CN112644242A - 一种车辆的采暖控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种公共交通车辆的采暖系统控制方法、装置，控制方法包括：获取车内目标温度；根据该目标温度计算车体隔热壁传热量Q₁和开关门散热量Q₂；根据该车体隔热壁传热量Q₁和该开关门散热量Q₂计算采暖系统目标功率；以及根据该采暖系统目标功率控制采暖设备的工作功率。

Description

一种车辆的采暖控制方法和装置

技术领域

本发明涉及公共交通设备领域，尤其涉及一种用于公共交通车辆的采暖系统控制方法、装置和计算机可读介质。

背景技术

随着城市的快速发展，公共交通在城市生活中扮演着越来越重要的角色。在一般情况下，城市公共交通车辆存在着客室内外环境因素变化大、开门频率高、载客量变化大而导致车内热负荷变化大的问题。如何合理的控制调节公共交通车辆的采暖系统，同时实现车辆的节能并更好的保证乘客的舒适性，成为该领域的关注焦点。

现有的采暖系统是仅仅通过对客室温度和目标温度之间的温度差这一单一指标调节对采暖系统运行状态的控制，该种方法未能将车辆内外环境的实时变化纳入考量，对于采暖系统运行控制未与车辆开关门频率、车外环境温度以及载客量等实时动态信息充分联动，不利于车辆的节能以及乘客的舒适度感受。

因此本领域亟需一种与车辆开关门频率、车外环境温度以及载客量等实时动态信息充分联动的车辆采暖系统控制技术，针对车辆行驶工况的动态变化实时控制调节采暖系统功率，实现车辆的节能，提高乘客的舒适度感受。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种车辆的采暖控制方法、装置及计算机可读介质，将采暖控制与车内外环境温度变化、开关门频率以及载客量等实时信息充分联动，提升了车辆的节能特性与乘客的舒适度体验。

本发明提供了一种公共交通车辆的采暖系统控制方法，包括：获取车内目标温度；根据该目标温度计算车体隔热壁传热量Q₁和开关门散热量Q₂；根据该车体隔热壁传热量Q₁和该开关门散热量Q₂计算采暖系统目标功率；根据该采暖系统目标功率控制采暖设备的工作功率。

在一实施例中，该计算车体隔热壁传热量Q₁：

Q₁＝K×F×ΔT

其中K为车体隔热壁传热系数，F为车体隔热壁传热面积，ΔT为室外环境温度与该车内目标温度的差值。

在一实施例中，该计算开关门散热量Q₂：

其中V为车内容积，ρ、C_p为车外环境温度下的空气密度和空气比热容，ΔT为室外环境温度与该车内目标温度的差值，n为车辆单位小时的开关门次数，φ₁为开门时间，φ₂为关门时间。

在一实施例中，该计算采暖系统目标功率还包括：计算确定旅客散发的显热量Q₃；该采暖系统目标功率P为该车体隔热壁传热量Q₁与该开关门散热量Q₂之和减去该旅客散发的显热量Q₃，即P＝Q₁+Q₂-Q₃。

在一实施例中，该计算确定旅客散发的显热量Q₃：

Q₃＝η×N×q

其中η为车辆集群系数，N为车内载客量，q为在该目标温度下平均每个成年旅客潜热量和散热量之和。

在一实施例中，该计算车内载客量N：N＝(m_总-m_空)/人均质量，其中m_总是车辆实时整车重量，m_空是车辆空车质量。

本发明的另一方面提供了一种公共交通车辆的采暖控制装置，包括：采暖系统控制器，配置为获取车内目标温度；根据该目标温度计算车体隔热壁传热量Q₁和开关门散热量Q₂；根据该车体隔热壁传热量Q₁和该开关门散热量Q₂计算采暖系统目标功率；根据该采暖系统目标功率控制采暖设备的工作功率。

在一实施例中，该采暖控制器装置进一步配置成计算车体隔热壁传热量Q₁：

Q₁＝K×F×ΔT

其中K为车体隔热壁传热系数，F为车体隔热壁传热面积，ΔT为室外环境温度与该车内目标温度的差值。

在一实施例中，该采暖控制器装置进一步配置成计算开关门散热量Q₂：

其中V为车内容积，ρ、C_p为车外环境温度下的空气密度和空气比热容，ΔT为室外环境温度与该车内目标温度的差值，n为车辆单位小时的开关门次数，φ₁为开门时间，φ₂为关门时间。

在一实施例中，该采暖控制器装置进一步配置成计算采暖系统目标功率，还包括计算确定旅客散发的显热量Q₃；该采暖系统目标功率P为该车体隔热壁传热量Q₁与该开关门散热量Q₂之和减去该旅客散发的显热量Q₃，即P＝Q₁+Q₂-Q₃。

在一实施例中，该采暖控制器装置进一步配置成计算确定旅客散发的显热量Q₃：

Q₃＝η×N×q

其中η为车辆集群系数，N为车内载客量，q为在该目标温度下平均每个成年旅客潜热量和散热量之和。

在一实施例中，该采暖控制器装置进一步配置成计算车内载客量N：N＝(m总-m空)/人均质量，其中m_总是车辆实时整车重量，m_空是车辆空车质量。

本发明的另一方面提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如上述方法中任一项所述的步骤。

附图说明

在结合以下附图阅读本发明的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1示出了根据本发明的一方面绘制的车辆采暖系统控制方法的流程图；

图2示出了根据本发明的另一方面一实施例绘制的车辆采暖控制装置的架构图；

图3示出了根据本发明的另一方面绘制的车辆采暖控制装置的框图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。

图1示出了根据本发明的一方面绘制的车辆采暖系统控制方法100的流程图，该采暖系统控制方法100可包括以下步骤。

步骤101：获取车内目标温度。当车外环境温度不超过10℃时，车辆客室内乘客的人体舒适性温度为18℃至22℃。可根据实际需要设定车内目标温度，以满足节能与乘客的舒适度要求。

在一实施例中，车辆客室外温度可由网络信息获取，在车辆室内设有温度传感器，可实时读取车内实时温度，由车辆室内外温度差情况确定车内目标温度值。

步骤102：根据该目标温度计算车体隔热壁传热量Q₁和开关门散热量Q₂。

车体隔热壁传热量表征了允许通过车体隔热壁的热量，包括以热传导形式的隔热壁内部的传热以及以对流及辐射为主要形式的隔热壁边界的传热。开关门散热量表征了在车辆开关门期间客室内散失的热量值，受开关门频率、时间等因素的影响。

车体隔热壁传热量Q₁和开关门散热量Q₂的具体计算方法如下文所述。

步骤103：根据该车体隔热壁传热量Q₁和该开关门散热量Q₂计算采暖系统目标功率，具体的计算方法如下文所述。

在获取了车内目标温度后，可根据车辆客室外温度计算室外环境温度与车内目标温度的差值ΔT，进而根据这一温度差值ΔT计算确定车体隔热壁传热量Q₁和开关门散热量Q₂，具体计算方法如下所述。

在本发明的一实施例中，车体隔热壁传热量Q1根据公式Q₁＝K×F×ΔT计算，其中，K为车体隔热壁传热系数，F为车体隔热壁传热面积，ΔT为室外环境温度与该车内目标温度的差值。本领域技术人员可以知晓，车体隔热壁系数是指车内外空气相差1℃时，在1小时内，通过1㎡隔热壁表面积所传递的热量，它可以表示出车体隔热壁允许热量通过的能力。在同样的传热面积与车内外温差的情况下，通过的热量越大，其隔热性能就越差，隔热壁的传热系数受车体隔热壁的结构形式、厚度、隔热材料的性能、隔热壁边界空气的流速、车体表面温度、光滑程度以及表面黑度等因素的影响，因此传热系数K是综合了车体隔热壁各种传热因素的指标，比较真实地反映隔热壁的传热状况。

鉴于公共交通对车辆的轻量化、隔热隔声、环保方面的较高要求，我国目前投入运营的公共交通车辆采用了超细玻璃棉板、聚乙烯泡沫塑料板材、聚氨酯硬质泡沫材料、碳纤维、三聚氰胺树脂发泡材料、高性能保温玻璃棉等作为隔热材料。在实际操作中，本领域技术人员可以根据具体车辆的隔热材料、车辆结构等因素确定车辆隔热壁的隔热系数并由此计算出车体隔热壁传热量Q₁。一般在车辆出厂时，会经过大量的试验确定车体的传热系数。我国客车的K值一般是1.16～1.74W/(m2`K)，空调客车车体平均传热系数为0.921W/(m2`K)左右，双层客车车体的平均传热系数为1.4W/(m2`K)，而日本客车车体的平均传热系数在2.91～3.25W/(m2`K)。本领域技术人员可以理解，车体隔热壁传热系数K与车体隔热壁传热面积F为车辆的固有参数，视不同车辆的具体情形而定。

相较于一般高速公共交通车辆，城市公共交通车辆的客室内温度受由车辆开关门造成的热量散失影响更加显著，因此，在本发明所提供采暖方案应用至城市公交车辆时，需额外考虑开关门散热量对车辆采暖系统工作的影响。

在本发明的一实施例中，开关门散热量Q₂计算根据以下公式：

其中V为车内容积，ρ、C_p为车外环境温度下的空气密度和空气比热容，ΔT为室外环境温度与该车内目标温度的差值，n为车辆单位小时的开关门次数，φ₁为开门时间，φ₂为关门时间。

当室内外温差较大时，尤其在秋冬季节，车辆开关门造成的热量散失不可忽视。在实际操作中，可设定一目标时间段，统计目标时间段内的开关门频率以及时间，从而计算出目标时间段内的开关门散热量Q₂。该目标时间段的设定可以视实际情况而改变，例如根据不同车次、不同外界环境等因素合理设定，以获得更为准确的目标加热功率值，达到节能和提高旅客舒适度的效果。

本发明提供的采暖系统控制方法还包括：

步骤104：根据该采暖系统目标功率控制采暖设备的工作功率。

控制采暖设备的工作功率与采暖系统的目标功率达到相等，进而实现采暖设备的输出能力最优化，将车内温度保持在预设的范围内，对加热功率的精准控制以达到车辆节能及保障乘客舒适度的效果。

在本发明的一实施例中，计算车辆采暖系统目标加热功率还需考虑旅客散发的显热量Q₃以计算采暖系统的目标功率P。采暖系统目标功率P为车体隔热壁传热量Q₁与该开关门散热量Q₂之和减去该旅客散发的显热量Q₃，即P＝Q₁+Q₂-Q₃。

在一实施例中，计算确定旅客散发的显热量Q₃＝η×N×q，其中η为车辆集群系数，N为车内载客量，q为在目标温度下平均每个成年旅客潜热量和散热量之和。

可以理解地，当车内人员密集时，人体与外界的对流换热量急剧减少，而人体周围的温度急剧上升，超出人体舒适度的范围，乘客开始感觉到“热”，引发“不舒适感”。因此也需要相应地动态调节采暖系统的输出，充分考虑在乘客不同的集群系数下的显热量，从而调节环境温度以满足乘客的舒适度需求。

这里，舒适度需求是建立在量化了的目标温度参数上的，为了维持正常的体温，人体散热与新陈代谢产生的热量必须保持平衡，此时人体才感觉到舒适。当空气温度升高或空气流速降低时，人体对流散热量减少，人体开始接受对流热，但体内多余的热量难以全部散出，在体内蓄存热量，导致体温上升，人就会感觉“热”。相反，当空气温度下降或空气流速加大时，人体对流散热量过多，体内温度开始下降，人就会感觉到“冷”，产生不适感。因此，本发明的技术方案在充分考量了车内乘客波动、热负荷不稳定的影响因素，可实现采暖系统目标功率的针对性动态调节。

在本发明的一实施例中车内载客量N采用以下公式计算：

N＝(m_总-m_空)/人均质量

其中m_总是车辆实时整车重量，m_空是车辆空车质量。

在一实施例中，车辆配置有整车重量传感器，用以测量整车实时重量并发送整车重量信号至车内载客量计算单元计算车内载客量。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

本发明的另一方面提供了一种公共交通车辆的采暖控制装置，该装置包括采暖系统控制器。采暖系统控制器配置为获取车内目标温度；根据目标温度计算车体隔热壁传热量Q₁和开关门散热量Q₂；根据车体隔热壁传热量Q₁和开关门散热量Q₂计算采暖系统目标功率；根据采暖系统目标功率控制采暖设备的工作功率。

在一实施例中，采暖控制器装置进一步配置成计算车体隔热壁传热量Q₁：

Q₁＝K×F×ΔT

其中K为车体隔热壁传热系数，F为车体隔热壁传热面积，ΔT为室外环境温度与车内目标温度的差值。

在一实施例中，采暖控制器装置进一步配置成计算开关门散热量Q₂：

其中V为车内容积，ρ、C_p为车外环境温度下的空气密度和空气比热容，ΔT为室外环境温度与车内目标温度的差值，n为车辆单位小时的开关门次数，φ₁为开门时间，φ₂为关门时间。

在一实施例中，采暖控制器装置进一步配置成计算采暖系统目标功率，还包括计算确定旅客散发的显热量Q₃；采暖系统目标功率P为车体隔热壁传热量Q₁与开关门散热量Q₂之和减去旅客散发的显热量Q₃，即P＝Q₁+Q₂-Q₃。

在一实施例中，采暖控制器装置进一步配置成计算确定旅客散发的显热量Q₃：

Q₃＝η×N×q

其中η为车辆集群系数，N为车内载客量，q为在目标温度下平均每个成年旅客潜热量和散热量之和。

在一实施例中，采暖控制器装置进一步配置成计算车内载客量N：

N＝(m总-m空)/人均质量

其中m_总是车辆实时整车重量，m_空是车辆空车质量。

在本发明的一实施例中，采暖系统控制器还包括：整车重量传感器以及车内载客量计算单元。其中整车重量传感器用以测量整车实时重量并发送整车重量信号，载客量计算单元用以接收整车重量传感器发出的整车重量。

图2示出了根据本发明的另一方面的一实施例绘制的车辆采暖控制装置的架构图。在如图2所示的实施例中，采暖控制装置主要由控制器构成，控制器配置为实现上述采暖方法的具体步骤。与控制器相连接的还有室内、外温度传感器，用以测量室内、外实时温度，将实时温度值发送给控制器，以便确定车辆室内的目标温度。控制器还连接有整车重量传感器和开关门频率传感器，分别用来传送整车实时重量以计算车内载客量N以及统计车辆的开关门时间和频率等参数。在该实施例中，控制器接收来自整车网络所提供的的网络信号，以实现与车辆实时信息的充分联动。同时，采暖控制器也将车辆采暖系统的状态信息、故障信息等反馈给整车网络，使车辆操作人员可以实时知晓采暖系统的工作状态。此外，采暖控制器在计算了相应参数后，向采暖设备发送控制信号。该实施例中采暖设备具体包括电取暖器、空气预热器、空调热泵以及燃油加热器，控制器将与车内动态信息充分联动后计算出的相应目标参数发送给各采暖设备，控制其工作功率，以达到节能和提高舒适度的效果。与此同时，各个采暖设备将各自的部件状态反馈给采暖系统控制器，以便进行检测工作状态、故障检修等工作。

根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，计算机程序被处理器执行时实现上述任一种采暖控制方法的步骤。

图3示出了根据本发明的另一方面绘制的采暖控制装置的框图。如图3所示，根据本发明另一方面提供的采暖控制装置包括存储器310和处理器320。

本案描述的处理器320可使用电子硬件、计算机软件或其任何组合来实现。此类处理器是实现为硬件还是软件将取决于具体应用和加诸于系统的整体设计约束。作为示例，本公开中呈现的处理器320、处理器320的任何部分、或处理器320的任何组合可用微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件(PLD)、状态机、门控逻辑、分立的硬件电路、以及配置成执行贯穿本公开描述的各种功能的其他合适的处理组件来实现。本公开中呈现的处理器320、处理器320的任何部分、或处理器320的任何组合的功能性可用由微处理器、微控制器、DSP或其他合适的平台执行的软件来实现。

结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器320执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储器中。如图3所示，示例性存储器310耦合到处理器320以使得该处理器320能从/向该存储器310读取和写入信息。在替换方案中，存储器310可以被整合到处理器320。处理器320和存储器310可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器320和存储器310可作为分立组件驻留在用户终端中。在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储器和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储器310可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括、RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

以上为本发明提供的车辆的采暖控制方法、装置和计算机可读介质，将采暖控制与车内外环境温度变化、开关门频率以及载客量等实时信息充分联动，提升了车辆的节能特性与乘客的舒适度体验。

提供对本发明的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本发明的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本发明的精神或范围。由此，本发明并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (13)

1.一种公共交通车辆的采暖系统控制方法，包括：

获取车内目标温度；

根据所述目标温度计算车体隔热壁传热量Q₁和开关门散热量Q₂；

根据所述车体隔热壁传热量Q₁和所述开关门散热量Q₂计算采暖系统目标功率；以及

根据所述采暖系统目标功率控制采暖设备的工作功率。

2.如权利要求1所述的采暖系统控制方法，其特征在于，所述计算车体隔热壁传热量Q₁：

Q₁＝K×F×ΔT

其中K为车体隔热壁传热系数，F为车体隔热壁传热面积，ΔT为室外环境温度与所述车内目标温度的差值。

3.如权利要求1所述的采暖系统控制方法，其特征在于，所述计算开关门散热量Q₂：

其中V为车内容积，ρ、C_p为车外环境温度下的空气密度和空气比热容，ΔT为室外环境温度与所述车内目标温度的差值，n为车辆单位小时的开关门次数，φ₁为开门时间，φ₂为关门时间。

4.如权利要求1所述的采暖系统控制方法，其特征在于，所述计算采暖系统目标功率还包括：

计算确定旅客散发的显热量Q₃；

所述采暖系统目标功率P为所述车体隔热壁传热量Q₁与所述开关门散热量Q₂之和减去所述旅客散发的显热量Q₃，即P＝Q₁+Q₂-Q₃。

5.如权利要求4所述的采暖系统控制方法，其特征在于，所述计算确定旅客散发的显热量Q₃：

Q₃＝η×N×q

其中η为车辆集群系数，N为车内载客量，q为在所述目标温度下平均每个成年旅客潜热量和散热量之和。

6.如权利要求5所述的采暖系统控制方法，其特征在于，所述计算车内载客量N：

N＝(m_总-m_空)/人均质量

其中m_总是车辆实时整车重量，m_空是车辆空车质量。

7.一种公共交通车辆的采暖控制装置，包括：

存储器；以及与存储器耦合的

控制器，配置为

获取车内目标温度；

根据所述目标温度计算车体隔热壁传热量Q₁和开关门散热量Q₂；

根据所述车体隔热壁传热量Q₁和所述开关门散热量Q₂计算采暖系统目标功率；以及

根据所述采暖系统目标功率控制采暖设备的工作功率。

8.如权利要求7所述的采暖控制装置，其特征在于，所述采暖控制器装置进一步配置成计算车体隔热壁传热量Q₁：

Q₁＝K×F×ΔT

其中K为车体隔热壁传热系数，F为车体隔热壁传热面积，ΔT为室外环境温度与所述车内目标温度的差值。

9.如权利要求7所述的采暖控制装置，其特征在于，所述采暖控制器装置进一步配置成计算开关门散热量Q₂：

其中V为车内容积，ρ、C_p为车外环境温度下的空气密度和空气比热容，ΔT为室外环境温度与所述车内目标温度的差值，n为车辆单位小时的开关门次数，φ₁为开门时间，φ₂为关门时间。

10.如权利要求7所述的采暖控制装置，其特征在于，所述采暖控制器装置进一步配置成计算采暖系统目标功率，还包括

计算确定旅客散发的显热量Q₃；

所述采暖系统目标功率P为所述车体隔热壁传热量Q₁与所述开关门散热量Q₂之和减去所述旅客散发的显热量Q₃，即P＝Q₁+Q₂-Q₃。

11.如权利要求10所述的采暖控制装置，其特征在于，所述采暖控制器装置进一步配置成计算确定旅客散发的显热量Q₃：

Q₃＝η×N×q

其中η为车辆集群系数，N为车内载客量，q为在所述目标温度下平均每个成年旅客潜热量和散热量之和。

12.如权利要求11所述的采暖控制装置，其特征在于，所述采暖控制器装置进一步配置成计算车内载客量N：

N＝(m总-m空)/人均质量

其中m_总是车辆实时整车重量，m_空是车辆空车质量。

13.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述方法的步骤。

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