车辆用空调控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及搭载于车辆来控制车辆内的空调的车辆用空调控制装置。
【背景技术】
[0002]关于搭载于电车等车辆来控制车辆内(以下存在称为“车内”的情况)的空调的车辆用空调控制装置，提出有各种技术。现有的车辆用空调控制装置检测车内温度、车内湿度及外部气体温度，并基于设定温度与车内温度之差、车内湿度及外部气体温度来控制空调能力。
[0003]例如，在外部气体温度高的夏季等时期，在到达车站时，若打开车门而很多乘客向车辆乘车，则因开车门时的空气的交换和乘客的发热而使车内温度上升。
[0004]在现有的车辆用空调控制装置中，进行检测车内温度的上升来使空调能力增加这样的所谓反馈控制。但是，在检测出车内温度的上升之后至空调发挥效能之前存在时滞，因此存在暂时性地有损车内舒适性这样的问题。
[0005]因此，着眼于车内舒适性的变化，考虑有如下技术，即，基于根据统计性的预测算出的下一车站的乘车率，在到达下一车站之前，预测到达下一车站的时刻的温度变化，从而预先控制车内的空调(例如，参照专利文献I及2)。
[0006]应用了专利文献I中公开的车辆用空调控制方法的车辆用空调控制装置基于车内温度、车外温度、车内湿度及车辆的乘车率来运算车辆内的空调基准温度。车辆用空调控制装置基于通过运算求出的空调基准温度，来决定用于对车辆内进行空气调节的空调控制模式(pattern)，并基于决定了的空调控制模式，来控制车辆用空调装置。
[0007]具体而言，专利文献I所公开的车辆用空调控制装置在车内温度与空调基准温度之差超过规定值时，使车辆用空调装置所具备的空调压缩机起动，由此对车内进行空气调节。车辆用空调控制装置在车内温度与空调基准温度之差为规定值以下时，在下面的情况下，也对车内进行空气调节。
[0008]例如，在从车内温度测定时至到达下一车站的时间比对空调压缩机预先确定的再起动防止延时短，且预测为下-一车站的乘车率超过预先确定的规定值、即在下-一车站有规定数以上的乘客乘车的情况下，车辆用空调控制装置在到达下一车站之前预先使空调压缩机起动。并且，车辆用空调控制装置基于预测出的下一车站的乘车率来控制车辆用空调装置，由此对车内进行空气调节。
[0009]这样，在专利文献I所公开的车辆用空调控制装置中，即使在车内温度与空调基准温度之差为规定值以下的情况下，在预测为在下一车站有规定数以上的乘客乘车时，也使起动中的空调压缩机的起动继续，或者在不侵犯再起动防止延时的范围内使停止的空调压缩机在到达下一车站之前起动。由此，即使在很多乘客同时来乘车的情况下，也能对车内有效地进行空气调节，阻止车内环境变得不适的情况。
[0010]专利文献2所公开的车辆用空气调节装置如以下所述来控制空调。车辆用空气调节装置在到达下一车站之前,预测下一车站的到达时间的乘车率，并基于该预测的乘车率来求出修正温度。车辆用空气调节装置将求出的修正温度与车辆设定温度相加来求出空调基准温度，并对空调基准温度与车内温度进行对照，基于该对照结果来进行空调控制。
[0011]这样，专利文献2所公开的车辆用空气调节装置构成为，在车辆到达下一车站之前，对应于在下一车站与再下一车站之间行驶时的空调基准温度来进行空调控制。由此，在车辆到达下-■■车站且在下-■■车站出发的时刻，能够舒适地对车内进行空气调节。
[0012]如以上那样，专利文献I所公开的车辆用空调控制装置及专利文献2所公开的车辆用空气调节装置以提高车内舒适性的方式构成。与此相对,考虑有如下这样的技术:着眼于列车的行驶所需的消耗电力、即动力运行(力行)/再生电力，考虑节能及省电来控制车内的空调(例如，参照专利文献3及4)。
[0013]专利文献3所公开的电动车的控制装置构成为，设置负载控制机构，能够利用辅助电源装置的负载来消耗剩余的再生能量。由此，在电动车处于再生制动状态的情况下，能够通过冷却器等辅助电源装置的负载使再生能量消耗，因此能够提高节能性。
[0014]应用了专利文献4所公开的电动车控制方法的控制装置在列车的运行中，监视由运行状态及消耗电力构成的运行信息，当从操作器输入的运行指令为动力运行指令时，即使冷却器的接通指令为“0N”，也使冷却器的控制指令强制性地为“OFF”而使冷却器停止。另外，控制装置在运行指令不是动力运行指令且主电动机的消耗电流少的情况下，在冷却器的接通指令成为“0N”的时刻，使冷却器的控制指令为“0N”。这样，通过在动力运行时使冷却器停止，能够使列车整体的消耗电力均衡而降低变电所的峰值电力、即省电。
[0015]在先技术文献
[0016]专利文献
[0017]专利文献1:日本专利第3842688号公报
[0018]专利文献2:日本特开2012-17003号公报
[0019]专利文献3:国际公开第2007/132515号小册子
[0020]专利文献4:日本特开平1-214201号公报
【发明内容】
[0021]发明要解决的课题
[0022]在专利文献I及2所公开的技术中，通过在到达下一车站之前进行空调控制，由此在下~一车站出发的时刻能够提高车内舒适性，但未考虑到节能及省电。
[0023]与此相对，在专利文献3及4所公开的技术中，通过按照列车的行驶所需的消耗电力来进行空调控制，由此能够达到节能化或省电,但代替于此，可能有损车内舒适性。
[0024]因此，从节能、省电及车内舒适性的综合性观点出发，期望能够进行适当的空调控制的车辆用空调控制装置。
[0025]本发明的目的在于提供一种能够从节能、省电及车内舒适性的综合性观点出发，进行适当的空调控制的车辆用空调控制装置。
[0026]用于解决课题的手段
[0027]本发明的车辆用空调控制装置配置于车辆，对车辆内的空调器进行控制，所述车辆用空调控制装置的特征在于，具备:目标环境状况设定部，其输入包含预先确定的车内温度设定值、车内温度上限值及车内温度下限值在内的目标环境状况；车内环境检测部，其对包含车内温度及车内湿度在内的车内环境进行检测；车外环境检测部，其对包含所述车辆的外部的温度即车外温度的车外环境进行检测；车辆状态检测部，其对包含所述车辆的位置、乘车率及动力运行/再生电力在内的车辆状态进行检测；车辆状态预测部，其基于所述车辆的行驶计划及表示过去的乘车率的乘车率信息，对所述车辆的预测时刻以后的加速度、预测时刻以后的速度、预测时刻以后的坡度及预测时刻以后的乘车率进行预测;热负载计算部，其基于由所述车内环境检测部检测出的所述车内温度及所述车内湿度、由所述车外环境检测部检测出的所述车外温度、由所述车辆状态检测部检测出的所述乘车率、以及由所述目标环境状况设定部输入的所述车内温度设定值，计算所述车辆内的热负载；动力运行/再生电力预测部，其基于由所述车辆状态预测部预测出的所述车辆的所述预测时刻以后的加速度、所述预测时刻以后的速度、所述预测时刻以后的坡度及所述预测时刻以后的乘车率，对所述预测时刻以后的动力运行/再生电力进行预测；空调输出计算部，其基于由所述目标环境状况设定部输入的所述车内温度上限值及所述车内温度下限值、由所述热负载计算部计算出的所述热负载、由所述车辆状态检测部检测出的所述动力运行/再生电力、由所述动力运行/再生电力预测部预测出的所述预测时刻以后的动力运行/再生电力、以及由所述车辆状态预测部预测出的所述预测时刻以后的乘车率,计算用于所述空调器的输出指令值；以及空调控制部，其基于由所述空调输出计算部计算出的用于所述空调器的输出指令值，对所述空调器的输出进行控制，其中，所述空调输出计算部基于由所述车辆状态检测部检测出的所述动力运行/再生电力、由所述动力运行/再生电力预测部预测出的所述预测时刻以后的动力运行/再生电力、及由所述车辆状态预测部预测出的所述预测时刻以后的乘车率，对用于所述空调器的输出指令值进行修正。
[0028]发明效果
[0029]根据本发明的车辆用空调控制装置，能够不仅考虑车内舒适性，还考虑节能及省电地进行空调器的运行控制。因此，能够从节能、省电及车内舒适性的综合性观点出发，实现可进行适当的空调控制的车辆用空调控制装置。
[0030]本发明的目的、特征、局部方面及优点通过以下的详细的说明和附图而更加清楚。
【附图说明】
[0031]图1是表示具备作为本发明的第一实施方式的车辆用空调控制装置I的车辆100的结构的框图。
[0032]图2是表示作为本发明的第一实施方式的空调控制装置I的结构的框图。
[0033]图3是表示作为本发明的第一实施方式的空调控制装置I的空调控制处理的处理过程的流程图。
[0034]图4是表示本发明的第一实施方式中的基于动力运行/再生电力P[kW]的用于空调器的输出指令值Qs[W]的修正函数的曲线图。
[0035]图5是表示本发明的第一实施方式中的基于预先确定的期间的动力运行/再生电力的总和2Pf[kWh]的用于空调器的输出指令值Qs[W]的修正函数的曲线图。
[0036]图6是表示作为本发明的第二实施方式的空调控制装置IA的结构的框图。
[0037]图7是表示作为本发明的第二实施方式的空调控制装置IA的空调控制处理的处理过程的流程图。
[0038]图8是表示本发明的第二实施方式中的基于馈电电压的用于空调器6的输出指令值Qs[W]的修正函数的曲线图。
[0039]图9是表示作为本发明的第三实施方式的空调控制装置IB的结构的框图。
[0040]图10是表示作为本发明的第三实施方式的空调控制装置IB的空调控制处理的处理过程的流程图。
[0041]图11是表示作为本发明的第三实施方式的空调控制装置IB中的空调输出计划部48的计划结果的曲线图。
[0042]图12是表示作为本发明的第四实施方式的空调控制装置IC的结构的框图。
[0043]图13是表示作为本发明的第四实施方式的空调控制装置IC的空调控制处理的处理过程的流程图。
[0044]图14是表示存在有多个列车61的列车系统60的结构的框图,其中，该列车61包括具备本发明的第五实施方式中的空调控制装置I和车辆综合管理系统2的多个车辆100。
[0045]图15是表示具备本发明的第六实施方式中的空调控制装置I和蓄电池11的车辆110的结构的框图。
[0046]图16是表示具备本发明的第七实施方式中的空调控制装置I和蓄热装置12的车辆120的结构的框图。
[0047]图17是表示具备本发明的第九实施方式中的空调控制装置I和压缩机13的车辆130的结构的框图。
【具体实施方式】
[0048]<第-一实施方式>
[0049]图1是表示具备作为本发明的第一实施方式的车辆用空调控制装置I的车辆100的结构的框图。车辆100具备车辆用空调控制装置(以下，有时简称为“空调控制装置”)1、车辆综合管理系统2、主马达3、静止型逆变器4、VVVF逆变器5、空调器6及导电弓7。在图1中，用实线的箭头或虚线表示信息的收发，用单点划线表示电力的授受。
[0050]车辆综合管理系统2对马达控制、制动器控制、车门控制、空调控制、照明控制、车内引导控制及目的地引导控制等车辆100的控制进行综合性管理。车辆综合管理系统2通过与车辆100内的其他装置进行通信，从而对车辆100的控制进行综合性管理。在图1中，示出车辆综合管理系统2与车辆100内的其他装置的通信的-一部分、即与静止型逆变器4、VVVF逆变器5及空调控制装置I的各装置的通信。
[0051]车辆综合管理系统2还能够经由通信网9与车站、车辆管理部门及其他车辆等进行通信。车辆综合管理系统2具备例如中央运算处理装置(Central Processing Unit ;简称CPU)等运算装置、动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory ;简称DRAM)及硬盘装置等存储装置。
[0052]主马达3是用于驱动车辆100的主电动机。静止型逆变器4是用于供给车辆100的空调及照明等的辅助电源的电力转换装置。VWF逆变器5是使频率及电压能够可变的逆变器。VVVF逆变器5是用于控制对车辆100的主马达3进行驱动的电力的电力转换装置。静止型逆变器4及VVVF逆变器5经由导电弓7而从馈电线8取得电力。
[0053]空调器6具备:包含压缩机、鼓风风扇及热交换器的室外机；包含鼓风风扇及热交换器的室内机；空气配管；以及制冷剂配管。按照从空调控制装置I发送的输出指令来控制空调器6。
[0054]空调控制装置I配置于车辆100，对车辆100内的空调器6进行控制。空调控制装置I基于由车辆综合管理系统2提供的与车辆100相关的各种信息，来对空调器6发送输出指令。空调控制装置I具备例如C'PU等运算装置、DRAM及硬盘装置等存储装置。在以下的说明中，将多个车辆100连结而形成I个编组的装置称为“列车”。
[0055]图2是表示作为本发明的第一实施方式的空调控制装置I的结构的框图。空调控制装置I具备目标环境状况设定部21、车内环境检测部22、车外环境检测部23、车辆状态检测部24、车辆状态预测部25、热负载计算部26、动力运行/再生电力预测部27、空调输出计算部29、空调控制部30、过去乘车率数据库31及行驶计划数据库32。
[0056]目标环境状况设定部21是输入目标环境状况的机构。目标环境状况是作为车辆100的内部环境即车内环境的目标的状况。目标环境状况包括车内温度设定值Tset、车内温度下限值Tmin及车内温度上限值Tmax。在本实施方式中，目标环境状况还包括车内湿度设定值Hset.及目标调整时间t.c。
[0057]车内温度设定值Tset是作为车辆100内的温度即车内温度应达到的温度而预先确定的值。车内湿度设定值Hset是作为车辆100内的湿度即车辆湿度应达到的湿度而预先确定的值。车内温度下限值Tmin是作为车内温度而被允许的温度范围的下限值。车内温度上限值Tmax是作为车内温度而被允许的温度范围的上限值。
[0058]目标调整时间tc是作为从检测出的车内温度到实现车内温度设定值Tset为止使用的时间的目标的时间。在本实施方式中，目标调整时间tc兼作为从检测出的车内湿度到实现车内湿度设定值Hset为止使用的时间的目标的时间。
[0059]目标环境状况设定部21虽然省略了图示，但具备例如包含监视器、键盘及鼠标的输入部。目标环境状况设定部21构成为能够通过输入部输入目标环境状况。具体而言，目标环境状况设定部21构成为，能够通过输入部分别输入车内温度设定值Tset、车内湿度设定值Hset、车内温度下限值Tmin、车内温度上限值Tmax及目标调整时间tc。
[0060]目标环境状况设定部21向热负载计算部26提供通过输入部输入的车内温度设定值Tset、车内湿度设定值Hset及目标调整时间tc。另外，目标环境状况设定部21向空调输出计算部29提供通过输入部输入的车内温度下限值Train及车内温度上限值Tmax。
[0061]车内环境检测部22对车内环境进行检测。车内环境包括车内温度及车内湿度。车内环境检测部22具备例如车内用温度传感器及车内用湿度传感器。车内环境检测部22通过车内用温度传感器来检测车内温度Tin,并且通过车内用湿度传感器来检测车内湿度Hin0车内环境检测部22将检测出的车内温度Tin及车内湿度Hin作为车内环境而向热负载计算部26提供。
[0062]车外环境检测部23对车辆100的外部的环境即车外环境进行检测。车外环境包括车辆100的外部的温度即车外温度。在本实施方式中，车外环境还包括车辆100的外部的湿度即车外湿度。
[0063]车外环境检测部23具备例如车外用温度传感器及车外用湿度传感器。车外环境检测部23通过车外用温度传感器来检测车外温度Tout，并且通过车外用湿度传感器来检测车外湿度I1ut。车外环境检测部23将检测出的车外温度Tout及车外湿度Hou t作为车外环境而向热负载计算部26提供。
[0064]车辆状态检测部24对车辆100的状态即车辆状态进行检测。车辆状态包括车辆100的位置(x、y、z)、车辆100的乘车率Θ及车辆100的动力运行/再生电力P。在此，车辆100的动力运行/再生电力P是指车辆100所属的列车的主马达2的消耗电力。
[0065]车辆状态检测部24具备例如位置传感器、随重传感器及电力传感器。车辆状态检测部24通过位置传感器来检测车辆100的位置(X、y、z)。在此，x、y、z例如分别表示纬度、经度、高度。
[0066]车辆状态检测部24使用随重传感器来检测车辆100的乘车率Θ。具体而言，车辆状态检测部24以下述方式算出乘车率Θ。车辆状态检测部24通过随重传感器来检测车辆100的重量，将每一个乘客的体重假定为例如65kg，根据由随重传感器检测出的车辆100的重量来算出乘车人数。车辆状态检测部24将算出的乘车人数相对于车辆100的预先确定的定员的比率作为乘车率Θ来计算。
[0067]车辆状态检测部24使用电力传感器，来对车辆100所属的列车的主马达2的消耗电力、即动力运行/再生电力P进行检测。在电力传感器中，动力运行时的消耗电力P表示正值，再生时的消耗电力P表示负值。
[0068]车辆状态检测部24将检测出的乘车率Θ向热负载计算部26提供。另外，车辆状态检测部24将检测出的车辆100的位置(X、γ、z)及动力运行/再生电力P向空调输出计算部29提供。另外，车辆状态检测部24将检测出的乘车率Θ储备于过去乘车率数据库31。在此，过去乘车率数据库31例如分为星期、时间带、以及特快、快车及普通电车等车辆的类别来进行管理。
[0069]热负载计算部26根据例如由车内环境检测部22提供的车内温度Tin及车内湿度Hin、由车外环境检测部23提供的车外温度Tout及车外湿度Hout、由车辆状态检测部24提供的乘车率Θ、由目标环境状况设定部21提供的车内温度设定值Tset、车内湿度设定值Hset及目标调整时间tc，来计算车内的热负载Q0热负载计算部26将计算出的车内的热负载Q向空调输出计算部29提供。
[0070]另外，热负载计算部26基于车内温度Tin、车内湿度Hiru车内温度设定值Tset及车内湿度设定值Hset,来决定空调器6的运行模式(operat1n mode ;简称0M),并将决定出的运行模式(OM)向空调输出计算部29提供。空调器6具有例如制冷模式及除湿模式来作为运行模式。
[0071]车辆状态预测部25基于车辆100的行驶计划及表示车辆100的过去的乘车率的乘车率信息，来对车辆100的预测时刻以后的加速度、预测时刻以后的速度、预测时刻以后的坡度及预测时刻以后的乘车率进行预测。在此，“预测时刻”是指进行预测的时刻。例如，在时刻t进行预测的情况下，预测时刻以后的加速度为时刻t以后的加速度。
[0072]具体而言，车辆状态预测部25基于车辆100的乘车率信息、例如乘车率的统计数据，来对预测时刻以后的乘车率Qf进行预测。由车辆状态预测部25预测的乘车率为了与由车辆状态检测部2检测出的乘车率Θ进行区别，在标号“ Θ ”后标注作为尾标的“future”(未来)的首字母“f”而示出。
[0073]作为乘车率信息的乘车率的统计数据例如是储备于过去乘车率数据库31中的过去的乘车率。车辆状态预测部25例如读出储备于过去乘车率数据库31中的过去的乘车率，并基于读出的过去的乘车率，来对预测时刻以后的乘车率0f进行预测。车辆状态预测部25将预测出的预测时刻以后的乘车率Θ f向空调输出计算部29提供。乘车率信息既可以是过去的乘车率本身，也可以是表示过去的乘车率的信息。
[0074]另外，车辆状态预测部25基于例如从车辆100所属的列车的行驶计划数据库32得到的车辆100的行驶计划，来对车辆100的预测时刻以后的加速度a、预测时刻以后的速度V及预测时刻以后的坡度s进行预测。车辆状态预测部25将预测出的车辆100的预测时刻以后的加速度a