CN111055861B - 一种车辆空调系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆空调系统，包括空调机组和温度调节系统，所述温度调节系统包括，多个车内温度传感器，所述多个车内温度传感器配置为采集车辆不同区域的温度；数据处理器，与车内温度传感器连接，并对采集到的温度进行加权平均，得到加权均值；与空调机组连接的控制器，以及与控制器连接用于设定空调机组工作温度的温度设置模块；所述控制器与数据处理器连接，并根据加权均值和设定温度控制空调机组的运行，在加权均值大于设定温度时，控制器控制空调机组运行制冷模式。本发明还涉及上述车辆空调系统的控制方法。本发明能够对车内不同区域温度进行检测，通过匹配不同的权重系数，计算出加权均值，从而有效控制空调机组的运行。

Description

一种车辆空调系统及控制方法

技术领域

本发明涉及空调装置，尤其是一种车辆空调系统及控制方法。

背景技术

现有车辆的空调控制系统一般可以根据设定温度与检测温度的差值自动控制空调的运行模式，如检测温度大于设定温度，则运行制冷模式，检测温度等于或者小于设定温度则运行通风模式；对于轨道类车辆，同一列车会应安装多台空调，每台空调单独控制不仅繁琐而且不利于统一调配，另一方面，当车辆运行在高海拔地区时，外界温度可能较低，而强烈的日光辐射可能导致车内温度较高，当空调运行在制冷模式时，容易导致蒸发单元结霜、制冷系统低压故障、液态制冷剂流入压缩机内造成压缩机润滑油稀释等，影响空调的效率。

鉴于此提出本发明。

发明内容

本发明的一个目的在于克服现有技术的不足，提供一种车辆空调系统，能够对不同区域温度进行检测，通过匹配不同的权重系数，计算出加权均值，从而有效控制空调机组的运行，以满足车内大部分区域的舒适性需求。

本发明的另一个目的在于提供一种上述车辆空调系统的控制方法。

为了实现第一目的，本发明采用如下技术方案：

一种车辆空调系统，包括空调机组和温度调节系统，其特征在于，所述温度调节系统包括，

多个车内温度传感器，所述多个车内温度传感器配置为采集车辆不同区域的温度；

数据处理器，与车内温度传感器连接，并对采集到的温度进行加权平均，得到加权均值；

与空调机组连接的控制器，以及与控制器连接用于设定空调机组工作温度的温度设置模块；

所述控制器与数据处理器连接，并根据加权均值和设定温度控制空调机组的运行，在加权均值大于设定温度时，控制器控制空调机组运行制冷模式。

进一步，所述空调机组包括，

主循环系统，所述主循环系统包括通过循环管路依次连接的压缩机、冷凝单元、膨胀阀、气液混合器和蒸发单元，在循环管路内填充有制冷剂；

与主循环系统连接的旁路系统，所述旁路系统的入口设置在压缩机与冷凝单元之间，出口设置在压缩机与膨胀阀之间；所述控制器与旁路系统连接，并控制旁路系统的通断，在旁路系统连通时，将分流主循环系统中的制冷剂，使空调机组的制冷率下降。

进一步，所述温度调节系统还包括，用于检测大气温度的外部温度传感器，所述外部温度传感器与控制器连接，所述控制器根据外部温度传感器和/或车内温度传感器的检测温度控制旁路系统的通断。

进一步，所述旁路系统包括，与压缩机的输出口连接的第一管路，设置在第一管路上的开关阀，一端与第一管路连接，另一端与气液混合器连接的第二管路，所述控制器与开关阀连接，并控制开关阀动作，当开关阀打开时，旁路系统与主循环系统连通。

进一步，所述旁路系统还包括，第三管路，所述第三管路与压缩机的输入口连接，所述第一管路通过三通阀分别与第二管路和第三管路连接；所述三通阀与控制器连接，控制器与检测蒸发单元温度的感温包连接，并根据感温包的检测温度控制三通阀动作。

进一步，所述车内温度传感器包括，外罩，设置在外罩内的感温元件和风扇，以及与感温元件连接的连接器；所述连接器与数据处理器连接；所述感温元件设置在风扇进风一侧，所述外罩上设有安装结构并固定安装在车辆墙板内，在车辆墙板上设有小孔，以供车内空气进入墙板内。

为了实现第二目的，本发明采用如下技术方案：

一种上述车辆空调系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤一，将车内空间划分为多个区域，并通过车内温度传感器获取各个区域的温度值；

步骤二，对获取的温度值进行加权计算，并得到加权均值；

步骤三、判断加权均值是否大于设定温度，当加权均值大于设定温度时，空调机组运行制冷模式，当加权均值小于或等于设定温度时，空调机组运行通风模式；

所述加权均值的计算方法为：

P₁+P₂+......+P_n＝1

式中：T_C为加权均值，P_i为权值，T_i为每个车内温度传感器检测到的数值。

进一步，所述步骤三还包括，

当权均值大于设定温度时执行以下步骤：

检测车外温度，并在车外温度低于设定值N1时，控制旁路系统与主循环系统相连通，使主循环系统内的部分制冷剂进入旁路系统，所述设定值N1的取值范围为1～10℃。

进一步，所述步骤三还包括：

在车外温度低于设定值N1时，检测蒸发单元末端的温度，当蒸发单元末端温度低于设定值N2时，使压缩机排出的部分高温制冷剂进入至气液混合器内，当蒸发单元末端温度大于设定值N2时，使压缩机排出的部分高温制冷剂返回压缩机内；所述设定值N2的取值范围为1～5℃。

进一步，所述空调机组包括多个空调单元，在每个区域内设有一空调单元，每个空调单元分别具有主循环系统和旁路系统；所述步骤三还包括，当车外温度高于设定值N1时，判断区域温度与设定温度的差值，并在差值小于M时，控制该区域内的空调单元的旁路系统与主循环系统相连通，所述M的取值范围为1～5℃。

采用本发明所述的技术方案后，带来以下有益效果：

本发明对车内不同区域温度进行检测，通过匹配不同的权重系数，计算出加权均值，从而有效控制空调机组的运行，在人员较小的区域可以设置较低的权重系数，人员较多的区域则设置较高的权重系数，以满足车内主要区域的舒适性需求，降低整体能耗。另一方面，本发明可以通过分流主循环系统中的制冷剂，使空调机组的制冷率下降，在外界温度较低时可以使部分高温制冷剂返回至蒸发单元中，提高蒸发单元的温度，避免蒸发单元温度过低而结霜，满足高原地区的使用要求。

附图说明

图1：本发明的整体系统框图；

图2：本发明的空调机组的原理示意图；

图3：本发明的空调机组的连接示意图；

图4：为图3的局部放大图；

图5：本发明的车内温度传感器的就诶构图；

其中：1、空调机组 2、温度调节系统 11、压缩机 12、冷凝单元 13、膨胀阀 14、气液混合器 15、蒸发单元 16、第一管路 17、旁通球阀 18、第二管路 19、第三管路 1a、三通阀 1b、感温包 21、车内温度传感器 22、数据处理器 23、控制器 24、温度设置模块 25、外部温度传感器 211、外罩 212、感温元件 213、风扇 214、连接器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

如图1所示，一种车辆空调系统，包括空调机组1和温度调节系统2，所述温度调节系统包括，多个车内温度传感器21，与车内温度传感器21连接的数据处理器22，与空调机组1连接的控制器23，与控制器23连接用于设定空调机组1工作温度的温度设置模块24，用于检测大气温度的外部温度传感器25，所述外部温度传感器25与控制器23连接。

所述多个车内温度传感器21安装在车辆的不同位置，用于采集车辆不同区域的温度；所述数据处理器22接收车内温度传感器21采集的温度信息，并进行加权平均，得到加权均值，所述控制器23与数据处理器22连接，用于接收加权均值，所述温度设置模块24用于设定空调机组1的工作温度，控制器23根据加权均值和设定温度控制空调机组1的运行，在加权均值大于设定温度时，控制器23控制空调机组1运行制冷模式，在加权均值等于或者小于设定温度时，空调机组1运行通风模式。

结合图2、图3和图4所示，所述空调机组1包括，主循环系统和旁路系统。

所述主循环系统包括通过循环管路依次连接的压缩机11、冷凝单元12、膨胀阀13、气液混合器14和蒸发单元15，在循环管路内填充有制冷剂，在空调机组1运行制冷模式时，制冷剂沿着循环管路不断流动，并在冷凝单元12放热，在蒸发单元15吸热。所述旁路系统与主循环系统连接，旁路系统起到分流制冷剂的作用，旁路系统的入口设置在压缩机11与冷凝单元12之间，出口设置在压缩机11与膨胀阀13之间；所述控制器23与旁路系统连接，并控制旁路系统的通断，在旁路系统连通时，将分流主循环系统中的制冷剂，使空调机组1的制冷率下降。

所述旁路系统的通断首先由控制器23根据外部温度传感器25的检测值控制，外部温度传感器25实时监测车外温度，并传递至控制器23，当检测到的外界温度过低时(达到蒸发单元15容易结霜的温度)，控制器23将控制旁路系统与主循环系统连通。具体地，所述旁路系统包括，与压缩机11的输出口连接的第一管路16，设置在第一管路16上的开关阀，所述开关阀优选为旁通球阀17，一端与第一管路16连接，另一端与气液混合器14连接的第二管路18，所述控制器23与旁通球阀17连接，并控制旁通球阀17动作，当旁通球阀17打开时，旁路系统与主循环系统连通，从压缩机11排出的部分制冷剂经旁路球阀17后转换为高温制冷剂，将通过旁路系统的入口进入至旁路系统内，并经旁路系统返回至气液混合器14内，与气液混合器14内的低温制冷剂混合，并一同进入至蒸发单元15，可以防止蒸发单元15结霜及系统低压问题。所述旁通球阀17也可以选用其他类型的具有相同功能的电磁阀。

优选地，在外部温度较高时(蒸发单元15不易发生结霜的温度)，所述旁路系统的通断还可以由控制器23根据车内温度传感器21的检测值控制旁路系统的通断。其中一种实施方式中，所述空调机组1具有多个空调单元，用于对车辆不同区域进行制冷，每个空调单元分别具有主循环系统和旁路系统，当所在区域内的车内温度传感器21检测值高于设定温度时，控制器23控制负责该区域制冷的空调单元的旁路系统与主循环系统连通，以降低该空调单元的制冷量。

优选地，所述旁路系统还包括，第三管路19，所述第三管路19与压缩机11的输入口连接，所述第一管路16通过三通阀1a分别与第二管路18和第三管路19连接；所述三通阀1a与控制器23连接，控制器23与检测蒸发单元15温度的感温包1b连接，并根据感温包1b的检测温度控制三通阀1a动作。所述感温包1b用于检测蒸发单元15末端(制冷剂的排出端)的温度，在蒸发单元15末端温度低时，控制器23控制三通阀1a使第一管路16与第二管路18连通，旁路系统内的高温的制冷剂将进入气液混合器14内，当蒸发单元15末端温度较高时，控制器23控制三通阀1a使第一管路16与第三管路19连通，旁路系统内的高温的制冷剂将进入压缩机11的进气口。

如图5所示，具体地，所述车内温度传感器21包括，外罩211，设置在外罩211内的感温元件212和风扇213，以及与感温元件212连接的连接器214；所述连接器214与数据处理器22连接；所述感温元件212设置在风扇213进风一侧，所述外罩211上设有安装结构并固定安装在车辆墙板内，在车辆墙板上设有小孔，以供车内空气进入墙板内，所述风扇213驱动周围的空气流动，使感温元件212的检测值更加准确。

本发明还涉及一种上述车辆空调系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤一，将车内空间划分为多个区域，并通过车内温度传感器21获取各个区域的温度值；

步骤二，对获取的温度值进行加权计算，并得到加权均值；

步骤三、判断加权均值是否大于设定温度，当加权均值大于设定温度时，空调机组1运行制冷模式，当加权均值小于或等于设定温度时，空调机组1运行通风模式；

所述加权均值的计算方法为：

P₁+P₂+......+P_n＝1

式中：T_C为加权均值，P_i为权值，T_i为每个车内温度传感器21检测到的数值。

优选地，所述步骤三还包括，当权均值大于设定温度时执行以下步骤：

检测车外温度，并在车外温度低于设定值N1时，控制旁路系统与主循环系统相连通，使主循环系统内的部分制冷剂进入旁路系统，所述设定值N1的取值范围为1～10℃，优选取值为5℃。具体地，车外温度由外部温度传感器25进行检测，在车外温度低于设定值N1时，控制器23控制旁通球阀17打开，使旁路系统与主循环系统连通。

更优选地，所述步骤三还包括：

在车外温度低于设定值N1时，检测蒸发单元15末端的温度，当蒸发单元15末端温度低于设定值N2时，使压缩机11排出的部分高温制冷剂进入至气液混合器14内，当蒸发单元15末端温度大于设定值N2时，使压缩机11排出的部分高温制冷剂返回压缩机11内；所述设定值N2的取值范围为1～5℃，优选取值为2℃。

具体地，当蒸发单元15末端温度低于设定值N2时，控制器23控制三通阀1a切换为第一管路16与第二管路18连通，旁路系统内的高温的制冷剂将进入气液混合器14内，并与低温制冷剂混合后流入蒸发单元15，当蒸发单元15末端温度大于设定值N2时，控制器23控制三通阀1a切换为第一管路16与第三管路19连通，旁路系统内的高温的制冷剂进入压缩机11入口。

优选地，所述空调机组1包括多个空调单元，在每个区域内设有一空调单元，每个空调单元分别具有主循环系统和旁路系统；所述步骤三还包括，当车外温度高于设定值N1时，判断区域温度与设定温度的差值，并在差值小于M时，控制该区域内的空调单元的旁路系统与主循环系统相连通，所述M的取值范围为1～5℃，优选取值为1.5℃。

以上所述为本发明的实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明原理前提下，还可以做出多种变形和改进，这也应该视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种车辆空调系统，包括空调机组和温度调节系统，其特征在于，所述温度调节系统包括，

多个车内温度传感器，所述多个车内温度传感器配置为采集车辆不同区域的温度；

数据处理器，与车内温度传感器连接，通过匹配不同区域的权重系数，对采集到的温度计算出加权均值；在人员较小的区域设置较低的权重系数，人员较多的区域设置较高的权重系数；

与空调机组连接的控制器，以及与控制器连接用于设定空调机组工作温度的温度设置模块；

所述控制器与数据处理器连接，并根据加权均值和设定温度控制空调机组的运行，在加权均值大于设定温度时，控制器控制空调机组运行制冷模式，在加权均值小于设定温度时，控制器控制空调机组运行通风模式；

所述空调机组包括，主循环系统，所述主循环系统包括通过循环管路依次连接的压缩机、冷凝单元、膨胀阀、气液混合器和蒸发单元，在循环管路内填充有制冷剂；与主循环系统连接的旁路系统，所述旁路系统的入口设置在压缩机与冷凝单元之间，出口通过三通阀后一路接入压缩机与膨胀阀之间，另一路接入气液混合器；所述控制器与旁路系统连接，并控制旁路系统的通断，在旁路系统连通时，将分流主循环系统中的制冷剂，使空调机组的制冷率下降；

在蒸发单元末端安装感温包，在蒸发单元末端温度低时，控制旁路系统内的高温的制冷剂进入气液混合器内，当蒸发单元末端温度高时，使压缩机排出的部分高温制冷剂返回压缩机内；

所述温度调节系统还包括，用于检测大气温度的外部温度传感器，所述外部温度传感器与控制器连接，所述控制器根据外部温度传感器和车内温度传感器的检测温度控制旁路系统的通断。

2.根据权利要求1所述的一种车辆空调系统，其特征在于，所述旁路系统包括，与压缩机的输出口连接的第一管路，设置在第一管路上的开关阀，一端与第一管路连接，另一端与气液混合器连接的第二管路，所述控制器与开关阀连接，并控制开关阀动作，当开关阀打开时，旁路系统与主循环系统连通。

3.根据权利要求2所述的一种车辆空调系统，其特征在于，所述旁路系统还包括，第三管路，所述第三管路与压缩机的输入口连接，所述第一管路通过三通阀分别与第二管路和第三管路连接；所述三通阀与控制器连接，控制器与检测蒸发单元温度的感温包连接，并根据感温包的检测温度控制三通阀动作。

4.根据权利要求1所述的一种车辆空调系统，其特征在于，所述车内温度传感器包括，外罩，设置在外罩内的感温元件和风扇，以及与感温元件连接的连接器；所述连接器与数据处理器连接；所述感温元件设置在风扇进风一侧，所述外罩上设有安装结构并固定安装在车辆墙板内，在车辆墙板上设有小孔，以供车内空气进入墙板内。

5.一种如权利要求1-4任一项所述车辆空调系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，将车内空间划分为多个区域，并通过车内温度传感器获取各个区域的温度值；

步骤二，对获取的温度值进行加权计算，并得到加权均值；

具体为，通过匹配不同区域的权重系数，对采集到的温度计算出加权均值，在人员较小的区域设置较低的权重系数，人员较多的区域设置较高的权重系数；

步骤三、判断加权均值是否大于设定温度，当加权均值大于设定温度时，空调机组运行制冷模式，当加权均值小于或等于设定温度时，空调机组运行通风模式；

所述加权均值的计算方法为：

式中：T_C为加权均值，P_i为权值，T_i为每个车内温度传感器检测到的数值；

所述步骤三还包括：当加权均值大于设定温度时执行以下步骤：

检测车外温度，并在车外温度低于设定值N1时，控制旁路系统与主循环系统相连通，使主循环系统内的部分制冷剂进入旁路系统；

在车外温度低于设定值N1时，检测蒸发单元末端的温度，当蒸发单元末端温度低于设定值N2时，使压缩机排出的部分高温制冷剂进入至气液混合器内，当蒸发单元末端温度大于设定值N2时，使压缩机排出的部分高温制冷剂返回压缩机内。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述设定值N1的取值范围为1～10℃。

7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述设定值N2的取值范围为1～5℃。

8.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述空调机组包括多个空调单元，在每个区域内设有一空调单元，每个空调单元分别具有主循环系统和旁路系统；所述步骤三还包括，当车外温度高于设定值N1时，判断区域温度与设定温度的差值，并在差值小于M时，控制该区域内的空调单元的旁路系统与主循环系统相连通，所述M的取值范围为1～5℃。

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