CN114654964B - 一种车辆无尘空调系统及调节控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种车辆无尘空调系统及调节控制方法，所述的调节控制方法包括如下步骤：获取车辆内部人员影响下的需氧量和人员对车内温度的改变量；根据需氧量调节车内回风量和车外新风进风量；根据车内回风量和车外新风进风量获取加压机进风口处的气体温度；根据加压机进风口处的气体温度、人员对车内温度的改变量获取空调的温度调节量。本发明根据加压机进风口处的气体温度、人员对车内温度的改变量获取空调的温度调节量，无需人们手动调节，体验感好；车内人员数量发生改变，会使得车内需氧总量发生改变，本发明根据需氧量调节车内回风量和车外新风进风量，提高了舒适度。

Description

一种车辆无尘空调系统及调节控制方法

技术领域

本发明属于空调技术领域，具体涉及一种车辆无尘空调系统及调节控制方法。

背景技术

汽车无尘空调系统是实现对车厢内空气进行制冷、加热、换气和空气净化的装置。它可以为乘车人员提供舒适的乘车环境，降低驾驶员的疲劳强度，提高行车安全。

对于家用轿车，多采用冷暖一体式空调系统，不仅需要保持车内的温度和湿度合适，同时还要保证车内的空气清新，故现有汽车空调通常具有内循环和外循环两个进风口。

无论采用内循环还是外循环，调节方式多采用手动调节温度高低和风量的大小，调节后温度和车外新风进风量都是固定状态，很多情况下并不舒适。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，本发明的第一个目的是提供一种车辆无尘空调系统的调节控制方法，本发明的第二个目的是提供一种具有前述车辆无尘空调系统的调节控制方法的车辆无尘空调系统。

为达到上述第一个目的，本发明采用如下技术方案：一种车辆无尘空调系统的调节控制方法，包括如下步骤：获取车辆内部人员影响下的需氧量和人员对车内温度的改变量；根据需氧量调节车内回风量和车外新风进风量；根据车内回风量和车外新风进风量获取加压机进风口处的气体温度；根据加压机进风口处的气体温度、人员对车内温度的改变量获取空调的温度调节量。

实际中，人体散发的热量会对车辆内部温度产生影响，车内人员数量发生改变也会对车辆内部温度产生影响，会使得车辆内的实际温度与设定温度产生偏差，需要进行温度补偿；车辆内人员的不同，会有不同的需氧量，需要根据需氧量的不同调节车外新风量。本发明根据车辆内部乘坐人员的不同，获取需氧量和人员对车内温度的改变量，根据需氧量获取车内回风量和车外新风进风量，使车内保持舒适乘坐需要的氧气含量，乘坐舒适度提高；同时根据回风量和车外新风进风量获取加压机进风口处的气体温度，根据加压机进风口处的气体温度、人员对车内温度的改变量获取空调的温度调节量，温度调节更加准确，同时无需人们手动调节，体验感好，且舒适度高。

在本发明的一种优选实施方式中，获取车辆内部人员影响下的需氧量和人员对车内温度的改变量的方法采用如下方法之一：

方法一：

检测车量内部的实际含氧量每分钟的变换量，实际含氧量每分钟的变换量×车辆的有效容积V，即得到需氧量；

检测车量多个座位区域的空气温度，获取其平均温度值，平均温度值-出风口温度值，作为人员对车内温度的改变量；

方法二：

检测车辆内部的人员数量以及体重；

根据人员的体重获取人员的散热量和需氧量；

根据人员的散热量获取人员对车内温度的改变量。

本发明既可以通过传感器获取需氧量和人员对车内温度的改变量，效率高；也可以通过计算精确获取需氧量和人员对车内温度的改变量，控制更加精细准确。

在本发明的一种优选实施方式中，通过设置于每个座椅处的温度传感器和重量传感器感应人员数量和体重，当温度传感器检测到座椅温度超过阈值时，确定座椅上有人员，此时重量传感器工作并检测人员的体重。

上述技术方案中，通过温度传感器和重量传感器感应人员数量和体重，检测方式简单，数据可靠。

在本发明的一种优选实施方式中，根据人员的体重获取人员i的散热量Q_i的方法为：

其中，i为车内人员序号；n为车内总人数；S_i为第i个人员的体表面积；ε为散热表面辐射率；σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数；T₀为人体表面的华氏温度值；T_sur为空调出风口的华氏温度值；k为空气的热导系数；l_i为第i个人离回风管进风口的距离；ΔT_i为人体温度与空调进风口的温度差；

采用如下公式获取人员的体表面积：

lgS_i＝0.8762+0.698lgm_i，其中m_i为第i个人员的体重。

上述技术方案中，根据人员的体重获取人员i的散热量Q_i，该散热量考虑了人员的产热，并减去了通过回风耗散的热量，得到在车辆内部空间的准确热量，计算更加准确。

在本发明的一种优选实施方式中，采用如下方法获取所有人员每分钟需氧量o_m，

其中，o_p是人员每千克每分钟的需氧量，m_i为第i个人员的体重。

上述技术方案中，通过人员体重准确计算需氧量，更加准确。

在本发明的一种优选实施方式中，根据人员的散热量获取人员对车内温度的改变量T的方法为：

其中，x,y,z为车内点的坐标；Q_i为人员i的发热量，c为空气比热，η为空气密度；T_i为人员i在车内的温度场分布；

x_jin,y_jin,z_jin为回风管进风口的坐标；n为人员数量；

T_i(x_jin,y_jin,z_jin)为人员i的温度场T_i对回风管进风口温度的影响。

上述技术方案中，通过计算不同人员的温度场分布，准确得到回风管进风口的温度，从而使温度调节更加准确。

在本发明的另一种优选实施方式中，根据需氧量获取每分钟车内回风量α的方法为：

f(α)＝min((Vρ-o_m)-αo_内-(p-α)o_外)

其中，V为车辆的有效容积；ρ为人员舒适乘坐需要的氧气含量；o_内为车内回风的含氧量；p为加压机总的进风量，可预设；p-α为每分钟车外新风进风量；o_外为车外新风的含氧量，f(α)为车辆内氧气的波动量。

上述技术方案中，通过求取目标函数f(α)的最小值，获取回风量，达到对车内氧气的平稳舒适的控制。

在本发明的另一种优选实施方式中，根据车内回风量和车外新风进风量获取加压机进风口处的气体温度T_压的方法为：

其中，T_内为回风管进风口的温度，T_外为外界环境温度。

上述技术方案中，通过车内回风和车外新风获取加压机进风口处的气体温度，结果更加准确。

在本发明的另一种优选实施方式中，根据加压机进风口处的气体温度、人员对车内温度的改变量T获取空调的温度调节量T_补的方法为：

T_补＝T_设-T_压-T，若T_设＞(T_压+T)，则调高空调温度；

T_补＝T_压-T_设+T，若T_设＜(T_压+T)，则降低空调温度。

上述技术方案中，充分考虑人员对车内温度的改变量进行温度调节，使温度调节更加智能和准确。

为达到上述第二个目的，本发明采用如下技术方案：一种车辆无尘空调系统，包括新风进风管、回风管和加压机，新风进风管用于输送车外新风，新风进风管的进风口位于车外，新风进风管的出风口与加压机的进风口连接，回风管用于输送车内回风，回风管的进风口位于车内，回风管的出风口与加压机的进风口连接，加压机将新风与回风进行混合加压后从空调出风口排出；新风进风管上设有第一流量调节阀，回风管上设有第二流量调节阀，车辆无尘空调系统根据本发明提供的车辆无尘空调系统的调节控制方法调节第一流量调节阀的开度以调节新风量、以及调节第二流量调节阀的开度以调节回风量。

本发明根据车辆内部乘坐人员的不同，获取需氧量和人员对车内温度的改变量，根据需氧量获取车内回风量和车外新风进风量，使车内保持舒适乘坐需要的氧气含量，乘坐舒适度提高；同时根据回风量和车外新风进风量获取加压机进风口处的气体温度，根据加压机进风口处的气体温度、人员对车内温度的改变量获取空调的温度调节量，温度调节更加准确，同时无需人们手动调节，体验感好，且舒适度高。

在本发明的另一种优选实施方式中，新风进风管上还设有过滤器，所述回风管上也设有过滤器，所述过滤器包括中效过滤器、有机物过滤器、静电过滤器、PTFE过滤器之一或它们的任意组合。

上述技术方案中，无尘空调系统能全面、多方位、无遗漏得实现对空气杂质的过滤，实现洁净的车内空气环境。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请实施例的一种车辆无尘空调系统的流程框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“竖向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本发明提供了一种车辆无尘空调系统、以及该车辆无尘空调系统的调节控制方法。

如图1所示，本发明的车辆无尘空调系统包括新风进风管、回风管和加压机。新风进风管用于输送车外新风，新风进风管的进风口位于车外，新风进风管的出风口与加压机的进风口连接，新风进风管上设有第一流量调节阀，优选新风进风管上还设有过滤器。回风管用于输送车内回风(即抽取车辆内部的空气)，回风管的进风口位于车内，回风管的出风口与加压机的进风口连接，回风管上设有第二流量调节阀，优选回风管上还设有过滤器和除湿器。进入加压机的空气，一路来自车外新风(新鲜空气)，一路来自车内回风，加压机将新风与回风进行混合加压后，经温度调节单元调节温度后从空调出风口排出，具体温度调节单元可采用现有汽车空调的温度调节单元。

新风进风管和回风管上的过滤器具体可以为但不限于包括中效过滤器、有机物过滤器、静电过滤器、PTFE过滤器之一或它们的任意组合。有机物过滤器、静电过滤器和中效过滤器可采用现有的结构，例如中效过滤器可采用现有的袋式或非袋式结构。PTFE过滤器可采用玻璃纤维滤膜制作的PTFE过滤器。

本发明的车辆无尘空调系统的制冷制热系统与现有车辆相同，为现有技术，在此不详述。

本发明的车辆无尘空调系统的调节控制方法包括如下步骤：

S1，获取车辆内部人员影响下的需氧量和人员对车内温度的改变量；根据需氧量调节车内回风量和车外新风进风量；

S2，根据车内回风量和车外新风进风量获取加压机进风口处的气体温度；

S3，根据加压机进风口处的气体温度、人员对车内温度的改变量获取空调的温度调节量。

在本发明的优选实施方式中，获取车辆内部人员影响下的需氧量和人员对车内温度的改变量的方法采用如下方法之一：

方法一：检测车量内部的实际含氧量每分钟的变换量，实际含氧量每分钟的变换量×车辆的有效容积V，即得到需氧量，具体可在车辆内部设置至少一个氧含量传感器，求取该至少一个氧含量传感器检测含氧量的平均值，即为实际含氧量，求取实际含氧量每分钟的变换量，具体可每分钟检测一次含氧量，然后求取实际含氧量每分钟的变换量。需氧量＝实际含氧量每分钟的变换量×车辆的有效容积V，具体车辆的有效容积V可根据出厂参数获取；或者根据经验公式计算，例如根据车量内空间的长、宽、高进行估算。检测车量多个座位区域的空气温度，获取其平均温度值，平均温度值-出风口温度值，作为人员对车内温度的改变量。具体温度传感器可设置在座位坐椅的旁边或者椅背的顶部。

方法二：检测车辆内部的人员数量以及体重；

根据人员的体重获取人员的散热量和需氧量；

根据人员的散热量获取人员对车内温度的改变量。

具体求取过程如下：可通过设置于每个座椅处的温度传感器和重量传感器感应人员数量和体重，当温度传感器检测到座椅温度超过阈值(阈值可以根据实际情况设定，比如阈值为30℃、32℃、34℃等，高于车辆内部温度且低于人体体温即可)时，确定座椅上有人员，此时重量传感器工作并检测人员的体重。需要说明的是，重量传感器检测值低于阈值时(比如小于5公斤)，即便座椅温度超过阈值(比如车辆停在车外暴晒)，也判定为该座椅上没有人员。

车量内人体主要以辐射散热为主，根据人员的体重获取人员i的散热量Q_i的方法为：

其中，i为车内人员序号，车内人员包括司机；n为车内总人数；S_i为第i个人员的体表面积，可采用如下公式获取人员的体表面积：lgS_i＝0.8762+0.698lgm_i，其中m_i为第i个人员的体重；ε为散热表面辐射率，计算时可取0.98；σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数；T₀为人体表面的华氏温度值，可通过自动测量体表温度的红外体温感应器获取，由于人体各部位的温度不同，头部较高，足部较低。不同的皮肤温度是由人体核心至皮肤表面的热流与皮肤表面至环境散热之间的热平衡决定的，可测量多个部位的皮肤温度取平均值，例如测量14个部位的皮肤温度,经统计得到人体平均皮肤温度，优选为33.5℃，经过换算得到华氏温度值；T_sur为空调出风口的华氏温度值，可通过设置于空调出风口的温度传感器获取；k为空气的导热系数；l_i为第i个人离回风管进风口的距离，可近似取座椅至回风管进风口距离；ΔT_i为人体温度与空调进风口的温度差，可由红外体温感应器和设置在空调进风口处的温度传感器得到。

采用如下方法获取所有人员每分钟需氧量o_m，

其中，o_p是人员每千克每分钟的需氧量，m_i为第i个人员的体重。

步骤S3中，人体一直在散热，假定时间足够长，人员对车内温度的影响是恒定的，根据人员的散热量获取人员对车内温度的改变量T的方法为：

其中，x,y,z为车内的点的坐标；Q_i为人员i的发热量，c为空气比热，η为空气密度；T_i为人员i在车内的温度场分布；

x_jin,y_jin,z_jin为回风管进风口的坐标；n为人员数量；

T_i(x_jin,y_jin,z_jin)为人员i的温度场T_i对回风管进风口温度的影响。

根据需氧量获取每分钟车内回风量α的方法为：

f(α)＝min((Vρ-o_m)-αo_内-(p-α)o_外)

其中，V为车辆的有效容积，具体可近似取车辆空车时的有效容积，也可以根据如下公式计算：

车辆空车时的有效容积-(

/(1000kg/立方米))；ρ为人员舒适乘坐需要的氧气含量，ρ取值范围为19.5％-20.9％，优选ρ取值20.5％；o_内为车内回风的含氧量，可通过氧气传感器测取；p为加压机总的进风量(车外新风与车内回风之和)，可预设，比如通过司机设定出风量的档位设定；p-α为每分钟车外新风进风量；o_外为车外新风的含氧量，可通过氧气浓度传感器进行测量。

由此通过获取前述的目标函数f(α)的最小值，得到每分钟车内回风量α，以此调节第二流量调节阀的开度，然后通过p-α确定每分钟车外新风进风量，以此调节第一流量调节阀的开度，由此便可合理的配置新风量和回风量，提高车内人员的舒适度。

根据每分钟车内回风量α和每分钟车外新风进风量p-α获取加压机进风口处的气体温度T_压的方法为：

其中，T_内为回风管进风口的温度，T_外为外界环境温度。

根据加压机进风口处的气体温度T_压、人员对车内温度的改变量T，获取空调的温度调节量T_补的方法为：

T_补＝T_设-T_压-T，若T_设＞(T_压+T)，则调高空调温度，提高的温度设定值为T_补，其中T_设为人们设定的空调温度；

T_补＝T_压-T_设+T，若T_设＜(T_压+T)，则降低空调温度，降低的温度设定值为T_补。

在本说明书的描述中，参考术语“优选的实施方式”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种车辆无尘空调系统的调节控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取车辆内部人员影响下的需氧量和人员对车内温度的改变量；根据需氧量调节车内回风量和车外新风进风量；

根据车内回风量和车外新风进风量获取加压机进风口处的气体温度；

根据加压机进风口处的气体温度、人员对车内温度的改变量获取空调的温度调节量；

获取车辆内部人员影响下的需氧量和人员对车内温度的改变量的方法采用如下方法之一：

方法一：

检测车量内部的实际含氧量每分钟的变换量，实际含氧量每分钟的变换量×车辆的有效容积V，即得到需氧量；

检测车量多个座位区域的空气温度，获取其平均温度值，平均温度值-出风口温度值，作为人员对车内温度的改变量；

方法二：

检测车辆内部的人员数量以及体重；

根据人员的体重获取人员的散热量和需氧量；

根据人员的散热量获取人员对车内温度的改变量；

通过设置于每个座椅处的温度传感器和重量传感器感应人员数量和体重，当温度传感器检测到座椅温度超过阈值时，确定座椅上有人员，此时重量传感器工作并检测人员的体重；

方法二中根据人员的体重获取人员i的散热量Q_i的方法为：

其中，i为车内人员序号；n为车内总人数；S_i为第i个人员的体表面积；ε为散热表面辐射率；σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数；T₀为人体表面的华氏温度值；T_sur为空调出风口的华氏温度值；k为空气的热导系数；l_i为第i个人离回风管进风口的距离；ΔT_i为人体温度与空调进风口的温度差；

采用如下公式获取人员的体表面积：

lgS_i＝0.8762+0.698lgm_i，其中m_i为第i个人员的体重；

方法二中采用如下方法获取所有人员每分钟需氧量O_m，

其中，o_p是人员每千克每分钟的需氧量，m_i为第i个人员的体重；

方法二中根据人员的散热量获取人员对车内温度的改变量T的方法为：

其中，x,y,z为车内点的坐标；Q_i为人员i的发热量，c为空气比热，η为空气密度；T_i为人员i在车内的温度场分布；x_jin,y_jin,z_jin为回风管进风口的坐标；n为人员数量；T_i(x_jin,y_jin,z_jin)为人员i的温度场T_i对回风管进风口温度的影响。

2.根据权利要求1所述的一种车辆无尘空调系统的调节控制方法，其特征在于，根据需氧量获取每分钟车内回风量α的方法为：

f(α)＝min((Vρ-o_m)-αo_内-(p-α)o_外)

其中，V为车辆的有效容积；ρ为人员舒适乘坐需要的氧气含量；o_内为车内回风的含氧量；p为加压机总的进风量，可预设；p-α为每分钟车外新风进风量；o_外为车外新风的含氧量。

3.根据权利要求1所述的一种车辆无尘空调系统的调节控制方法，其特征在于，根据车内回风量和车外新风进风量获取加压机进风口处的气体温度T_压的方法为：

其中，T_内为回风管进风口的温度，T_外为外界环境温度。

4.根据权利要求1所述的一种车辆无尘空调系统的调节控制方法，其特征在于，根据加压机进风口处的气体温度、人员对车内温度的改变量T获取空调的温度调节量T_补的方法为：

T_补＝T_设-T_压-T，若T_设＞(T_压+T)，则调高空调温度；

T_补＝T_压-T_设+T，若T_设＜(T_压+T)，则降低空调温度。

5.一种车辆无尘空调系统，包括新风进风管、回风管和加压机，所述新风进风管用于输送车外新风，所述新风进风管的进风口位于车外，所述新风进风管的出风口与加压机的进风口连接，所述回风管用于输送车内回风，所述回风管的进风口位于车内，所述回风管的出风口与加压机的进风口连接，所述加压机将新风与回风进行混合加压后从空调出风口排出；其特征在于，所述新风进风管上设有第一流量调节阀，所述回风管上设有第二流量调节阀，所述车辆无尘空调系统根据权利要求1-4中任一项所述的一种车辆无尘空调系统的调节控制方法调节第一流量调节阀的开度以调节新风量、以及调节第二流量调节阀的开度以调节回风量。

6.根据权利要求5所述的一种车辆无尘空调系统，其特征在于，所述新风进风管上还设有过滤器，所述回风管上也设有过滤器，所述过滤器包括中效过滤器、有机物过滤器、静电过滤器、PTFE过滤器之一或它们的任意组合。

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