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技術 車両用空調システムおよび鉄道車両用空調システム

出願人 三菱電機株式会社
発明者 川尻洸平下釜三嘉
出願日 2010年12月9日 (10年0ヶ月経過) 出願番号 2010-274571
公開日 2012年6月28日 (8年6ヶ月経過) 公開番号 2012-121484
状態 特許登録済
技術分野 鉄道車両の細部 鉄道車両の付帯設備 車両用空気調和
主要キーワード 計時カウンター 最小人数 ドア開閉センサー 空調サービス 荷重センサー 温度補正テーブル 開閉センサー 荷重情報
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2012年6月28日)のものです。
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図面 (15)

課題

における乗客乗降による車内温度変動を抑えて、車内の快適性を維持する車両用空調システムおよび鉄道車両用空調システムを提供する。

解決手段

空調制御装置2は、車両50の荷重計測する応荷重センサー11の検出結果を車両情報制御装置3を介して取得し、この車両50の加重に基づいて算出される乗客の入れ換え率(下車する客の数と乗り込んで来る客の数との差分)および車外温度センサー12の検出した車外温度に基づいて記憶手段に記憶された実績データーを参照して補正温度を取得し、この補正温度に基づいて車両50が次駅到着する前に空調装置1を制御する。

概要

背景

近年、列車空調運転を行う場合、例えば、一部車両に弱冷房を採用するなど、全車同一の空調運転を行うのではなく、車両単位に空調運転を行うことにより、乗客体感温度相違を考慮した空調サービスを提供し、快適な乗車を楽しめるようになってきている。また、通勤時間帯とそれ以外の時間帯では乗降客数の数が大きく異なるという問題と、ホーム出入口近傍停車する車両には多くの乗客が乗車し、ホームの中間に位置する車両には乗客が少ないという問題に対処するため、乗客の人数の多少に合わせて車両単位で空調能力を変える必要がある。

そこで、車両単位での空調運転を実現するために、車両単位で乗降客の人数を把握する必要がある。従って、車両毎にその総重量をロードセルにより検出し、制御盤がその検出値から車両毎の乗車率を算出し、この乗車率に基づいて冷房負荷演算し、算出された冷房負荷に対応するように空気調和ユニットの容量を自動制御する技術が開示されている(例えば、特許文献1を参照)。
また、次駅到着する前に乗降客の人数を予測して予測人数に基づく空調運転を事前に行うことで、次駅での空調運転を快適に行うことも可能であり、これを実現するためには、予測人数を高精度に把握することが必要である。そのために、応荷重センサーが車両の乗車率データー格納部に格納された駅間乗車率データーに基づいて該当する時間帯における次駅の乗車率を予測する技術が開示されている(例えば、特許文献2を参照)。
また、列車がに到着する都度、到着から出発までの間、速度計等により車の停止期間に対応する計測期間を検出し、この計測期間における各車両毎の乗客重量を連続して計測し、計測結果から車両毎の実績下車客数と実績乗車客数を算出し、混雑度として駅の管理センターに送信し、駅の管理センターは受信した情報と実績データーに基づいて、車両毎の混雑度を掲示板に表示してホームで待っている客に通知することが開示されている(例えば、特許文献3を参照)。

なお、本発明及び従来例に共通な用語の定義をしておく。
(1)乗車率の定義
乗車率とは、車両の乗車定員に対する、実乗車人数の割合をいう。例えば、乗車率100%とは座席が全て埋まり、かつ吊革が埋まっている状況の事をいう。乗車率は以下の手順で算出される。まず各車両の床下に取付けられた応荷重センサーによって空車時の圧力と現在の圧力を検出し、次に制御部は双方の検出値の差分を算出する。次に、制御部は算出した差分を人一人分の圧力値で除して現在の乗車人数を算出し、さらに算出された乗車人数を乗車定員数で除して算定している。
現在の車両空調制御は駅でドアが閉まってから1秒後の乗車率を制御に反映させている。
(2)空調装置の制御
現在の空調装置の制御は、車内温度から得られた情報と、車両情報制御装置から伝送により通知される冷房指令暖房指令、設定温度、乗車率などの情報により空調制御装置によって実施される。乗車率はドアが閉じて1秒後の時点の値を採用し、次回のドア開閉時まで当該値を維持することとし、図14に示す乗車率補正パターンに基づき設定温度に補正をかけて空調制御に反映している。

概要

駅における乗客の乗降による車内温度変動を抑えて、車内の快適性を維持する車両用空調システムおよび鉄道車両用空調システムを提供する。空調制御装置2は、車両50の荷重を計測する応荷重センサー11の検出結果を車両情報制御装置3を介して取得し、この車両50の加重に基づいて算出される乗客の入れ換え率(下車する客の数と乗り込んで来る客の数との差分)および車外温度センサー12の検出した車外温度に基づいて記憶手段に記憶された実績データーを参照して補正温度を取得し、この補正温度に基づいて車両50が次駅に到着する前に空調装置1を制御する。

目的

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、駅における乗客の乗降による車内温度変動を抑えて、車内の快適性を維持する車両用空調システムおよびこの車両用空調システムを備えた鉄道車両用空調システムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
1件

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請求項1

車内の空調を行う空調装置と、車内の温度を検出する車内温度センサーと、車外の温度を検出する車外温度センサーと、車両の荷重を測定する荷重センサーと、前記車両が各駅到着する都度、該に到着してから該駅を出発するまでの期間における前記荷重センサーの検出結果に基づいて算出される乗客の入れ換わり率を第1の実績データーとして記憶し、さらに、前記入れ換わり率、前記車外温度センサーによって検出される車外温度および補正温度対応付けて第2の実績データーとして記憶する記憶手段と、前記空調装置を制御する空調制御装置と、を備え、前記空調制御装置は、次駅に到着する前に次駅の前記第1の実績データーを参照して次駅の入れ換わり率を取得し、取得した次駅の入れ替わり率および前記車外温度センサーが検出した車外温度に基づいて前記記憶手段に記憶された第2の実績データーを参照して次駅の補正温度を取得し、取得した次駅の補正温度と前記車内温度センサーが検出した車内温度に基づいて前記空調装置を制御し、次駅で乗客が乗降する時の車内温度の変化を抑制することを特徴とする車両用空調システム

請求項2

車内の空調を行う空調装置と、車内の温度を検出する車内温度センサーと、車外の温度を検出する車外温度センサーと、車両の荷重を測定する荷重センサーと、前記車両が各駅に到着する都度、該駅に到着してから該駅を出発するまでの期間における前記荷重センサーの検出結果に基づいて乗降客の数を算出し、下車する客の数が持ち出す熱量と乗り込んでくる客が持ち込んでくる熱量との差分を入れ替わり率とし、この入れ換わり率を第1の実績データーとして記憶し、さらに、前記入れ換わり率および補正温度を対応付けて第2の実績データーとして記憶する記憶手段と、前記空調装置を制御する空調制御装置と、を備え、前記空調制御装置は、次駅に到着する前に次駅の前記第1の実績データーを参照して次駅の入れ換わり率を取得し、取得した次駅の入れ替わり率に基づいて前記記憶手段に記憶された第2の実績データーを参照して次駅の補正温度を取得し、取得した次駅の補正温度と前記車内温度センサーが検出した車内温度に基づいて前記空調装置を制御し、次駅で乗客が乗降する時の車内温度の変化を抑制することを特徴とする車両用空調システム。

請求項3

車内の空調を行う空調装置と、車内の温度を検出する車内温度センサーと、車外の温度を検出する車外温度センサーと、車両の荷重を測定する荷重センサーと、前記車両が各駅に到着する都度、該駅に到着してから該駅を出発するまでの期間における前記荷重センサーの検出結果に基づいて算出される乗客の入れ換わり率を第1の実績データーとして記憶し、さらに、前記入れ換わり率、前記車外温度センサーによって検出される車外温度と前記車内温度センサーによって検出される車内温度との温度差および補正温度を対応付けて第2の実績データーとして記憶する記憶手段と、前記空調装置を制御する空調制御装置と、を備え、前記空調制御装置は、次駅に到着する前に次駅の前記第1の実績データーを参照して次駅の入れ換わり率を取得し、取得した次駅の入れ替わり率および前記車外温度センサーによって検出された車外温度と前記車内温度センサーによって検出された車内温度との温度差に基づいて前記記憶手段に記憶された第2の実績データーを参照して次駅の補正温度を取得し、取得した次駅の補正温度と前記車内温度センサーが検出した車内温度に基づいて前記空調装置を制御し、次駅で乗客が乗降する時の車内温度の変化を抑制することを特徴とする車両用空調システム。

請求項4

前記空調制御装置は、前記荷重センサーの検出結果に基づいて前記入れ換わり率を算出する都度、算出された入れ換わり率と、前記第1の実績データーを参照することで得られる過去の少なくとも1つの入れ換わり率との加重平均に基づいて新たな入れ換わり率を生成し、生成された新たな入れ換わり率を前記第1の実績データーに登録することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の車両用空調システム。

請求項5

前記空調制御装置は、次駅到着前に前記車内温度センサーによって検出された温度が所定の温度範囲内になるように前記空調装置を制御することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の車両用空調システム。

請求項6

前記実績データーは時間帯毎に設けられ、前記空調制御装置は、時間帯を指定して前記実績データーを参照することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の車両用空調システム。

請求項7

前記実績データーは曜日毎に設けられ、前記空調制御装置は、曜日を指定して前記実績データーを参照することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の車両用空調システム。

請求項8

前記実績データーは月毎に設けられ、前記空調制御装置は、月を指定して前記実績データーを参照することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の車両用空調システム。

請求項9

前記実績データーは季節毎に設けられ、前記空調制御装置は、季節を指定して前記実績データーを参照することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の車両用空調システム。

請求項10

ドア開閉センサーを備え、前記空調制御装置は、前記ドア開閉センサーの開信号により前記車両が前記駅に到着したと判断し、その後、前記ドア開閉センサーの閉信号により前記車両が前記駅から出発すると判断することを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の車両用空調システム。

請求項11

速度センサーを備え、前記空調制御装置は、前記速度センサーによって検出された速度が0以外から0になったときに前記車両が前記駅に到着したと判断し、その後、前記速度センサーによって検出された速度が0以外になったときに前記車両が前記駅から出発すると判断することを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の車両用空調システム。

請求項12

請求項1〜11のいずれか一項に記載の車両用空調システムを備えたことを特徴とする鉄道車両用空調システム

技術分野

0001

本発明は、バス鉄道に用いられる車両用空調システムおよびこの車両用空調システムを備えた鉄道車両用空調システムに関するものである。

背景技術

0002

近年、列車空調運転を行う場合、例えば、一部車両に弱冷房を採用するなど、全車同一の空調運転を行うのではなく、車両単位に空調運転を行うことにより、乗客体感温度相違を考慮した空調サービスを提供し、快適な乗車を楽しめるようになってきている。また、通勤時間帯とそれ以外の時間帯では乗降客数の数が大きく異なるという問題と、ホーム出入口近傍停車する車両には多くの乗客が乗車し、ホームの中間に位置する車両には乗客が少ないという問題に対処するため、乗客の人数の多少に合わせて車両単位で空調能力を変える必要がある。

0003

そこで、車両単位での空調運転を実現するために、車両単位で乗降客の人数を把握する必要がある。従って、車両毎にその総重量をロードセルにより検出し、制御盤がその検出値から車両毎の乗車率を算出し、この乗車率に基づいて冷房負荷演算し、算出された冷房負荷に対応するように空気調和ユニットの容量を自動制御する技術が開示されている(例えば、特許文献1を参照)。
また、次駅到着する前に乗降客の人数を予測して予測人数に基づく空調運転を事前に行うことで、次駅での空調運転を快適に行うことも可能であり、これを実現するためには、予測人数を高精度に把握することが必要である。そのために、応荷重センサーが車両の乗車率データー格納部に格納された駅間乗車率データーに基づいて該当する時間帯における次駅の乗車率を予測する技術が開示されている(例えば、特許文献2を参照)。
また、列車がに到着する都度、到着から出発までの間、速度計等により車の停止期間に対応する計測期間を検出し、この計測期間における各車両毎の乗客重量を連続して計測し、計測結果から車両毎の実績下車客数と実績乗車客数を算出し、混雑度として駅の管理センターに送信し、駅の管理センターは受信した情報と実績データーに基づいて、車両毎の混雑度を掲示板に表示してホームで待っている客に通知することが開示されている(例えば、特許文献3を参照)。

0004

なお、本発明及び従来例に共通な用語の定義をしておく。
(1)乗車率の定義
乗車率とは、車両の乗車定員に対する、実乗車人数の割合をいう。例えば、乗車率100%とは座席が全て埋まり、かつ吊革が埋まっている状況の事をいう。乗車率は以下の手順で算出される。まず各車両の床下に取付けられた応荷重センサーによって空車時の圧力と現在の圧力を検出し、次に制御部は双方の検出値の差分を算出する。次に、制御部は算出した差分を人一人分の圧力値で除して現在の乗車人数を算出し、さらに算出された乗車人数を乗車定員数で除して算定している。
現在の車両空調制御は駅でドアが閉まってから1秒後の乗車率を制御に反映させている。
(2)空調装置の制御
現在の空調装置の制御は、車内温度から得られた情報と、車両情報制御装置から伝送により通知される冷房指令暖房指令、設定温度、乗車率などの情報により空調制御装置によって実施される。乗車率はドアが閉じて1秒後の時点の値を採用し、次回のドア開閉時まで当該値を維持することとし、図14に示す乗車率補正パターンに基づき設定温度に補正をかけて空調制御に反映している。

先行技術

0005

特開2000−071740号公報
特許第3842688号公報
特開平10−217968号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、特許文献1〜3に示される従来の鉄道車両の空調予測制御では、実際の駅でドアが開いてから閉まるまでの期間には乗客の乗り降りが有り、この期間における乗客の入れ替わりによる熱の移動に対する処理については考慮していないため、この期間において車内快適性が損なわれるという課題があった。
また、列車が駅に停車している間、ドアが開いた直後に乗客の下車により乗車率は低下し、その後ホームで待っていた客が乗り込んでくるので、乗車率は増加し、ドア閉直前まで増加する。従って、乗車率は図13に示すように下に凸の曲線を描く。
しかしながら、上記特許文献1および特許文献2に示される従来の鉄道車両の空調予測制御では、ドアが閉じてから1秒後に乗車率を測定しているため、駅における乗客の入れ替わりを考慮していない。そのため、例えばに乗客の乗り降りが多い場合、降りる客が持ち出す車内の快適な空気の変わりに入り込む外気や、新たな乗客が持ち込む熱(人の衣服の熱+空気熱)の侵入を考慮することができていない。逆に、の場合は新たな乗客が持ち込む冷たい空気(人の衣服の冷たさ+冷気)の侵入を考慮することができていない。

0007

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、駅における乗客の乗降による車内温度変動を抑えて、車内の快適性を維持する車両用空調システムおよびこの車両用空調システムを備えた鉄道車両用空調システムを提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0008

本発明に係る車両用空調システムは、車内の空調を行う空調装置と、車内の温度を検出する車内温度センサーと、車外の温度を検出する車外温度センサーと、車両の荷重を測定する荷重センサーと、車両が各駅に到着する都度、該駅に到着してから該駅を出発するまでの期間における荷重センサーの検出結果に基づいて算出される乗客の入れ換わり率を第1の実績データーとして記憶し、さらに、入れ換わり率、車外温度センサーによって検出される車外温度および補正温度対応付けて第2の実績データーとして記憶する記憶手段と、空調装置を制御する空調制御装置と、を備え、空調制御装置は、次駅に到着する前に次駅の第1の実績データーを参照して次駅の入れ換わり率を取得し、取得した次駅の入れ替わり率および車外温度センサーが検出した車外温度に基づいて記憶手段に記憶された第2の実績データーを参照して次駅の補正温度を取得し、取得した次駅の補正温度と車内温度センサーが検出した車内温度に基づいて空調装置を制御し、次駅で乗客が乗降する時の車内温度の変化を抑制するものである。

発明の効果

0009

本発明によれば、駅における乗客の乗降による車内温度変動を抑えて、車内の快適性を維持することが可能となる。

図面の簡単な説明

0010

本発明の実施の形態1における車両用空調システムを構成する各部品の配置と接続関係を示す模式図である。
本発明の実施の形態1における車両用空調システムの制御系の構成を示すブロック図である。
本発明の車両用空調システムを含む制御系の動作を示す概略フローチャートである。
本発明の実施の形態1、2における車両用空調システムの制御系の詳細フローチャートである。
車両用空調システムの入れ替わり率テーブルの一例を示す図である。
本発明の実施の形態1における車両用空調システムの補正温度テーブルの一例を示す図である。
本実施の形態1を適用した場合の車内温度の変化の様子を従来例での車内温度の変化と比較して示す図である。
本発明の実施の形態2における車両用空調システムの制御系の詳細フローチャートである。
本発明の実施の形態2における車両用空調システムの補正温度テーブルの一例を示す図である。
本発明の実施の形態3における車両用空調システムの制御系の構成を示すブロック図である。
本発明の実施の形態3における車両用空調システムの制御系の詳細フローチャートである。
本発明における入れ替わり率を曜日毎や月毎あるいは季節毎分類したものを示す図である。
従来の乗車率補正パターンを示す図である。
従来の列車が各駅に到着してから出発するまでの期間における各車両の乗車率の変化を示す説明図である。

実施例

0011

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1における車両用空調システムを構成する各部品の配置と接続関係を示す模式図である。図1に示すように、列車100は複数の車両50が連結されて構成されている。
各車両50の天井には車内を冷暖房するための空調装置1が設置されており、各車両の進行方向の前側上部には空調装置を制御する空調制御装置が設置されている。また、各車両50の床下には、車両情報制御装置3が設置されており、車両情報制御装置3と空調装置1が有線または無線で接続されている。また先頭車両運転席には少なくとも1つの操作スイッチ4が搭載された操作盤が設けられており、運転員が操作盤の操作スイッチ4を操作すると操作信号が車両情報制御装置3へ送られるように構成されている。また各車両には各種センサー類が設置されている。例えば、各車両50の床下には当該車両の重量を計測する応荷重センサー11が設置されており、荷重情報を車両情報制御装置3へ送るように構成されている。また、先頭車両50の床下には、車外温度(外気温度)を検知する車外温度センサー12が設置されており、空調制御装置2に検知情報を送るように構成されている。また車内の天井裏には冷房運転時の車内温度を計測するリターン温度センサー13が設置されており、壁面には暖房運転時の車内温度を計測する壁部温度センサーが設置されている。以後、リターン温度センサー13と壁部温度センサー14を総称して車内温度センサー15と呼ぶ。

0012

図2は本発明の実施の形態1における車両用空調システムの制御系の構成を示すブロック図である。図2に示すように、空調制御装置2と車両情報制御装置3とで構成されており、空調制御装置2はマイクロコンピューター(以下、マイコンと呼ぶ)やDSPなどで構成されており、図示しない記憶部を内蔵している。空調制御装置2にはリターン温度センサー13と壁部温度センサー14から成る車内温度センサー15と車外温度センサー12と空調装置1が接続されている。また、車両情報制御装置3には応荷重センサー11とドア開閉センサー16と操作スイッチ4の他に、計時カウンター5、記憶部6が接続されている。ドア開閉センサー16は例えば、マイクロスイッチあるいは発光素子受光素子との組み合わせで構成される。計時カウンターは自動的にカウントアップを開始するものであり、適宜初期値0にリセット可能である。

0013

次に、本実施の形態1の動作の概要を説明する。ここでは、従来のドア閉1秒後の乗車率による車内温度の補正に加えて、各駅での乗降客の入れ換わり数に基づく入れ換わり率の算出と登録を行い、さらに次駅での入れ替わり率の予測値に基づいて車内温度の温度補正を行い、補正された車内温度に基づいて空調制御を実行することにより、次駅での乗降客の入れ換わりによる車内温度の変化を抑制する。
なお、次駅での乗降客の入れ換わりによる車内温度の変化とは、客が下車するときの車内温度持ち出し、ホームで待っていた客が車内へ乗り込んで来るときの車外温度持ち込みにより、車内温度が変化することを意味する。
また、上記各駅での乗降客の入れ換わりに基づく入れ換わり率の算出と登録は以下のようにして実行される。列車が各駅に到着する都度、ドア開からドア閉までの期間、周期的(例えば5秒毎)に乗り込んだ客数と下車した客数を把握し、その差分と定員数に基づいて乗降客の入れ替わり率を算出する。この算出の際に、各駅毎、各時間帯毎に登録された過去の少なくとも1つの入れ替わり率の実績データーとの加重平均をとることにより、偏りのないより正確な入れ替わり率を算出する。

0014

図3は、本発明の車両用空調システムを含む制御系の動作を示す概略フローチャートであり、空調制御装置2が主体となって行う。
次に、制御系の動作を図3を用いて説明する。
まず、空調制御装置2は次駅の乗車率を予測する(ステップS301)。そのために、空調制御装置2は車両情報制御装置3に対して次駅と現在の時間帯を指定して乗車率の実績データーを要求する。車両情報制御装置3はこの要求を空調制御装置2から受けると、記憶部6から該当の乗車率実績データーを読みだして空調制御装置2へ送る。空調制御装置2は次駅の乗車率実績データーを受け取ると、この乗車率実績データーを次駅の予測乗車率とする。

0015

続いて、空調制御装置2は従来から行っている「ドア閉1秒後の乗車率による補正値の決定」を実行する(ステップS302)。即ち、空調制御装置2は、ステップS301で得られた予測乗車率を基に内蔵する図示しない記憶部に予め登録されている、図14に示した乗車率と補正温度とを関係付けた補正温度テーブルを参照することで、該当する補正温度を取得し、これを次駅での車内温度の補正値とする(ステップS302)。

0016

続いて、空調制御装置2は太線で囲まれた本発明に係るステップS303を実行する。即ち、空調制御装置2は列車が当該駅に到着し、ドア開〜ドア閉までの期間、乗客の下車、乗車に基づいて乗客の入れ替わり数を測定し、この客の入れ替わり数に基づいて入れ替わり率を算出する。そして、算出された入れ替わり率を過去の入れ替わり率の実績データーとの加重平均をとってより高精度の新たな乗車率実績データーを作成し、実績データーとして登録する。
さらに、空調制御装置2は次駅での入れ替わり率を予測する。そのために、空調制御装置2は車両情報制御装置3に対して次駅と現在の時間帯を指定して入れ替わり率の実績データーを要求する。車両情報制御装置3はこの要求を空調制御装置2から受けると、記憶部6から該当の入れ替わり率実績データーを読みだして空調制御装置2へ送る。空調制御装置2は次駅の入れ替わり率実績データーを受け取ると、この入れ替わり率実績データーを次駅の予測入れ替わり率とし、この予測入れ替わり率に基づいて温度補正テーブルを参照して次駅で停車中のときの車内温度の補正値を決定する。
続いて、空調制御装置2は予測結果より次駅での快適車内温度を決定する(ステップS304)。即ち、現在の車内温度にステップS302で決定した補正値を加算することで走行中の快適車内温度を決定するとともに、現在の温度あるいは走行中の車内温度にS303で決定した補正値を加算することで次駅での快適車内温度を決定する。
続いて、空調制御装置2は出発後、上記決定した車内温度に基づいて空調制御を行う。即ち、空調制御装置2は走行中は上記乗車率に基づいて決定した車内温度になるように空調装置1を制御する(ステップS305)。また、次駅に到着する直前には上記次駅での入れ替わり率に基づいて決定した快適車内温度になるように空調装置1を制御する(ステップS306)。この場合、空調制御装置2は乗客が不快を感じない範囲で最大の効果が得られるように乗客の許容温度範囲内且つ許容温度近傍になるように空調を行うように空調装置1を制御する。また、できるだけ省力化を図るために、次駅に到着する前に空調を開始するタイミングを実験などにより決定しておき、このタイミングを設定しておく。
これにより、走行中は車内の快適性を損なうことが殆どなく、また駅における乗客の乗降による車内温度変動を抑えて、車内の快適性を維持することが可能となる。

0017

図4図3のステップS303の詳細フローチャートであり、本発明の実施の形態1における車両用空調システムの制御系の詳細フローチャートを示している。
次に、本実施の形態1の動作を図4を用いて説明する。
まず、空調制御装置2はドアが開くまでドア開閉センサー16からの信号の監視を継続する(ステップS401)。例えば、ドア開閉センサー16がスイッチで構成されていれば、列車が駅に到着するまでドアが閉じている間はドアスイッチはONであり、列車が駅に到着して運転者の操作によりドアが開くと、スイッチOFFとなり、ドア開検知信号が発生する。また、ドア開閉センサー16が発光素子と受光素子とから構成されていれば、ドアが開くと受光素子は光を受光する。これによりドア開検知信号が発生する。ドア開閉センサー16によって発生したドア開検知信号は空調制御装置2に送られる。空調制御装置2はドア開閉センサー16からのドア開検知信号により「ドア開」を認識すると、車内温度センサー15から車内温度を取得し(ステップS402)、さらに車外温度センサー12から車外温度を取得する(ステップS403)。続いて空調制御装置2は「ドア閉」を認識するまでの間、車両50の荷重を取得しては内蔵する記憶部に登録する動作を所定の周期で周期的(例えば5秒毎)に繰り返し実行する(ステップS404〜S407)。

0018

乗客の乗降により乗客が入れ替わり運転者の操作によりドアが閉じると、スイッチはONとなり、ドア閉検知信号を発生する。ドア開閉センサー16によって発生したドア閉検知信号は空調制御装置2に送られる。空調制御装置2はドア開閉センサー16からのドア閉検知信号により「ドア閉」を認識すると、「ドア開」から「ドア閉」までの時間帯を算出する(ステップS408)。続いて空調制御装置2は、内蔵する記憶部に登録した荷重を順次読み込みながら読み込んだ荷重同士を相互に大小比較して小さい方を残し、さらに残った荷重と次に読み込んだ荷重を大小比較してより小さい方を残すという手順を繰り返すことで最小の荷重を抽出する。この最小の荷重は下車直後の車両の荷重を意味する(ステップS409〜S410)。続いて、空調制御装置2は抽出された最小の荷重から空車時の荷重を差し引き、差分を大人1人当たりの平均体重(約60kg)で除算することで、車内に残留した最小人数aを算出する。前の駅で測定した当該駅に到着する前の乗客の人数から算出された最小人数aを差し引くことで、下車した乗客数Aを算出する(ステップS411)。

0019

続いて、空調制御装置2は、内蔵する記憶部に登録した荷重を順次読み込みながら読み込んだ荷重同士を相互に大小比較して大きい方を残し、さらに残った荷重と次に読み込んだ荷重を大小比較してより大きい方を残すという手順を繰り返すことで最大の荷重を抽出する。この最大の荷重は下車後にホームで待っていた乗客が全て乗り込み完了した後の車両の荷重を意味する(ステップS412〜S413)。続いて、空調制御装置2は抽出された最大の荷重から空車時の荷重を差し引き、差分を大人1人当たりの平均体重(約60kg)で除算することで、車内に残留した最大人数bを算出する。続いて、空調制御装置2は最大人数bと最小人数aの差分をとることで下車後に乗り込んだ乗客数Bを算出する(ステップS414)。

0020

続いて、空調制御装置2は下車した乗客数Aと下車後に乗り込んだ乗客数Bとに基づいて温度の入れ替わり率Cを算出する(ステップS415)。
従来例では、走行中の空調制御であったので室内温度が大きく変化しないことを前提としており、乗車率に基づいて補正温度を決定すればよかった。
しかしながら、本実施の形態1では、ドア開からドア閉までの空調制御の対する温度補正を対象としているため、室内温度が大きく変動するという条件が加わる。
従って、乗車率を使用することはできない。そこで、乗車率に代えて入れ替わり率を導入する。また、この場合、乗降客の発熱量は皆同じであることを前提とすると、入れ替わり率Cは下記(1)式と(2)式(加重平均)によって算出される。
C1=A−B…………………………………………………(1)
C=ΣkiCi(i=1〜n)/n ……………………(2)
但しC1〜CnはC1を最新とし、Cnを最古とする過去のn個の入れ替わり率、kiは重み係数

0021

即ち、空調制御装置2は数式(1)によって算出した最新の入れ替わり率と当該時間帯における過去のn個の入れ替わり率とを数式(2)に示す加重平均に基づいて新たな入れ替わり率を作成する。
続いて、空調制御装置2は、加重平均された入れ替わり率を当該時間帯の入れ替わり率実績データーに登録して入れ替わり率の実績データーを更新する(ステップS416)。
図5に車両用空調システムの入れ替わり率テーブルの一例を示す。図5に示すように入れ替わり率テーブルは各駅と時間帯によって分類され、過去のn個の入れ替わり率実績データーが記憶手段に登録されており、列車が各駅に到着する都度、更新される。この場合、新たな入れ替わり率が登録される都度、最も古い実績データーが公知の技術により自動的に削除される。
これにより、常時最新の情報に基づく精度の高い入れ替わり率テーブルを作成することができる。
なお、上記の例では制御は空調制御装置が実施すると説明したが、空調制御装置に限定する必要はなく、車両情報制御装置が実行してもよい。

0022

続いて、空調制御装置2は、次駅の当該温度帯を指定して図5に示す入れ替わり率テーブルを参照することで次駅の入れ替わり率を取得し、これを予測入れ替わり率とし、さらにこの予測入れ替わり率と車外温度センサー12によって検出された車外温度を基に内蔵する図示しない記憶部に予め登録されている、図6に示した入れ替わり率と車外温度と補正温度とを関係付けた補正温度テーブルを参照することで、該当する補正温度を抽出し、これを次駅での車内温度の補正値であると決定する(ステップS417)。
図6は本発明の実施の形態1における車両用空調システムの補正温度テーブルの一例を示す図であり、冷房運転時の補正温度テーブルである。この補正温度テーブルの領域ア〜ウに対応する補正温度は過去の経験値を基に予め手動で設定しておく。例えば、アの領域では、補正なし、イの領域では補正温度が−0.5℃、ウの領域では補正温度が−1.0℃というように車外温度が高いほどあるいは入れ替わり率が大きいほど補正温度が大きくなるように設定する。暖房運転の場合には、補正値が逆の関係になるような別の補正温度テーブルを用いる。

0023

図7は本実施の形態1を適用した場合の車内温度の変化の様子を従来例での車内温度の変化と比較して示す図である。図7(a)は暖房運転の場合、図7(b)は冷房運転の場合を示す。図7において、破線で示されているものが従来例の車内温度を示し、実線で示されているものが本実施の形態1の車内温度を示す。
図7(a)の暖房運転において、従来の場合には、列車が駅に到着し、ドアが開くと、下車する乗客が車内の熱量を持ち去るため、車内温度は徐々に低下し、乗客が下車後、ホームで待っていた客が冷たい車外の温度を持ち込んでくるため、車内温度がさらに低下し、全ての客が乗り込み終えた時点で車内温度は最低になる。そして、ドアが閉じてから1秒後に補正温度による空調が行われるため、車内温度は設定温度に向かって徐々に温度が上昇していく。
この期間において、波線で示した車内温度は許容温度を下回る期間が結構長いため、乗客はその間不快を感じることになる。
これに対して本実施の形態1に対応する空調制御は実線で示されており、列車が駅に到着する時点から一定の時間前に車内温度は許容温度の最高値に向けて上昇し、駅に到着した時点で許容温度の最高値近傍になるように制御される。そして、ドアが開くと、下車する乗客が車内の熱量を持ち去るため、車内温度は徐々に低下し、乗客が下車後、ホームで待っていた客が冷たい車外の温度を持ち込んでくるため、車内温度がさらに低下し、全ての客が乗り込み終えた時点で車内温度は最低になる。しかしながら、予め車内温度は許容温度の最高値近傍まで上昇させていたため、波線で示した温度よりも高い温度を示し、最低温度になっても、許容温度以内あるいは許容温度より低くなっても許容温度の最低値近傍で済む。また、ドアが閉じてから1秒後に補正温度による空調が行われるため、車内温度は設定温度に向かって徐々に温度が上昇していく。以上より、本実施の形態1による温度制御では、乗客は不快を殆ど感じることなく快適性を維持することができる。
なお、図7(b)に示す冷房運転時も同様であるため、説明を省略する。
このように、従来ではドア閉1秒後の乗車率による補正を行うだけであるため、列車が駅に到着してドア開からドア閉までの間は、乗降客の車内温度持ち出し、車外温度持ち込みによる車内温度は大きく変化するのに対して、本実施の形態1では、乗降客の車内温度持ち出し、車外温度持ち込みを温度の入れ替わり率として捉え、空調制御を行うようにしたので、従来よりも車内温度の変化がかなり抑制され、尚且つ車内温度は乗客の許容温度範囲内で推移する。

0024

なお、上記の例では、入れ替わり率を下車した乗客数と乗り込んできた客の数との差分とし、この人数の差分と車外温度とに応じて補正温度を推定したが、下車した客が持ち出した熱量と乗り込んできた客が持ち込んだ熱量に基づいて補正温度を推定してもよい。この場合、入れ替わり率Cは熱量の入れ替わり率となり、下車した乗客によって車内から持ち出された熱量と下車後に乗車した乗客によって車外から持ち込まれた熱量に基づいて構成される。この熱量の入れ替わりの計算には、基準温度が必要となるので、この基準温度を0℃とする。
下車客数をx、下車後の乗車客数をy、下車前の乗客数をz、室内温度をT1℃、室外温度T2℃とすると、入れ替わり率Cは下記(3)式と(4)式(加重平均)によって算出される。
D1=(−x*T1+y*T2)/(z−x+y)……(3)
但し、*は乗算を示す
C=ΣkiDi(i=1〜n)/n ……………………(4)
但しD1〜DnはD1を最新とし、Dnを最古とする過去のn個の入れ替わり率、kiは重み係数
この場合のフローチャートは、図4のフローチャートのステップS416を「入れ替わり率に基づき次駅の実績より次駅の温度補正値を抽出」というステップに置き換えるだけでよい。また、使用する入れ替わり率テーブルは、図5に示したものと同じ構成で内容が異なるだけである。また、使用する補正温度テーブルは、図14に示すテーブルにおいて、「乗車率」を「入れ替わり率」に置き換えたものでよい。

0025

本実施の形態1によれば、駅における乗客の乗降による車内温度変動を抑えて、車内の快適性を維持することが可能となる。

0026

実施の形態2.
実施の形態1では、車外温度と入れ替わり率を条件として車内温度の補正を行う場合について説明したが、車外温度と車内温度の温度差と、入れ替わり率を条件として車内温度の補正を行っても良い。本実施の形態では、このような場合について説明する。
図2の構成は本実施の形態2でも用いられる。
図8は本発明の実施の形態2における車両用空調システムの制御系の詳細フローチャートである。図8において、ステップS801〜S802が異なる以外は、図4と同じである。ここでは異なる部分について説明する。ステップS801では車外温度と車内温度との温度差を算出し、ステップS802ではステップS415で得られた入れ替わり率とステップS801で算出した温度差とを基に内蔵する図示しない記憶部に予め登録されている、図9に示した入れ替わり率と温度差と補正温度とを関係付けた補正温度テーブルを参照することで、該当する補正温度を取得し、これを次駅での車内温度の補正値と決定する。
なお、この補正温度テーブルの領域カ〜クに対応する補正温度は過去の経験値をベースに予め手動で設定される。

0027

本実施の形態2によれば、実施の形態1と同様の効果を奏する。
なお、上記の例では、車内温度と車外温度との温度差に基づいて空調制御する場合について説明したが、これに限る必要はなく、設定温度と車外温度との温度差に基づいて空調制御してもよく、この場合も同様の効果を奏する。

0028

実施の形態3.
実施の形態1〜2では、列車が駅に到着してから出発するまでの期間のドア開及びドア閉をドア開閉センサーを用いて検知したが、速度センサーを用いて検出しても良い。本実施の形態では、このような場合について説明する。
図10は、本発明の実施の形態3における車両用空調システムの制御系の構成を示すブロック図である。図10において、開閉センサー16を速度センサー17に置き換えた以外は図2の構成と同じである。
また、図11は本発明の実施の形態3における車両用空調システムの制御系の詳細フローチャートである。図11において、ステップS401をステップS1001に置き換え、ステップS406をステップS1002に置き換えた以外は、図4のフローチャートと同じである。ここでは異なる部分について説明する。ステップS1001では速度センサー17によって検出された速度が0になるまで待ち、速度が0になったらステップS402以降を実行する。また、ステップS1002では、速度センサー17によって検出された速度が0以外になるまでの間、車両50の荷重を取得しては内蔵する記憶部に登録する動作を所定の周期で周期的(例えば5秒毎)に繰り返し実行する(ステップS404、S405、S1102、S407)。そして速度が0以外になったら実施の形態1のステップS408以降を同様に実行する。

0029

本実施の形態3によれば、実施の形態1と同様の効果を奏する。

0030

なお、入れ替わり率テーブルは図12に示すように、曜日毎に分類して設けても良いし、月毎に分類して設けても良いし、季節毎に分類して設けても良い。
また、上記実施の形態では、列車を構成する各車両の空調システムについて説明したが、これに限定する必要はなく、例えば、公営のバスなどにも適用しても良い。

0031

1空調装置、2空調制御装置、3車両情報制御装置、4 操作スイッチ、5計時カウンター、6 記憶部、11応荷重センサー、12車外温度センサー、13リターン温度センサー、14 壁部温度センサー、15車内温度センサー、16ドア開閉センサー、17速度センサー、50 車両、100列車。

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