则将制冷模式自动下降两级；如果在超过3分钟时检测到Ti＜Tic-0.8℃，则将制冷模式自动下降一级。

5.根据权利要求4所述的减少空调机组与轨道车辆间共振的方法，其特征在于空调系统在各级制冷模式间切换时，当制冷等级上升到某一级制冷模式后，如果在1分钟内持续检测到Tic+2℃≥Ti＞Tic+0.8℃并且检测到进入该模式1分钟后车厢内温度较刚进入该模式时温度呈下降趋势，则制冷模式不再升级；当制冷等级下降到某一级制冷模式后，如果30s内持续检测到Ti＜Tic-0.8℃，并且进入该模式30s后检测到车厢内的温度较刚进入该模式时温度呈上升趋势，则制冷模式不再降级。

6.根据权利要求4所述的减少空调机组与轨道车辆间共振的方法，其特征在于当空调系统由通风模式转为制冷模式或者在各级制冷模式间升级转换时，如检测到Ti≤Tic+2℃则制冷模式采用自下而上逐级递增的方式运行，直至升至最高等级制冷模式。

7.根据权利要求4-6任一项所述的减少空调机组与轨道车辆间共振的方法，其特征在于当检测到外温Te>25℃且Ti＞Tic+2℃，则空调系统直接进入最高等级制冷模式。

8.根据权利要求4-6任一项所述的减少空调机组与轨道车辆间共振的方法，其特征在于当检测到外温Te＞16℃才能进入制冷模式。

9.根据权利要求4-6任一项所述的减少空调机组与轨道车辆间共振的方法，其特征在于当检测到外温Te大于等于目标温度Tic且Ti>Tic-2℃时不转通风模式。

10.根据权利要求4-6任一项所述的减少空调机组与轨道车辆间共振的方法，其特征在于在目标温度为UIC553标准时保留外温限制如下：

当外温Te高于26℃且Ti≥Tic-3℃时不停止制冷模式，当满足转入通风模式条件时以最低级制冷模式运行，当Ti<Tic-3℃时，则根据温控曲线转入通风模式；

在外温Te高于30℃且Ti≥Tic-3℃时不停止制冷模式，当满足转入通风模式条件时以最低三级制冷模式运行，当Ti<Tic-3℃时，则根据温控曲线转入通风模式；

如果目标温度为手动设定时则不再执行上述外温限制。