專利名稱：高速車體客室溫濕度和壓力波動混合模擬系統(tǒng)及使用方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種模擬系統(tǒng)及其使用方法，具體涉及一種高速車體客室溫濕度和壓力波動混合模擬系統(tǒng)及使用方法。
背景技術：
近年來，隨著高鐵的迅猛發(fā)展，高速列車在運行過程中乘客的舒適性的問題是相繼高速列車運行速度、服役可靠性、運行安全性研究之后的一個重要的課題。該問題得到了高度重視，需要深入的進行研究。但在研究過程中，有許多問題急需解決，如高速列車舒適性模擬試驗技術、舒適性評價理論、舒適性的提升優(yōu)化技術等。高速車體內溫度、濕度、壓力波動混合模擬方法就是研究高速列車客室內溫濕度、壓力波動三個物理參數的變化對乘客舒乘坐舒適性影響的一個試驗系統(tǒng)，屬于高速列車舒適性模擬試驗技術的范疇。據鐵道部 《中長期鐵路網規(guī)劃》綱要，到2020年，全國高速鐵路的運營里程達到12萬公里以上，屆時有一千列高速列車同時運行在路網中。可見，有關高速列車的舒適性研究的市場空間不言而喻，有關高速車體內溫濕度、壓力波動混合模擬方法及其模擬系統(tǒng)將有著廣泛的市場需求。
目前，有關室內環(huán)境的溫濕度模擬方法比較成熟和完善，可以實現一般氣候條件下的溫濕度模擬，也能實現高溫低濕、低溫高濕等特殊氣候環(huán)境的模擬。其模擬的手段采用工業(yè)空調機組、除濕機、加濕機相結合的技術手段，采用先調溫、后調濕的調整策略。
許多國家先后建立了各類不同規(guī)模的環(huán)境模擬設備，以適應兵器、航空和航天產品的發(fā)展。如美國NASA約翰遜空間中心的大型空間環(huán)境模擬設備，維也納國際車輛研究試驗中心的機車和車廂靜態(tài)壓力環(huán)境試驗設備，英國皇家陸軍科學研究院車輛環(huán)境試驗室和日本筑波空間環(huán)境模擬艙等，這些大型環(huán)境模擬設備都包括氣體壓力模擬功能。這些壓力試驗設備主要是靜態(tài)壓力模擬試驗，沒有涉及到壓力的瞬間波動問題。
機車車輛客室內部的溫濕度模擬試驗技術主要考慮空氣的溫度因素，調節(jié)的手段主要設備以空調為基礎，對濕度的調節(jié)能力十分有限，對濕度的模擬有待進一步研究，需要增加專門的濕度調節(jié)設備。車內壓力波動的產生是機車車輛在高速運行環(huán)境下的特有產物，低速作用下空氣作用十分微小，壓力波動主要是出現在高速列車進出隧道、交匯過程。 目前關于高速環(huán)境下高速列車的壓力波動模擬方法和試驗裝備，相關車輛廠正在研究中。
有關高速車體客室內溫濕度、壓力波動同時混合模擬方法和試驗設備國內外未報道，已有模擬方法主要考慮單個因素的模擬，無法同時完全模擬高速車體客室內溫度、濕度和壓力波動三個參數。發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是現有技術中沒有高速車體客室內溫度、濕度和壓力波動混合模擬系統(tǒng)的問題。
本發(fā)明的技術方案為高速車體客室溫濕度和壓力波動混合模擬系統(tǒng)，它主要由3控制系統(tǒng)、與該控制系統(tǒng)相連接的檢測系統(tǒng)、車體客室及與車體客室內連通的溫濕度調節(jié)系統(tǒng)、壓力調節(jié)系統(tǒng)構成。
進一步地，所述檢測系統(tǒng)由與控制系統(tǒng)相連接的位于車體客室內的溫度傳感器、 濕度傳感器、壓力傳感器構成。
進一步地，所述溫濕度調節(jié)系統(tǒng)由依次連接的進口氣動碟閥、空調機組、濕度控制設備、進風風道、車內客室、出風風道、出口氣動碟閥構成。
進一步地，所述壓力控制系統(tǒng)主要由依次連接的第一壓力穩(wěn)定閥、進口電動比例控制閥、第二手動截止閥、進風風道、車內客室、出風風道、出口電動比例控制閥、第二壓力穩(wěn)定閥構成。
進一步地，所述壓力控制系統(tǒng)主要由依次連接的第一壓力穩(wěn)定閥、進口電動比例控制閥、空調機組、濕度調節(jié)設備、進風風道、車內客室、出風風道、出口電動比例控制閥、第二壓力穩(wěn)定閥構成。
優(yōu)選地，所述第一壓力穩(wěn)定閥前還設有第一手動截止閥，所述第二壓力穩(wěn)定閥后還設有第三手動截止閥。
進一步地，所述控制系統(tǒng)為計算機，其分別與空調機組、濕度調節(jié)設備相連接。
進一步地，所述計算機還連接有PID控制器，計算機通過PID控制器分別與進口電動比例控制閥、出口電動比例控制閥相連接。
基于上述模擬系統(tǒng)，本發(fā)明還提供了一種高速車體客室溫濕度和壓力波動混合模擬系統(tǒng)的使用方法，它包括a.向計算機輸入期望模擬的溫度、濕度和壓力波；b.打開進口氣動碟閥和出口氣動碟閥；c.調節(jié)空調機組，由計算機判斷車體客室內的溫度是否與期望值相同，若相同進入下一步，若不同則重復執(zhí)行本步驟；d.調節(jié)濕度控制設備，由計算機判斷車體客室內的濕度、溫度是否與期望值相同，若相同進入下一步，若不同則重復執(zhí)行步驟C和d ；e.通過控制器控制進口電動比例控制閥、出口電動比例控制閥、進口氣動碟閥和出口氣動碟閥，由計算機判斷車體客室內的壓力值是否為期望壓力值，若相同結束試驗，若不同則重復執(zhí)行步驟e。
本發(fā)明與現有技術相比具有如下優(yōu)點(1)充分考慮了空氣壓力、溫度、濕度三個物理參數之間關聯(lián)關系，溫度變化對濕度變化影響大，濕度變化對溫度變化影響小，溫濕度變化對壓力波動影響作用時間短，壓力波動變化對溫濕度變化作用時間長的根本特點。采用了混合模擬的方法，采用先調溫度、再調節(jié)濕度、最后調節(jié)壓力波動的調節(jié)順序，實現空氣在特定溫濕度條件下的壓力波動模擬。溫濕度調節(jié)系統(tǒng)和壓力調節(jié)系統(tǒng)共用車體自身的進風風道和出風風道，與單因素模擬方法相比較，系統(tǒng)的試驗環(huán)境更接近實際車內的環(huán)境，充分利用高速列車風道分風的均勻性，該模擬方案技術經濟性高，模擬效果好。
(2)本發(fā)明能夠模擬再現高速列車在實際運行中可能存在的溫度大小、濕度大小、 各種特性的壓力波。能夠建立起三個物理參數所有特性集與舒適性的關系，在此基礎上為客室內空氣三參數對舒適性影響的評價標準，進一步為舒適性的提升優(yōu)化設計、材料的選型等都有著重要的指導意義。必將實現高速列車乘坐的舒適性，為乘客提供一個環(huán)境優(yōu)美、 身心健康的乘坐環(huán)境，可見其理論意義、實際意義都十分重大。


圖1為實施例1的混合模擬系統(tǒng)的結構框圖； 圖2為實施例2的混合模擬系統(tǒng)的結構框圖；圖3為控制策略框圖； 圖4為期望壓力波形圖； 圖5為試驗結果的壓力波形圖。
具體實施方式
實施例1混合模擬系統(tǒng)的構建如圖1所示，高速車體客室溫濕度和壓力波動混合模擬系統(tǒng)，它由控制系統(tǒng)、與該控制系統(tǒng)相連接的檢測系統(tǒng)、車體客室及與車體客室內連通的溫濕度調節(jié)系統(tǒng)、壓力調節(jié)系統(tǒng)構成。
檢測系統(tǒng)為與控制系統(tǒng)相連接的位于車體客室內的溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器構成。這樣就能實時檢測出車體客室內的相關參數并傳輸給控制系統(tǒng)。
溫濕度調節(jié)系統(tǒng)由依次連接的進口氣動碟閥、空調機組、濕度控制設備、進風風道、車內客室、出風風道、出口氣動碟閥構成。進風風道和出風風道采用車體本身的風道。
壓力控制系統(tǒng)主要由依次連接的第一壓力穩(wěn)定閥、進口電動比例控制閥、第二手動截止閥、進風風道、車內客室、出風風道、出口電動比例控制閥、第二壓力穩(wěn)定閥構成。
為了便于控制氣流及在不使用時保護系統(tǒng)，第一壓力穩(wěn)定閥前還設有第一手動截止閥，所述第二壓力穩(wěn)定閥后還設有第三手動截止閥。
控制系統(tǒng)采用計算機，其分別與空調機組、濕度調節(jié)設備相連接。這樣就能通過計算機統(tǒng)一控制溫度和濕度。
為了能控制壓力，所述計算機還連接有PID控制器，計算機通過PID控制器分別與進口電動比例控制閥、出口電動比例控制閥相連接。
實施例2混合模擬系統(tǒng)的構建如圖2所示，本實施例與實施例1基本相同，其不同點在于壓力控制系統(tǒng)中進口電動比例控制閥后接入空調機組、濕度調節(jié)設備然后再進風風道。當然，就不需要設置第二手動截止閥了。
實施例3混合模擬系統(tǒng)的使用如圖3所示，在上述構建的混合模擬系統(tǒng)的基礎上，通過下面的策略進行模擬a.向計算機輸入期望模擬的溫度、濕度和壓力波；b.打開進口氣動碟閥和出口氣動碟閥；c.調節(jié)空調機組，由計算機判斷傳感器檢測到的車體客室內的溫度是否與期望值相同，若相同進入下一步，若不同則重復執(zhí)行本步驟；d.調節(jié)濕度控制設備，由計算機判斷傳感器檢測到的車體客室內的濕度、溫度是否與期望值相同，若相同進入下一步，若不同則重復執(zhí)行步驟C和d ；e.通過控制器控制進口電動比例控制閥、出口電動比例控制閥、進口氣動碟閥和出口氣動碟閥，由計算機判斷傳感器檢測到的車體客室內的壓力值是否為期望壓力值，若相同結束試驗，若不同則重復執(zhí)行步驟e。
實驗結果向計算機輸入以下參數期望溫度20°C，期望濕度60%，期望的壓力波形如圖4所示。
得到的試驗結果為試驗溫度21°C，試驗濕度61. 3%，試驗結果的壓力波形如圖5 所示。
可見，該模擬系統(tǒng)的能夠滿足廣義舒適度模擬試驗平臺關于溫濕度、壓力波動的試驗需要。
權利要求
1.高速車體客室溫濕度和壓力波動混合模擬系統(tǒng)，其特征在于它主要由控制系統(tǒng)、 與該控制系統(tǒng)相連接的檢測系統(tǒng)、車體客室及與車體客室內連通的溫濕度調節(jié)系統(tǒng)、壓力調節(jié)系統(tǒng)構成。
2.根據權利要求1所述的高速車體客室溫濕度和壓力波動混合模擬系統(tǒng)，其特征在于所述檢測系統(tǒng)由與控制系統(tǒng)相連接的位于車體客室內的溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器構成。
3.根據權利要求1所述的高速車體客室溫濕度和壓力波動混合模擬系統(tǒng)，其特征在于所述溫濕度調節(jié)系統(tǒng)由依次連接的進口氣動碟閥、空調機組、濕度控制設備、進風風道、 車內客室、出風風道、出口氣動碟閥構成。
4.根據權利要求3所述的高速車體客室溫濕度和壓力波動混合模擬系統(tǒng)，其特征在于所述壓力控制系統(tǒng)主要由依次連接的第一壓力穩(wěn)定閥、進口電動比例控制閥、第二手動截止閥、進風風道、車內客室、出風風道、出口電動比例控制閥、第二壓力穩(wěn)定閥構成。
5.根據權利要求3所述的高速車體客室溫濕度和壓力波動混合模擬系統(tǒng)，其特征在于所述壓力控制系統(tǒng)主要由依次連接的第一壓力穩(wěn)定閥、進口電動比例控制閥、空調機組、濕度調節(jié)設備、進風風道、車內客室、出風風道、出口電動比例控制閥、第二壓力穩(wěn)定閥構成。
6.根據權利要求4或5所述的高速車體客室溫濕度和壓力波動混合模擬系統(tǒng)，其特征在于所述第一壓力穩(wěn)定閥前還設有第一手動截止閥，所述第二壓力穩(wěn)定閥后還設有第三手動截止閥。
7.根據權利要求6所述的高速車體客室溫濕度和壓力波動混合模擬系統(tǒng)，其特征在于所述控制系統(tǒng)為計算機，其分別與空調機組、濕度調節(jié)設備相連接。
8.根據權利要求7所述的高速車體客室溫濕度和壓力波動混合模擬系統(tǒng)，其特征在于所述計算機還連接有PID控制器，計算機通過PID控制器分別與進口電動比例控制閥、 出口電動比例控制閥相連接。
9.高速車體客室溫濕度和壓力波動混合模擬系統(tǒng)的使用方法，其特征在于它包括a.向計算機輸入期望模擬的溫度、濕度和壓力波；b.打開進口氣動碟閥和出口氣動碟閥；c.調節(jié)空調機組，由計算機判斷車體客室內的溫度是否與期望值相同，若相同進入下一步，若不同則重復執(zhí)行本步驟；d.調節(jié)濕度控制設備，由計算機判斷車體客室內的濕度、溫度是否與期望值相同，若相同進入下一步，若不同則重復執(zhí)行步驟C和d ；e.通過控制器控制進口電動比例控制閥、出口電動比例控制閥、進口氣動碟閥和出口氣動碟閥，由計算機判斷車體客室內的壓力值是否為期望壓力值，若相同結束試驗，若不同則重復執(zhí)行步驟e。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高速車體溫濕度和壓力波動混合模擬系統(tǒng)及使用方法，它主要由控制系統(tǒng)、與該控制系統(tǒng)相連接的檢測系統(tǒng)、車體客室及與車體客室內連通的溫濕度調節(jié)系統(tǒng)、壓力調節(jié)系統(tǒng)構成。本發(fā)明能夠模擬再現高速列車在實際運行中可能存在的溫度大小、濕度大小、各種特性的壓力波。能夠建立起三個物理參數所有特性集與舒適性的關系，在此基礎上為客室內空氣三參數對舒適性影響的評價標準，進一步為舒適性的提升優(yōu)化設計、材料的選型等都有著重要的指導意義。
文檔編號G01M17/08GK102507220SQ201110298470
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權日2011年9月29日
發(fā)明者丁建明, 伍川輝, 農漢彪, 劉璐, 林建輝, 陳春俊 申請人:林建輝