CN116811947B - 一种车辆空调控制方法、控制装置及车辆空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆空调控制方法、控制装置及车辆空调系统，控制方法包括如下步骤：S1、获取室外环境温度T_em，判定环境温度是否满足过渡季节设定条件；S2、当环境温度T_em满足过渡季节设定条件时，执行过渡季节模式，过渡季节模式为将室外新风引入车厢内调节车厢内温度；S3、当环境温度T_em不满足过渡季节设定条件时，执行空调制冷/制热模式。本发明根据过渡季节的特征，对温度进行判定，在满足过渡季节设定条件时，仅通过引入室外温度较低的新风控制室内温度，不但可以达到车辆空调节能的目的，同时还可以避免压缩机在该工况下的频繁启停，延长压缩机的寿命。

Description

一种车辆空调控制方法、控制装置及车辆空调系统

技术领域

本发明属于车辆空气调节技术领域，特别涉及一种车辆空调控制方法、控制装置及车辆空调系统。

背景技术

在动车组、地铁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和湿度，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。

现有车辆空调的新风调节方案与人员负荷有关，通过车体重量、二氧化碳浓度等参数获知车厢载客量，从而对新风阀的开度或者新风风机的速度进行控制，实现新风量的调节。目前空调系统的新风调节方式为全年度调节方式。

现有的轨道车辆空调机组运行工况一般为制冷、通风和制热，三个工况通常以环境温度为界限进行区分。而在春秋季过渡季节时，一般室外温度较低，但室内温度由于人员负荷、太阳辐射负荷等负荷的存在，温度会高于室外，当温度位于三种工况的分界线左右(过渡季节)时，会出现以下两种情况：

1、当温度位于制冷和通风的分界线范围时，车内由于车内人员、车体太阳辐射等原因存在热负荷，而新风量的大小已限制，只能开启制冷工况来进行降温，但因制冷负荷需求低，压缩机频繁启停，无法实现连续稳定的输出，影响压缩机的寿命。

2、当温度位于制热和通风的分界线范围时，车内制热负荷需求低，压缩机频繁启停来维持室内温度，影响压缩机的寿命；而直接开启通风工况则导致室内温度低于设定温度，从而导致乘客的不舒适。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是，提供一种根据过渡季节的特征，利用室外新风控制室内温度，从而实现最大新风量节能的车辆空调控制方法，同时提供一种实现该控制方法的车辆空调控制装置，以及采用该控制方法的车辆空调系统。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种车辆空调控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、获取车外的环境温度T_em，判定环境温度T_em是否满足过渡季节设定条件；

S2、当环境温度T_em满足过渡季节设定条件时，控制空调系统执行过渡季节模式，过渡季节模式为利用车外新风调节车厢内温度；

S3、当环境温度T_em不满足过渡季节设定条件时，控制空调系统执行制冷/制热/通风设定模式。

进一步，所述过渡季节设定条件的判定公式为：T_ed＜T_em＜T_eq；

式中，T_em为环境温度，T_eq为过渡季节模式最高温度，T_ed为过渡季节模式最低温度。

进一步，所述过渡季节模式最低温度T_ed的取值范围为8～12℃。

进一步，所述过渡季节模式最高温度T_eq的取值计算公式为，T_eq＝(K₁-K₂*K₃)/(1-K₂)；

式中，系数K₁根据制冷季车内制冷设定温度下限值确认，系数K₂为根据车辆运行需求进行的结果修正系数，系数K₃根据车内设定温度和车外设计工况的差值共同确认；

优选的，20≤K₁≤23，0.2≤K₂≤0.4，14≤K₃≤18。

进一步，所述过渡季节模式包括如下步骤：

S21、将新风量调节至最大风量；

S22、对应调节回风量和/或通风机频率，使车厢内温度保持在设定范围。

进一步，步骤S21中，

所述新风量调节至最大风量通过将新风阀开至最大角度获得。

进一步，步骤S22中，所述调节回风量通过调节回风阀开度获得，所述回风阀开度依据如下公式调节；

回风阀开度＝总开度*m*T_ic/(T_ic-T_in)；

式中，T_ic为车厢内设定温度，T_in为车厢内实际温度，m为变量；

优选的，变量m的取值范围为0.005～0.03。

进一步，步骤S22中，所述调节通风机频率依据如下公式调节；

通风机频率＝额定频率*变量x；

式中，变量x为通风机频率在过渡季节的偏移量；

优选的，所述变量x满足运行过渡季节模式时通风机风量偏移量y；

进一步优选的，通风机风量偏移量y的取值范围为0～300％。

本发明的另一个技术方案是：

一种车辆空调控制装置，包括：获取模块，用于获取当前室外环境温度并判断是否满足过渡季节设定条件；控制模块，当环境温度满足过渡季节设定条件时，控制空调系统执行过渡季节模式；当环境温度不满足过渡季节设定条件时，控制空调系统执行制冷/制热/通风设定模式。

本发明的再一个技术方案是：

一种车辆空调系统，采用如上所述的车辆空调控制方法。

综上内容，本发明所提供的一种车辆空调控制方法、控制装置及车辆空调系统，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明根据过渡季节的特征，通过对车外环境温度进行过渡季判定，在满足过渡季节设定条件时，仅通过引入车外温度较低的新风控制车厢内温度，不但可以达到车辆空调系统节能的目的，同时还可以避免压缩机在该工况下的频繁启停，延长压缩机的寿命。

(2)本发明通过合理的判定逻辑，根据车辆运营的地区和车型确认过渡季节模式最低温度T_ed和过渡季节模式最高温度T_eq的取值范围，充分考虑了影响过渡季节温度的所有因素，并使过渡季节的判定逻辑更加简单，而且精确，同时也可以满足车辆在不同地区过渡季节运行的需求，在保证车厢内的环境达到最佳舒适度的同时，也达到节能的目的。

(3)本发明在判定满足过渡季节设定条件而运行过渡季节模式时，将新风量调至最大，再进一步利用控制回风量和通风机频率控制车厢内温度，极大地简化了过渡季节模式的控制逻辑。

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。

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。

在附图中：

图1是本发明控制方法流程图。

需要说明的是，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“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，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明提供了一种车辆空调控制方法，用于地铁、高铁等轨道交通车辆的空调系统，空调系统的运行工况包括制冷、通风和制热，三个工况通常以环境温度为界限进行区分。在春秋季过渡季节时，一般室外温度较低，但室内温度由于人员负荷、太阳辐射负荷等负荷的存在，温度会高于室外，当车外环境温度位于春季和秋季的过渡季节时，车厢内的冷热负荷相对于夏季和冬季要小，因此，在春秋过渡季节时，可以优选利用车外温度相对较低的空气对车厢内进行温度调节，用以达到节能的目的，车外的新风利用安装在空调机组内的通风机送入车厢内。

本发明提供的车辆空调控制方法，具体包括如下步骤：

S1、获取车外的环境温度T_em，判定环境温度T_em是否满足过渡季节设定条件。

S2、当环境温度T_em满足过渡季节设定条件时，控制空调系统执行过渡季节模式，过渡季节模式为利用车外新风调节车厢内温度。

S3、当环境温度T_em不满足过渡季节设定条件时，控制空调系统执行制冷/制热/通风设定模式。

本实施例中优选，过渡季节设定条件通过温度判断，判定公式为：

T_ed＜T_em＜T_eq。 (1)

式(1)中，T_em为环境温度，T_eq为过渡季节模式最高温度，T_ed为过渡季节模式最低温度。

当车外的环境温度T_em处于过渡季节模式最高温度T_eq和过渡季节模式最低温度T_ed之间时，即认为进入过渡季节，控制车辆的空调系统执行过渡季节模式。当室外的环境温度T_em大于等于过渡季节模式最高温度T_eq时，进入夏季(即制冷季)模式，控制空调执行制冷的设定模式。当室外的环境温度T_em小于等于过渡季节模式最低温度T_ed时，进入冬季(即制热季)模式，控制空调执行制热的设定模式。制冷设定模式和制热设定模式采用现有车辆上所采用的常规控制模式，根据车厢内实际温度与设定温度的差值控制空调系统的运行，使车厢内的温度保持在设定范围内，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，保证车厢内的空气新鲜度。

由于轨道车辆运行环境复杂，在不同地区运营的轨道车辆运行工况相差较大，为了简化空调系统的控制逻辑以及判断是否进入过渡季的逻辑，本实施例中进一步优选，过渡季节模式最低温度T_ed的取值范围为8～12℃。该T_ed值的选择与所在车辆运营地区的经纬度及车辆载荷有关，也可根据使用习惯确认。例如：车辆运营地区在南方，车厢内多为制冷需求，T_ed推荐选择低温度8℃；车辆运营地区在北方，车厢内多为运行制热工况，T_ed推荐选择高温度12℃。

过渡季节模式最低温度T_ed在车辆出厂前，根据该车辆运营的地区，即确定出该车辆的过渡季节模式最低温度T_ed，并保存在空调系统的控制器中。当然，过渡季节模式最低温度T_ed也可以在运营一段时间后，根据实际运营的情况进行调整，并将调整后的数值存储在空调系统的控制器中，过渡季节的判断则根据调整后的数值进行。

过渡季节模式最高温度T_eq的取值则依据如下的计算公式(2)：

T_eq＝(K₁-K₂*K₃)/(1-K₂) (2)。

式(2)中，系数K₁根据制冷季车内制冷设定温度下限值确认，系数K₂为根据车辆运行需求进行的结果修正系数，系数K₃根据车内设定温度和车外设计工况的差值共同确认。

本实施例中，根据大量试验确定，系数K₁、K₂和K₃的取值范围，优选为，20≤K₁≤23，0.2≤K₂≤0.4，14≤K₃≤18。

其中，系数K1与车内制冷设定温度下限值为相反趋势对应关系，即制冷设定温度下限值越高时，K₁取值越小，制冷设定温度下限值越低时，K₁取值越大，系数K1的选择根据大量的试验和经验获得。此制冷设定温度下限值为在春秋过渡季节时，车厢内的制冷设定温度下限值。

K₂为结果修正系数，在计算出过渡季节模式最高温度T_eq后，再根据不同地区车辆的使用需求对结果进行修正，以使计算出的过渡季节模式最高温度T_eq更精确，更能满足运营地区的使用需求。

系数K₃根据车内设定温度和车外设计工况的差值共同确认，当差值越大时，K₃取值越低；当差值越小时，K₃取值越高。同样，系数K3的选择根据大量的试验和经验获得。如在北方(如青岛)和南方(如上海)运营的车辆，其车外设计工况(车外设计环境温度)均为35℃，在北方运营的车辆车内设定温度为24℃，在南方运营的车辆车内设定温度为26℃，则北方运营车辆K₃的取值小于南方运营车辆K₃的取值。

本实施例提供一示例，如下表：

Ted	K1	K2	K3	Teq
					10℃	22	0.28	17.5	23.8℃
8℃	20	0.2	18	20.5℃
					12℃	23	0.4	14	29.0℃

系数K₁、K₂和K₃根据车辆运营的地区和车型进行确定，在车辆出厂前，根据该车辆运营的地区，即确定出该车辆的系数K₁、K₂和K₃，并根据公式(2)计算出过渡季节模式最高温度T_eq，并保存在空调系统的控制器中。当然，系数K₁、K₂和K₃也可以在运营一段时间后，根据实际运营的情况进行调整，重新计算出过渡季节模式最高温度T_eq，并将调整后的数值存储在空调系统的控制器中，过渡季节的判断则根据调整后的数值进行。

车辆在运行时，实时检测室外环境温度T_em，当室外的环境温度T_em大于等于过渡季节模式最高温度T_eq时，进入夏季模式，控制空调系统执行制冷设定模式；当室外的环境温度T_em小于等于过渡季节模式最低温度T_ed时，进入冬季模式，控制空调系统执行制热设定模式；当室外的环境温度T_em在过渡季节模式最高温度T_eq和过渡季节模式最低温度T_ed之间时，控制空调系统执行过渡季节模式。

本实施例中进一步优选，过渡季节模式包括如下步骤：

S21、将新风量调节至最大风量,开启新风节能模式。

进一步优选，该步骤中，新风量调节至最大风量通过将新风阀开至最大角度获得，即当判断车外环境温度进入过渡季节范围内时，空调控制器即控制新风阀开启至最大角度。

S22、对应调节回风量和/或通风机频率，使车厢内温度保持在设定范围。

在空调机组的壳体上设置有回风口，车厢内的空气一部分通过回风口回流至空调机组内部，另一部分通过废排风口排至车外，为了调节空调机组的回风量，本实施列中在空调机组的回风口处安装回风阀，在该步骤S22中，通过调节空调机组上的回风阀开度通过空调机组的回风量。

回风阀开度优选依据如下公式(3)调节：

回风阀开度＝总开度*m*T_ic/(T_ic-T_in)(3)

式(3)中，T_ic为车厢内设定温度，T_in为车厢内实际温度，m为变量，总开度是回风阀的最大开度。

优选的，变量m的取值范围为0.005～0.03，对于在特定地区运营的车辆根据车型，其变量m是定值，预先存储在空调系统的控制器中。该变量m根据大量的试验和经验获得，变量m的取值，满足车辆运营时的使用需求。回风阀开度根据公式(3)进行计算后，需进行计算取整。当然，变量m也可以在运营一段时间后，根据实际运营的情况进行调整，并将调整后的数值存储在空调系统的控制器中。

本实施列中进一步优选，该步骤S22中，调节通风机频率依据如下公式(4)调节；

通风机频率＝额定频率*变量x(4)；

式(4)中，额定频率指制冷额定工况的风机运行频率，变量x与新风量有关，为通风机频率在过渡季节的偏移量；

优选的，变量x满足运行过渡季节模式时通风机风量偏移量y，即通风机频率需满足新风量增加y，也即当满足过渡季节风量偏移量y时，风机频率为x。两者的关系由试验验证得出，进一步优选的，通风机风量偏移量y的取值范围为0～300％。对于在特定地区运营的车辆根据车型，其变量x和通风机风量偏移量y是定值，预先存储在空调系统的控制器中。该变量x和通风机风量偏移量y根据大量的试验和经验获得，变量x和通风机风量偏移量y的取值，满足车辆运营时的使用需求。当然，变量x和通风机风量偏移量y也可以在运营一段时间后，根据实际运营的情况进行调整，并将调整后的数值存储在空调系统的控制器中。

本发明还同时提供一种车辆空调控制装置，实现如上所述的节能控制方法，具体包括：

获取模块，用于获取当前室外环境温度并判断是否满足过渡季节设定条件；

控制模块，当环境温度满足过渡季节设定条件时，控制空调系统执行过渡季节模式；当环境温度不满足过渡季节设定条件时，控制空调系统执行制冷/制热/通风设定模式。

本发明还同时提供一种车辆空调系统，采用如上所述的车辆空调节能控制方法和车辆空调控制装置。

本发明根据过渡季节的特征，通过对车外环境温度进行过渡季判定，在满足过渡季节设定条件时，仅通过引入车外温度较低的新风控制车厢内温度，不但可以达到车辆空调系统节能的目的，同时还可以避免压缩机在该工况下的频繁启停，延长压缩机的寿命。

本发明通过合理的判定逻辑，根据车辆运营的地区和车型确认过渡季节模式最低温度T_ed和过渡季节模式最高温度T_eq的取值范围，充分考虑了影响过渡季节温度的所有因素，并使过渡季节的判定逻辑更加简单，而且精确，同时也可以满足车辆在不同地区过渡季节运行的需求，在保证车厢内的环境达到最佳舒适度的同时，也达到节能的目的。

本发明在判定满足过渡季节设定条件而运行过渡季节模式时，将新风量调至最大，再进一步利用控制回风量和通风机频率控制车厢内温度，极大地简化了过渡季节模式的控制逻辑。

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，上述实施例中的实施方案可以进一步组合或者替换，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)

1.一种车辆空调控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、获取车外的环境温度T_em，判定环境温度T_em是否满足过渡季节设定条件；

S2、当环境温度T_em满足过渡季节设定条件时，控制空调系统执行过渡季节模式，过渡季节模式为利用车外新风调节车厢内温度；

S3、当环境温度T_em不满足过渡季节设定条件时，控制空调系统执行制冷/制热/通风设定模式；

所述过渡季节设定条件的判定公式为：T_ed＜T_em＜T_eq；

式中，T_em为环境温度；

T_ed为过渡季节模式最低温度，根据所在车辆运营地区的经纬度、车辆载荷及使用习惯确认，所述过渡季节模式最低温度T_ed的取值范围为8～12℃；

T_eq为过渡季节模式最高温度，取值计算公式为，T_eq＝(K₁-K₂*K₃)/(1-K₂)，式中，系数K₁根据制冷季车内制冷设定温度下限值确认，系数K1与车内制冷设定温度下限值为相反趋势对应关系；系数K₂为根据车辆运行需求进行的结果修正系数，再根据不同地区车辆的使用需求对结果进行修正；系数K₃根据车内设定温度和车外设计工况的差值共同确认，系数K3与差值为相反趋势对应关系。

2.根据权利要求1所述的车辆空调控制方法，其特征在于：在上述公式T_eq＝(K₁-K₂*K₃)/(1-K₂)中，20≤K₁≤23，0.2≤K₂≤0.4，14≤K₃≤18。

3.根据权利要求1或2所述的车辆空调控制方法，其特征在于：所述过渡季节模式包括如下步骤：

S21、将新风量调节至最大风量；

S22、对应调节回风量和/或通风机频率，使车厢内温度保持在设定范围。

4.根据权利要求3所述的车辆空调控制方法，其特征在于：步骤S21中，所述新风量调节至最大风量通过将新风阀开至最大角度获得。

5.根据权利要求3所述的车辆空调控制方法，其特征在于：步骤S22中，所述调节回风量通过调节回风阀开度获得，所述回风阀开度依据如下公式调节；

回风阀开度＝总开度*m*T_ic/(T_ic-T_in)；

式中，T_ic为车厢内设定温度，T_in为车厢内实际温度，m为变量。

6.根据权利要求5所述的车辆空调控制方法，其特征在于：变量m的取值范围为0.005～0.03。

7.根据权利要求3所述的车辆空调控制方法，其特征在于：步骤S22中，所述调节通风机频率依据如下公式调节；

通风机频率＝额定频率*变量x；

式中，变量x为通风机频率在过渡季节的偏移量。

8.根据权利要求7所述的车辆空调控制方法，其特征在于：所述变量x满足运行过渡季节模式时通风机风量偏移量y，通风机风量偏移量y的取值范围为0～300％。

9.一种实现如权利要求1-8任一项所述的车辆空调控制方法的车辆空调控制装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取当前室外环境温度并判断是否满足过渡季节设定条件；

控制模块，当环境温度满足过渡季节设定条件时，控制空调系统执行过渡季节模式；当环境温度不满足过渡季节设定条件时，控制空调系统执行制冷/制热/通风设定模式。

10.一种车辆空调系统，其特征在于：采用如权利要求1-8任一项所述的车辆空调控制方法。