一种低能耗车辆的制作方法

本发明涉及一种车辆，具体来说，涉及一种低能耗车辆。

背景技术：

随着人民生活水平的提高，汽车保有量不断增长，人们对驾驶时车内舒适度的要求也不断提升。在夏季烈日暴晒条件下，车内温度会迅速升高，刚进入车里的人员有炙热中暑的感觉，严重影响了驾驶的舒适度，即使启动车内空调系统，也很难在短时间内降到舒适温度，增大了车内空调系统能耗。

虽然市面上已有车用遮阳布、遮阳罩等产品，但该类产品在烈日暴晒下实际的遮阳、降温效果并不理想，遮阳效率偏低，严重影响了车内人员的热舒适度。

技术实现要素：

技术问题：本发明所要解决的技术问题是提供一种低能耗车辆，在温度较高的环境中，降低车辆启动和行驶过程中的能耗，提高车内人员舒适度。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种低能耗车辆，包括车体和遮阳单元，所述遮阳单元布设在车体内侧，所述遮阳单元包括相变材料制成的遮阳板、柔性连接件、弹性插销、两个相对的塑条轨道、钢绳、热敏电阻、a/d转换器、可编程逻辑控制器和电机；塑条轨道固定连接在车体上，且遮阳板嵌至在塑条轨道中，位于顶端的遮阳板与车体固定连接，相邻遮阳板之间通过柔性连接件连接；钢绳穿过遮阳板，钢绳与电机的动力输出轴连接；电机通过钢绳拉动遮阳板实现展开或收缩；弹性插销位于塑条轨道中，且固定连接在塑条轨道的上部；热敏电阻的信号输出端与a/d转换器的信号输入端连接，a/d转换器的信号输出端与可编程逻辑控制器的信号输入端连接，可编程逻辑控制器的信号输出端与电机的信号输入端连接。

作为优选例，所述遮阳单元还包括滑轮，滑轮与车体固定连接；所述钢绳为两根，一钢绳的一端与位于最底部的遮阳板的一端固定连接，另一端从下向上穿过遮阳板后，固定连接在电机的动力输出轴上；另一钢绳的一端与位于最底部的遮阳板的另一端固定连接，另一端从下向上穿过遮阳板后，绕过滑轮，固定连接在电机的动力输出轴上。

作为优选例，所述遮阳单元还包括滑轮，滑轮与车体固定连接；所述钢绳为一根，钢绳一端固定连接在位于最底部的遮阳板左侧，另一端在电机的动力输出轴上缠绕固定后，绕过滑轮，从位于最顶端的遮阳板右侧开始，依次交叉穿过所有遮阳板，最终固定在位于最底部的遮阳板的右侧。

作为优选例，所述可编程逻辑控制器按照式控制电机的转动；

其中，h表示遮阳板沿塑条轨道移动长度，单位：m；hmax表示塑条轨道长度，即遮阳板最大移动长度，单位：m；tmax表示车内环境可能达到的最高温度，单位：℃；tmin表示舒适条件下的车内空气温度；t表示所测得的车内实际空气温度，单位：℃。

作为优选例，所述遮阳单元布设在车体前挡风玻璃、后挡风玻璃和车窗旁；所述遮阳单元能够覆盖前挡风玻璃、后挡风玻璃和车窗。

作为优选例，所述遮阳板中位于底端的遮阳板的两端呈工字形，塑条轨道中设有t形轨道，所述底端的遮阳板与塑条轨道相适配。

作为优选例，所述遮阳板包括依次连接的金属层、相变材料层和反光层、相变材料层中填充有相变材料；当遮阳板处于展开状态时，反光层朝向车体外侧。

作为优选例，所述的相变材料层包括塑料壳体，塑料壳体内设有网格，相变材料填充在网格中。

作为优选例，所述的热敏电阻固定连接在车体的空调出风口的格栅上。

有益效果：与现有技术相比，本发明实施例的车辆可以降低车辆启动和行驶过程中的能耗，提高车内人员舒适度。本发明实施例的车辆中设有相变材料制成的遮阳板。遮阳板可吸收太阳辐射热量，发生固-液相态转变，抑制车内温度升高。当车内空调运行时，车内温度低于相变材料的熔点温度，相变材料发生液-固转变，空调系统产生的冷量被材料储存起来。当温度高于其熔点温度时，冷量得到释放，有效减缓车内空间的温升，达到车内空调系统“削峰”作用。另外，本发明实施例的车辆中，遮阳单元安装在车体内侧，基本不占用车内空间的前提下，结构更加紧凑，且达到了更好的遮阳、节能效果。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例中的遮阳单元的结构示意图；

图3是本发明实施例中的塑条轨道的剖面图；

图4是本发明实施例中遮阳板和塑条轨道的装配示意图；

图5是本发明实施例中钢绳、遮阳板、电机和滑轮的装配示意图；

图中有：遮阳板1、柔性连接件2、弹性插销3、塑条轨道4、钢绳5、热敏电阻6、a/d转换器7、可编程逻辑控制器8、电机9、滑轮10、车体11。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，本发明实施例的一种低能耗车辆，包括车体11和遮阳单元。遮阳单元布设在车体11内侧。所述遮阳单元包括相变材料制成的遮阳板1、柔性连接件2、弹性插销3、两个相对的塑条轨道4、钢绳5、热敏电阻6、a/d转换器7、可编程逻辑控制器8和电机9。塑条轨道4固定连接在车体11上，且遮阳板1嵌至在塑条轨道4中。位于顶端的遮阳板1与车体11固定连接。相邻遮阳板1之间通过柔性连接件2连接。钢绳5穿过遮阳板1，钢绳5与电机9的动力输出轴连接。电机9通过钢绳5拉动遮阳板1实现展开或收缩。弹性插销3位于塑条轨道4中，且固定连接在塑条轨道4的上部。热敏电阻6的信号输出端与a/d转换器7的信号输入端连接，a/d转换器7的信号输出端与可编程逻辑控制器8的信号输入端连接，可编程逻辑控制器8的信号输出端与电机9的信号输入端连接。

上述实施例中，遮阳单元布设在车体11内侧，可以布设在车体11前挡风玻璃旁、后挡风玻璃旁或者车窗旁。遮阳单元能够覆盖前挡风玻璃、后挡风玻璃或者车窗。作为优选例，遮阳单元分别布设在车体11前挡风玻璃旁、后挡风玻璃旁和车窗旁。遮阳单元能够覆盖前挡风玻璃、后挡风玻璃和车窗。这样可以增加遮阳效果，降低空调能耗。

上述实施例的遮阳单元中，相邻遮阳板1之间通过柔性连接件2连接。数个单块遮阳板1由柔性材料2连接成一体，柔性材料2连接方式使得各遮阳板能够绕着柔性材料2自由活动，因此易于折叠。这样遮阳板1可以折叠收缩，也可以展开处于同一面上。遮阳板1由相变材料制成。

当车辆处于高温环境下，热敏电阻6采集的车内空气环境温度高于设定环境温度时，热敏电阻6受热后电阻值发生改变，将电信号传递到a/d转换器7，a/d转换器7将电信号转换成数字信号传递到可编程逻辑控制器8，可编程逻辑控制器8计算遮阳板1的收回移动距离，发出控制指令，电机9接收控制指令进行转动，控制遮阳板1展开。遮阳板1沿塑条轨道4展开。当环境温度高于相变材料的熔点时，相变材料吸收车内的热量，由固态转变为液态。这一过程可避免车内空气温度进一步升高，从而维持相对舒适的车内空气温度。

当车内空调运行时，车内环境温度逐步降低。热敏电阻6采集的车内空气环境温度低于设定环境温度时，热敏电阻6受热后电阻值发生改变，将电信号传递到a/d转换器7，a/d转换器7将电信号转换成数字信号传递到可编程逻辑控制器8，可编程逻辑控制器8计算遮阳板1的收回移动距离，发出控制指令，电机9接收控制指令进行转动，控制遮阳板1沿塑条轨道4原路折叠收缩。在此过程中，当温度低于相变材料熔点时，相变材料重新由液态相变为固态，储存了空调供应的部分冷量，能够有效减缓空调停止后车内空间的温升，达到空调负荷“削峰”的作用。

上述实施例中，作为一优选结构，所述遮阳单元还包括滑轮10，滑轮10与车体11固定连接；所述钢绳5为两根，一钢绳5的一端与位于最底部的遮阳板1的一端固定连接，另一端从下向上穿过遮阳板1后，固定连接在电机9的动力输出轴上；另一钢绳5的一端与位于最底部的遮阳板1的另一端固定连接，另一端从下向上穿过遮阳板1后，绕过滑轮10，固定连接在电机9的动力输出轴上。

在该优选结构中，当需要将展开的遮阳板1收回时，启动电机9，电机9的动力输出轴旋转，使得钢绳5在动力输出轴缠绕。这样，遮阳板1从展开状态逐渐回收，处于折叠状态。当需要展开遮阳板1时，启动电机9，电机9的动力输出轴反方向旋转，钢绳5逐渐脱离动力输出轴。当钢绳5作用于遮阳板1的拉力大于弹性插销3的弹力时，遮阳板1脱离弹性插销3阻挡向下移动。这样，遮阳板1从折叠状态逐渐展开，起到遮阳作用。

作为另一优选结构，所述遮阳单元还包括滑轮10，滑轮10与车体11固定连接。所述钢绳5为一根，钢绳5一端固定连接在位于最底部的遮阳板1左侧，另一端在电机9的动力输出轴上缠绕固定后，绕过滑轮10，从位于最顶端的遮阳板1右侧开始，依次交叉穿过所有遮阳板1，最终固定在位于最底部的遮阳板1的右侧。该优选结构仅用一根钢绳5，易于实现遮阳板两端同步移动。与前一优选结构相同，通过控制电机9的动力输出轴旋转方向，使得钢绳5在处于收和放不同状态，实现遮阳板1在展开状态和折叠状态之间的转换。具体来说，钢绳5一端固定在位于最底部的遮阳板1左侧，另一端在电机9的动力输出轴上缠绕后，绕过滑轮10，在塑条轨道4中拉直再从位于最顶端的遮阳板1右侧开始，依次交叉穿过所有遮阳板1，最终固定在位于最底部的遮阳板1的右侧。当电机9逆时针旋转时，钢绳5带动滑轮10也逆时针旋转，左端钢绳5缩短，右端钢绳5增长，当插销3中弹簧的弹力小于钢绳拉力时，钢绳5拉动相变材料板1，从而使相变材料板1与对应的挡风玻璃、和车窗保持平行位置展开；当电机9顺时针旋转时，钢绳5带动滑轮10也顺时针旋转，左端钢绳5增长，右端钢绳5缩短，使遮阳板1折叠，当遮阳板1折叠至原位置后，插销3不再受外界压力发生形变，挡住遮阳板1。展开时，通过钢绳5恒定的拉力大于插销3的弹力，使遮阳板1下移。折叠收回时，通过钢绳5的恒定拉力大于遮阳板1自身重力，使遮阳板1上移。

上述实施例中，所述可编程逻辑控制器8按照式(1)控制电机9的转动；

其中，h表示遮阳板沿塑条轨道移动长度，单位：m；hmax表示塑条轨道长度，即遮阳板最大移动长度，单位：m；tmax表示车内环境可能达到的最高温度，单位：℃；tmin表示舒适条件下的车内空气温度；t表示所测得的车内实际空气温度，单位：℃。作为优选，所述tmin为26℃。

可编程逻辑控制器8依据温度变化幅度，可实现遮阳板1的连续变化。在不同外界温度下，保持车辆内部处于合适的温度环境中。

上述实施例中，为便于遮阳板1的移动，所述遮阳板1中位于底端的遮阳板1的两端呈工字形，塑条轨道4中设有t形轨道，所述底端的遮阳板1与塑条轨道4相适配。遮阳单元中的遮阳板1有多块。位于最顶端的遮阳板1固定在车体11上，是不移动的。位于最低端的遮阳板1与塑条轨道4相适配，以控制位于中间的遮阳板的移动。通过设置塑条轨道4，对遮阳板1的移动进行限位。

上述实施例中，所述遮阳板1包括依次连接的金属层101、相变材料层102和反光层103、相变材料层102中填充有相变材料；当遮阳板1处于展开状态时，反光层103朝向车体外侧。当温度较高，遮阳板1处于展开状态时，外界太阳光先照射在反光层103上，通过反光层103反射出去。通过设置反光层103利于降低车内温度。设置金属层101，有利于快速传热，将车内的热量及时传递给相变材料层102。相变材料层102吸热，其含有的相变材料由固态变为液态，进行储热。该结构的遮阳板1，利于快速降低车内温度。

由于相变材料层102在展开和折叠回缩状态之间转换，所以为避免在展开状态时，相变材料都集中到相变材料层102的下部，所述相变材料层102包括塑料壳体，塑料壳体内设有网格，相变材料填充在网格中。这样，不论相变材料层102位置怎么变化，其中的相变材料始终在网格中，利于相变材料在相变材料层102中的均匀分布，使得相变材料层102能够起到很好的蓄热和释放热量的作用。

当驾驶人员进入车内时，位于前挡风玻璃处的遮阳板1需要折叠收回，驾驶人员才能驾驶。为便于快速响应，所述的热敏电阻6固定连接在车体11的空调出风口的格栅上。车辆启动时，空调出风口处的温度会骤然降低。这样，位于出风口的热敏电阻6及时将采集的温度信息传送给可编程逻辑控制器8，进而控制遮阳板1折叠回位。

上述实施例中，当车内空气温度高于遮阳板内部相变材料熔点时，相变材料吸收车内热量，发生固态到液态的相变，使车内空气温度降低，减少了汽车空调再次运行时的能耗。在车内空调运行条件下，车内空气温度低于遮阳板装置内部相变材料熔点时，相变材料重新由液态转变为固态，并储存一部分冷量，能够有效减缓空调系统停止运行后及太阳暴晒条件下车内空间的温升，对空调负荷起到了“削峰”的作用。另外，本实施例中，遮阳板处于折叠状态时，即不展开时，各遮阳板之间有间隙，各遮阳板仍能与空气接触，可起到蓄热或蓄冷作用。

上述实施例中，当车内温度处于正常值范围时，遮阳板1折叠处于塑条轨道4上部，由插销3抵住不下落。

在以下两种情况，展开的遮阳板1会自动折叠收缩：一是当汽车启动，车内空调开启时，置于送风口近处的热敏电阻6检测到送风口附近风量陡增，温度骤降；二是当汽车熄火时，车内环境温度在相变材料遮阳板1吸收一定热量以后已经降低至设定温度以下。电机9再次启动，钢绳5所形成的循环反向旋转使材料板能够折叠收起。

与传统的车用遮阳板相比，本发明中的遮阳板采用相变材料，可以有效利用相变材料的等温吸热特性提高遮阳的效率，消除人员进入太阳暴晒下车辆内部的炙热感，为行车提供良好的车内温度环境，提高驾驶员和车内乘客的人体舒适度。

下面提供一试验，验证本发明实施例的车辆具有低能耗。

(1)降低车内空气温升效果

一辆普通轿车的容积为3m³，已知空气的比热容为1.0kj/kg.k，密度为1.2kg/m³。未安装本发明所述的相变材料遮阳单元时，轿车的空调负荷lq0为2119w。采用的相变材料正十八烷的相变焓值约为231kj/kg,即每千克正十八烷固-液相变时可吸收的热量为231kj。在吸收太阳辐射热量与空气传热热量比例为5：1条件下：

由公式q＝cvρδt，可得遮阳板内每千克相变材料固-液相变时可抑制车厢内空气温升为：

式中，q表示每千克正十八烷固-液相变时可吸收的车内空气的热量，单位：kj；c表示空气比热容，单位：kj/(kg·℃)；v表示车厢内的空气体积，单位：m³；ρ表示空气密度，单位：kg/m³；δt表示车厢内空气温升抑制量，单位：℃。

本实例中，固液相变吸收的总热量分成6份，其中1份热量来自于车内空气，其余5份热量来自于吸收太阳照射辐射。因此，q为231/6。v取3m³。

由计算得，理想条件下每千克正十八烷能够抑制车内温度升高近11℃，故车辆装有本发明的遮阳单元后，能够有效降低车厢内温度。

(2)降低汽车空调系统能耗效果

在挡风玻璃处添加相变遮阳板后，降低了通过车窗玻璃传热和日射得热构成的空调负荷，同时由于相变材料的吸热作用，汽车空调负荷将会进一步降低。各部分负荷如下：

1)通过车身非透明围护结构稳态传热形成的空调负荷lq1

lqt＝ktft(tz1-tn)＝4.57×2.6×(50-25)＝297w

lqs＝2ksfs(tz1-tn)＝2×3.86×2.17×(50-25)＝419w

lqb＝kbfb(tz1-tn)＝1.57×3.33×(50-25)＝131w

式中，lqt为车顶传热形成的冷负荷，单位：w；lqs为车身侧面传热形成的冷负荷，单位：w；lqb为车底传热形成的冷负荷，单位：w；kt为车顶的传热系数，单位：w/(m²·k)；ks为车身侧面的传热系数，单位：w/(m²·k)；kb为车底的传热系数，单位：w/(m²·k)；ft为车顶的传热面积，单位：m²；fs为车身侧面的传热面积，单位：m²；fb为车底的传热面积，单位：m²；tz1为车身外空气综合温度，取50℃；tn为车内空气温度，取25℃。

因而，通过车身非透明围护结构稳态传热形成的空调负荷为：

lq1＝lqt+lqs+lqb＝847w

式中，lq1为通过车身非透明围护结构稳态传热形成的空调负荷，单位：w。

2)通过车窗玻璃稳态传热形成的空调负荷lq2

lqq＝kqfq(tz2-tn)＝8.745×0.709×(35-25)＝62w

lqc＝2kcfc(tz2-tn)＝2×8.78×0.894×(35-25)＝157w

lqh＝khfh(tz2-tn)＝8.86×0.474×(35-25)＝42w

式中，lqq为前挡风玻璃传热形成的冷负荷，单位：w；lqc为侧窗传热形成的冷负荷，单位：w；lqh为后挡风玻璃传热形成的冷负荷，单位：w；kq为前挡风玻璃的传热系数，单位：w/(m²·k)；kc为侧窗的传热系数，单位：w/(m²·k)；kh为后挡风玻璃的传热系数，单位：w/(m²·k)；fq为前挡风玻璃的传热面积，单位：m²；fc为侧窗的传热面积，单位：m²；fh为后挡风玻璃的传热面积，单位：m²；tz2为车窗外空气综合温度，取35℃；tn为车内空气温度，取25℃。

因而，添加相变遮阳板后，通过车窗玻璃稳态传热形成的空调负荷为：

lq2＝lqq+lqc+lqh＝261w

式中，lq2为通过车窗玻璃稳态传热形成的空调负荷，单位：w。

3)通过车窗玻璃日射得热形成的空调负荷：

由于铝箔可看成不透光材料，其透射率可忽略不计，因此在安装相变材料遮阳单元后，通过车窗玻璃日射得热形成的空调负荷视为0。

4)因相变材料吸热降低的空调负荷lqabs：

将吸热量与时间按近似线性变化，单位质量单位时间相变材料融化吸热量为30j/s·kg，按照典型家用汽车车体透明部分面积，可估算每辆汽车所使用的相变材料总质量为20.2kg，则相变材料吸收的总热量(即：因相变材料吸热降低的空调负荷)为：

lqabs＝mqabs＝20.20×30＝606w

式中，lqabs为相变材料吸收的总热量，单位：w；m为相变材料质量，单位：kg；qabs为单位质量相变材料吸收的热量，单位：w/kg。

因此采用相变遮阳板后，降低的空调系统负荷为：

δq＝lq0-(lq1+lq2-lqabs)＝2119-(847+261-606)＝1617w

式中，δq为采用本发明后空调负荷的降低量，单位：w；lq0为未安装本发明所述的相变材料遮阳单元时的空调负荷，单位：w；lq1为通过车身非透明围护结构稳态传热形成的空调负荷，单位：w；lq2为通过车窗玻璃稳态传热形成的空调负荷，单位：w；lqabs为因相变材料吸热降低的空调负荷，单位：w。

相应地，可节省的用于汽车空调系统的能耗为：

式中，cop为汽车空调系统性能系数(制冷量与运行功率之比)，取值为2.6。

综上，本发明的车辆不仅可有效降低车内空气温升，也能降低车辆空调系统能耗。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。