CN114312880B - 一种轨道车辆空调系统控制方法及轨道车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轨道车辆空调系统风量控制方法及轨道车辆，包括如下步骤：S1、空调控制单元接收到由车辆中央控制单元发出的站点停车信号，进入站点停车模式；S2、进入站点停车模式后，由空调控制单元控制空调通风机和废排风机降速运行降低车内压力；S3、进入站点停车模式后，控制空调系统保持当前的制冷或制热工况，并同时控制制冷或制热工况进入降低制冷量或制热量的模式运行；S4、车辆中央控制单元发出关门信号给空调控制单元，退出站点停车模式，空调控制单元控制空调通风机和废排风机恢复至自动风量调节模式运行。本发明可有效避免由于非空调机组自身故障而导致的故障信息问题，降低空调单元在运行过程中内部保护装置的启动频率，有利于减少空调系统维护及检修时间。

Description

一种轨道车辆空调系统控制方法及轨道车辆

技术领域

本发明涉及轨道车辆空调系统控制技术领域，特别涉及一种轨道车辆空调系统控制方法及采用该控制方法的轨道车辆。

背景技术

在动车组等轨道车辆上一般都安装有空调系统，用于调节车厢内的温度、湿度等，空调系统中除了空调机组外还包括新风装置和废排装置。新风装置用于向车厢内引入新风，废排装置用于同时将车厢内的废气排出车厢外，通过控制新风量和废排风量，在保证车厢内空气新鲜度的同时保持车厢内的压力处于微正压的状态。车厢内微正压一般控制在30-50Pa之间，用以提升车内环境的舒适度，同时也用于保证全列车车门的正常关闭。

其中，新风装置包括新风入口和安装在新风入口的新风风阀，新风入口一般设置在车体侧墙上或集成设置在空调机组上，新风入口将新风引入空调机组内的回风腔，与室内回风混合后与蒸发器进行热交换，处理后的混合风在空调机组通风机的作用下送入车厢内。

废排装置可以单独安装在车体上或集成安装在空调机组上，废排装置通过废排风道与废排风口连接，废排风口一般设置在卫生间、通过台及车厢内部，在废排风口处安装有废排风阀。现有废排装置采用两种排风方式，一是自然排风方式，利用车内的正压将废气排至室外，调节效率较低。另一种是强制排风方式，在废排风阀处安装废排风机，利用废排风机强制将车内的废气排放到车外。

为了空调系统安全可靠运行，一般在空调机组内安装有保护装置，如高温保护、低温保护等，例如，空调机组启动采暖功能时，机组内部有温度保护，在加热管有过热故障时启动温度保护并报出报警信息，需要更换加热管。但在动车组车辆的实际运营过程中，通过对空调系统运营问题系统分析发现，受外部因素的影响，致使空调机组内部保护装置具有很高的启动发生频率，并通过列车网络上传故障信息。如，车辆在运营停站时，为保证车门能正常开/关，会采用降低车内正压的方式，此时需要降低空调风量，进而导致空调机组内部温度升高而启动高温保护故障，并通过列车网络向车辆中央控制单元上传故障信息导致空调机组停机，甚至为保证车门能正常开/关，关闭机组制冷、采暖功能，影响车内温度舒适度。频繁启动制冷、采暖功能，影响压缩机、接触器等零部件使用寿命和增多故障次数，车辆维护人员需要花费较大精力排查故障，维护设备，在车辆运营过程中甚至影响空调正常使用，增加车辆运营成本。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是，提供一种可有效避免由于非空调机组自身故障而导致的故障信息问题，降低空调单元在运行过程中内部保护装置的启动频率，有利于减少空调系统维护及检修时间的轨道车辆空调系统控制方法，同时提供一种采用该控制方法的轨道车辆。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种轨道车辆空调系统控制方法，包括如下步骤：

S1、空调控制单元接收到由车辆中央控制单元发出的站点停车信号，进入站点停车模式；

S2、进入站点停车模式后，由所述空调控制单元控制空调通风机和废排风机降速运行降低车内压力；

S3、进入站点停车模式后，控制空调系统保持当前的制冷或制热工况，并同时控制制冷或制热工况进入降低制冷量或制热量的模式运行；

S4、车辆中央控制单元发出关门信号给空调控制单元，退出站点停车模式，所述空调控制单元控制空调通风机和废排风机恢复至自动风量调节模式运行。

进一步，所述空调通风机和废排风机均为多级供风，均至少包括高、中、低三级风速。

进一步，在步骤S2中，控制空调通风机转最低风速等级运行，同时控制废排风机以高于空调通风机的风速等级运行。

进一步，在步骤S3中，进入站点停车模式后，控制制冷工况或制热工况进入半冷或半暖工况运行；

或，在步骤S3中，进入站点停车模式后，控制制冷工况或制热工况按比例降低压缩机或电加热器的运行功率，所述比例分为多挡，与蒸发器或电加热器的实际温度与低温保护设定温度和高温保护设定温度的差值一一对应，差值越小、比例越小。

进一步，在步骤S4中，所述自动风量调节模式包括根据实时载客量调节空调通风机和废排风机的转速；

具体为，检测载客量，根据载客量至少划分为空载、半载、满载三个等级，每挡载客量等级一一对应空调通风机和废排风机的转速等级，载客量等级越高，空调通风机和废排风机的转速等级越高。

进一步，载客量通过安装在车辆上的计数器进行统计，或直接获取票务系统中的乘客信息，或通过检测车辆重量确定载客量等级。

进一步，所述空调控制单元接收到外部火灾信号时，进入外部火灾模式，所述空调控制单元关闭新风风阀和废排风阀，进入内循环模式，控制空调通风机和废排风机降速运行；或，所述空调控制单元关闭新风风阀，同时控制废排风机降速运行。

进一步，所述空调控制单元接收到内部火灾信号时，进入内部火灾模式，所述空调控制单元控制空调系统停机，手动触发排烟模式，控制新风风阀和废排风阀打开，控制所述废排风机运行。

进一步，还包括二氧化碳浓度检测步骤，当二氧化碳浓度高于设定值时，判断此时新风风量是否最大，如是，则发生系统异常信号；如不是，则提高空调通风机转速等级或增大新风风阀的开度。

本发明的另一个技术方案是：

一种轨道车辆，包括空调系统，所述空调系统采用如上所述的轨道车辆空调系统控制方法。

综上内容，本发明所述的一种轨道车辆空调系统控制方法及轨道车辆，与现有技术相比具有如下优点：

（1）本发明通过调整车辆在站点停车开门时车内压力等因素调节空调新风、废排风量，同时夏季降低制冷功率、冬季降低采暖功率，保证车门正常开闭同时，可有效避免到站停车过程中空调机组因风量调节因素导致内部压力保护装置、温度保护装置启动，避免由于非空调机组自身故障而导致的故障信息问题，降低空调单元在运行过程中内部传感器、保护装置启动频率，降低空调设备故障率，解决空调设备正常运行过程中因保护功能受限甚至停机问题，减少空调系统维护、检修时间。

（2）本发明可避免制冷、采暖功能频繁启停对车辆供电系统浪涌冲击，减少对机组内部设备（压缩机、冷凝风机、空调通风机、废排风机）、电气控制盘中（接触器等）零部件坏损，并节约车辆能耗。

（3）本发明中空调系统的通风机和废排风机均设置为多级供风的模式，用以满足不同环境和不同工作模式的运用需求，保证车内风量、温度舒适性，适应范围广。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1 是本发明系统结构图。

如图1所示，空调控制单元1，新风风阀2，废排风阀3，废排风机4，空调通风机5。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本实施例中提供一种轨道车辆空调系统控制方法，包括车辆中央控制单元（图中未示出）、空调控制单元1和车门控制单元（图中未示出），车辆中央控制单元与全列车的所有空调控制单元1和车门控制单元之间通过列车网络实现通讯连接。

每节车厢内均安装有一套或两套空调机组，空调控制单元1为安装在空调机组上的空调控制器，用于控制空调机组的制冷或制热等工作模式，同时根据载客量等信息控制该节车厢的新风风量和废排风量，以调节车内微正压保持在设计范围内，同时保证车厢内的空气新鲜度。空调系统中还包括新风装置和废排装置，新风装置包括设置在空调机组或车体侧墙上的新风入口和安装在新风入口处的新风风阀2，新风利用安装在空调机组内的空调通风机5送入车厢内。废排装置通过废排风道与废排风口连接，在废排风口处安装有废排风阀3，在废排风阀3下安装废排风机4，利用废排风机4强制将车内的废气排放至车外。

车门控制单元为车门的门控器，用于接收车辆中央控制单元的开门信号和关门信号，控制车门的开关，同时将开门信息和关门信息反馈给车辆中央控制单元。

本实施例中，车辆中央控制单元在需要开门和关门时，不但向全列车所有车门控制单元发送开门信号和关门信号，还同时向全列车的所有空调控制单元1发送开门信号和关门信号。

在每个空调控制单元1中均增加了开门控制模块和关门控制模块（图中未示出），开门控制模块和关门控制模块用于在接收到来自列车网络发送的开门信号和关门信号时，控制相应的空调通风设备动作，用以在开门前降低车厢内的压力，从而保证开车门动作顺利。空调通风设备包括新风风阀2、废排风阀3、废排风机4、空调通风机5。

其中，本实施例中优选，空调通风机5和废排风机4均为多级供风模式，均至少包括高、中、低三级风速，用以满足不同环境和不同工作模式的运用需求，保证车内风量、温度舒适性，适应范围广。空调通风机5与废排风机4的风速等级一一对应，即保证新风量和废排风量相同，不但保证车厢内的空气新鲜度，同时保持车厢内的微正压状态。

空调系统控制方法具体包括如下步骤：

S1、空调控制单元1接收到由车辆中央控制单元发出的站点停车信号，即开门信号，进入站点停车模式。

S2、进入站点停车模式后，由空调控制单元1控制空调通风机5和废排风机4降速运行，用以降低车内压力，保证开门顺畅。

本实施例中优选，控制空调通风机5以最低风速等级运行，同时控制废排风机4以高于空调通风机5的风速等级运行，至少高一个等级，对于设置三个风速等级的空调系统，可以控制空调通风机5以低速等级运行，同时控制废排风机4以中速等级运行。这样废排风量大于新风风量，车内压力会降低，有利于保证开门顺畅，同时又可以保证车厢内压力不会降的过低而影响乘坐舒适性。

S3、进入站点停车模式后，控制空调系统保持当前的制冷或制热工况，并同时控制制冷或制热工况进入降低制冷量或制热量的模式运行。

进入站点停车模式时，如果空调系统是制冷模式，依然保持制冷模式运行，如果空调系统是制热模式，则依然保持制热模式运行。

由于进入站点停车模式后，空调通风机5降速运行，制冷时，蒸发器的换热量减少，使得蒸发器的盘管温度降底，甚至低至低温保护的温度点。同理，制热时，电加热器的换热量也减少，使得电加热器的温度升高，甚至高至高温保护的温度点。

为了避免发生上述情况时，高温保护和低温保护动作，本实施例中，进入站点停车模式后，控制空调系统制冷或制热工况进入降低制冷量或制热量的模式运行，本实施例优选在进入站点停车模式后，控制制冷工况或制热工况进入半冷或半暖工况运行，用以提高蒸发器的温度和降低电加热器的温度，使得在空调通风机5降速运行时，不会导致高温保护和低温保护动作。

每台空调机组一般包括两台压缩机，当进入半冷工况时，可以控制只开启其中的一台压缩机，另一台压缩机暂时停机。或者，将两台压缩机的输出功率同时减半。

每台空调机组同样安装有两个电加热器，当进入半暖工况时，可以只控制其中一个电加热器工作，或者将两个电加热器的加热功率均减半运行。

S4、车辆中央控制单元发出关门信号给空调控制单元，退出站点停车模式，空调控制单元控制空调通风机5和废排风机4恢复至自动风量调节模式运行。

恢复到自动风量调节模式运行时，空调通风机5和废排风机4的转速相同，保持新风量和废排风量相同，此时，车厢内的压力会在开门状态的基础上有所回升，回升至正常的车内压力，有利于车门顺利关闭，同时保证车辆运行时车厢内压力在设定范围内。

自动风量调节模式包括根据载客量调节空调通风机5和废排风机4的转速。具体为，检测载客量，根据载客量将车内人员乘车状态至少划分为空载、半载、满载三个等级，每挡载客量等级一一对应空调通风机5和废排风机4的转速等级，载客量等级越高，空调通风机5和废排风机4的转速等级越高。空载时空调通风机5和废排风机4均以低速运行，新风量和废排风量均为900 m³/h。半载时空调通风机5和废排风机4均以中速运行，对应新风量为和废排风量均为1350m³/h，满载时空调通风机5和废排风机4均以高速运行，对应新风量为和废排风量均为1800m³/h。

空载时，控制压缩机、电加热器全部停机，只有空调通风机5和废排风机4运行。半载时，控制制冷工况或制热工况进入半冷或半暖工况运行，半冷和半暖的运行方式与上述相同。满载时，控制所有压缩机和电加热器全功率运行。

本实施例中，载客量通过检测车辆重量确定，将车辆重量分成多个范围，每个范围对应载客量的一个等级，车辆重量由安装在车下的重量传感器检测，空调控制单元1通过网络接收车辆重量信息，无需另外安装传感器进行检测。空调控制单元1获取车辆重量信息后，通过逻辑计算算出车辆空载、半载、满载三种车内人员乘车状态。

空调控制单元1接收到火灾信号时进入火灾模式，其中包括外部火灾信号和内部火灾信号。

接收到外部火灾信号时，进入外部火灾模式，外部火灾信号直接通过车辆中央控制单元获取。进入外部火灾模式后，空调控制单元1关闭新风风阀和废排风阀，进入内循环模式，防止外部烟雾进入车内，此时，可以控制空调通风机5和废排风机4降速运行。或，空调控制单元1只关闭新风风阀，同时控制废排风机4低速运行，同样起到防止外部烟雾进入车内的作用。

空调控制单元1接收到内部火灾信号时，进入内部火灾模式，空调控制单元1控制空调系统停机，即压缩机、电加热器停止工作，此时手动触发排烟模式，排烟模式的触发通过安装在中央控制系统中的排烟按钮实现。进入排烟模式后控制新风风阀和废排风阀打开，同时控制废排风机4运行，更优选控制废排风机4以最高风速等级运行，使车厢内的烟雾迅速排至车外。

该空调控制方法中还包括二氧化碳浓度检测步骤，在车厢内的不同区域放置二气化碳传感器。当车厢内新风量减少时，二气化碳浓度会随之升高，设置二气化碳浓度正常值5000ppm，实时检测车内二氧化碳浓度值与设定值5000ppm对比，当检测到二氧化碳浓度高于设定值时，空调控制单元1首先判断此时新风风量是否最大，如是，则发生系统异常信号至车辆中央控制单元的显示屏。

新风风量是否最大通过新风阀开度是否最大以及空调通风机5的风速是否处于最高风速等级来判断，如果在新风阀开度最大以及空调通风机5以最高风速运行时二气化碳浓度依然超过设定值，说明新风滤网堵塞严重，需要急时清洗或更换。如果空调控制单元1判断此时，空调通风机5没有处于最高风速等级，以及新风阀没有开到最大，则先提高空调通风机5转速等级或增大新风风阀的开度，用以提高车厢内空气新鲜度，保证乘坐的舒适性。

本实施例中同时还提供一种轨道车辆，包括空调系统，空调系统采用如上所述的轨道车辆空调系统控制方法。

本实施例所提供的空调系统控制方法，具有如下优点：

（1）通过调整车辆在站点停车开门时车内压力等因素调节空调新风、废排风量，同时夏季降低制冷功率、冬季降低采暖功率，保证车门正常开闭同时，可有效避免到站停车过程中空调机组因风量调节因素导致内部压力保护装置、温度保护装置启动，避免由于非空调机组自身故障而导致的故障信息问题，降低空调单元在运行过程中内部传感器、保护装置启动频率，降低空调设备故障率，解决空调设备正常运行过程中因保护功能受限甚至停机问题，减少空调系统维护、检修时间。

（3）可避免制冷、采暖功能频繁启停对车辆供电系统浪涌冲击，减少对机组内部设备（压缩机、冷凝风机、空调通风机、废排风机）、电气控制盘中（接触器等）零部件坏损，并节约车辆能耗。

（4）空调系统的通风机和废排风机均设置为多级供风的模式，在保证车内压力舒适性的前提下，使得各种模式下空调通风机风量与废排风机风量对应，满足不同环境和不同工作模式的运用需求，保证车内风量、温度舒适性，适应范围广。

（5）空调控制单元直接通过列车网络采集车辆状态信息，如车辆重量信息、停站开关门信息、内外部火灾信息，通过采集的信息进行计算和判断，控制空调通风机和废排风机运行状态，控制逻辑简单，编写程序量少。

实施例二：

与实施例一不同之处在于，在上述步骤S3中，进入站点停车模式后，控制制冷工况或制热工况按比例降低压缩机或电加热器的运行功率，比例分为多挡，与蒸发器或电加热器的实际温度与低温保护设定温度和高温保护设定温度的差值一一对应，差值越小、比例越小。

实施例三：

与实施例一不同之处在于，本实施例中，在执行步骤S2时，不是控制全列车所有空调通风机5和废排风机4均降速运行，而是控制至少全列车设定比例以上的空调通风机5和废排风机4降速运行，用以保证车内压力上升达到开门要求，该设定比例可以优选为50%。

具体为以下几种方式：

一是，当每节车厢内安装有两个空调通风机5和废排风机4时，由空调控制单元1控制所在车厢内的其中至少一组空调通风机5和废排风机4降速运行，另一组可以继续保持开门前的工况运行。

二是，控制相间隔车厢内的空调通风机5和废排风机4降速运行，且不同站点间空调通风机5和废排风机4轮换降速运行，如本站控制单号车厢内的空调通风机5和废排风机4降速运行，双号车厢内的空调通风机5和废排风机4保持原工况运行，下一站时控制双号车厢内的空调通风机5和废排风机4降速运行，单号车厢内的空调通风机5和废排风机4保持原工况运行。由车辆中央控制单元向间隔车厢的空调控制单元1发送开门信号，由接收到开门信号的空调控制单元1控制所在车厢的空调通风机5和废排风机4降速运行。

实施例四：

与上述实施例不同之处在于，本实施例中，在执行步骤S2时，还包括压力检测的步骤，在车厢内安装有压力传感器，压力传感器与车辆中央控制单元连接，实时将车内压力信号发送至车辆中央控制单元内，在车辆中央控制单元向空调控制单元1发出开门信号前，先判断车厢内的压力是否满足开关门的压力需求。如果压力满足开关门的需求，在0-100Pa内，则不向空调控制单元1发出开门信号或关门信号，只有在压力不满足要求时才向相应的空调控制单元1发送开门信号。

该方法可以在保证开门所需压力的同时，减少通风设备的动作次数，有利于保持空调机组原有的工作模式，使车厢内保持所需的舒适度。

实施例五：

与实施例一不同之处在于，载客量通过票务系统中的乘务信息获取，空调控制单元1根据载客量信息与车辆的核载数量的比值控制空调通风机5和废排风机4的转速大小，即控制新风风量，比值越大，新风量越大，空调通风机5和废排风机4的转速越大。

票务系统可获取车辆在不同站点之间的载客量信息，空调控制单元1根据不同站点之间的载客量信息，控制不同站点之间车辆内的空调新风量的大小。车辆每次靠站时，票务系统都会重新统计载客量信息，空调控制单元1根据重新统计的载客量信息控制空调通风机5和废排风机4的转速的大小。乘务信息包括乘客分布信息，空调控制单元1根据乘客分布信息获取车辆内不同区域的乘客密度，空调控制单元1根据乘客密度控制车辆内不同区域的空调新风量的大小，即控制不同区域内的空调通风机5和废排风机4的转速的大小。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (10)

1.一种轨道车辆空调系统控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、空调控制单元接收到由车辆中央控制单元发出的站点停车信号，进入站点停车模式；

S2、进入站点停车模式后，由所述空调控制单元控制空调通风机和废排风机降速运行降低车内压力；

S3、进入站点停车模式后，控制空调系统保持当前的制冷或制热工况，并同时控制制冷或制热工况进入降低制冷量或制热量的模式运行；

S4、车辆中央控制单元发出关门信号给空调控制单元，退出站点停车模式，所述空调控制单元控制空调通风机和废排风机恢复至自动风量调节模式运行；

在步骤S2中，控制空调通风机转最低风速等级运行，同时控制废排风机以高于空调通风机的风速等级运行。

2.根据权利要求1所述的一种轨道车辆空调系统控制方法，其特征在于：所述空调通风机和废排风机均为多级供风，均至少包括高、中、低三级风速。

3.根据权利要求1所述的一种轨道车辆空调系统控制方法，其特征在于：在步骤S3中，进入站点停车模式后，控制制冷工况或制热工况进入半冷或半暖工况运行。

4.根据权利要求1所述的一种轨道车辆空调系统控制方法，其特征在于：在步骤S3中，进入站点停车模式后，控制制冷工况或制热工况按比例降低压缩机或电加热器的运行功率，所述比例分为多挡，与蒸发器或电加热器的实际温度与低温保护设定温度和高温保护设定温度的差值一一对应，差值越小、比例越小。

5.根据权利要求2所述的一种轨道车辆空调系统控制方法，其特征在于：在步骤S4中，所述自动风量调节模式包括根据实时载客量调节空调通风机和废排风机的转速；

具体为，检测载客量，根据载客量至少划分为空载、半载、满载三个等级，每挡载客量等级一一对应空调通风机和废排风机的转速等级，载客量等级越高，空调通风机和废排风机的转速等级越高。

6.根据权利要求5所述的一种轨道车辆空调系统控制方法，其特征在于：载客量通过安装在车辆上的计数器进行统计，或直接获取票务系统中的乘客信息，或通过检测车辆重量确定载客量等级。

7.根据权利要求1所述的一种轨道车辆空调系统控制方法，其特征在于：所述空调控制单元接收到外部火灾信号时，进入外部火灾模式，所述空调控制单元关闭新风风阀和废排风阀，进入内循环模式，控制空调通风机和废排风机降速运行；或，所述空调控制单元关闭新风风阀，同时控制废排风机降速运行。

8.根据权利要求1所述的一种轨道车辆空调系统控制方法，其特征在于：所述空调控制单元接收到内部火灾信号时，进入内部火灾模式，所述空调控制单元控制空调系统停机，手动触发排烟模式，控制新风风阀和废排风阀打开，控制所述废排风机运行。

9.根据权利要求1所述的一种轨道车辆空调系统控制方法，其特征在于：还包括二氧化碳浓度检测步骤，当二氧化碳浓度高于设定值时，判断此时新风风量是否最大，如是，则发生系统异常信号；如不是，则提高空调通风机转速等级或增大新风风阀的开度。

10.一种轨道车辆，包括空调系统，其特征在于：所述空调系统采用如权利要求1-9任一项所述的轨道车辆空调系统控制方法。

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