机车空调控制系统和机车空调的制作方法

1.本技术涉及车载空调控制技术领域，特别是涉及一种机车空调控制系统和机车空调。


背景技术：

2.机车司机室安装空调系统可以改善司机室的微气候条件，为机车司机提供良好舒适的工作环境；在我国铁路高速发展的今天，这对保证机车高速、安全运行具有非常重要的现实意义，因此研制高舒适性、高效可靠、智能化的机车空调系统十分必要。对于传统机车空调的控制系统，在机车空调上电后则启动默认工作参数运行，而不同的司机驾驶人员可能有不同的温度需求，因此每次都需要机车司机重新设置空调参数，故带来了一定的不便性。
3.在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：现有的机车空调系统的实用性较低、便捷性较差。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种机车空调控制系统和机车空调。
5.一种机车空调控制系统，包括：
6.变频电源；变频电源用于连接电源；
7.变频压缩机；变频压缩机与变频电源相连接；
8.人机交互模块；人机交互模块用于存储用户账号，并在用户账号登录的情况下输出用户账号对应的空调工作参数；
9.控制器；控制器分别连接变频电源、变频压缩机以及人机交互模块；控制器接收空调工作参数，并根据空调工作参数控制变频电源驱动变频压缩机运行。
10.在其中一个实施例中，人机交互模块包括存储器和处理器；
11.处理器分别连接控制器和存储器。
12.在其中一个实施例中，人机交互模块还包括人机交互界面；
13.人机交互界面与处理器相连接。
14.在其中一个实施例中，人机交互界面为触摸显示屏。
15.在其中一个实施例中，还包括ec风机；
16.ec风机连接控制器。
17.在其中一个实施例中，还包括温度传感器；
18.温度传感器与控制器相连接。
19.在其中一个实施例中，还包括湿度传感器；
20.湿度传感器连接控制器。
21.在其中一个实施例中，变频压缩机的类型为涡旋式、回转式、往复式、半密封式、开放式、螺杆式、离心式或轴流式。
22.在其中一个实施例中，变频电源采用svpwm方式驱动变频压缩机。
23.一种机车空调，包括上述的机车空调控制系统。
24.上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点和有益效果：
25.本技术的变频电源可以将电源转换为任意频率、任意电压的交流电源，人机交互模块用于存储机车司机对应的用户帐号，并在用户帐号登录的情况下向控制器输出该用户帐号对应的空调工作参数，控制器在接收到人机交互模块输出的空调工作参数的情况下，根据接收到的空调工作参数调节变频电源输出相应工作电压和工作电流，从而驱动变频压缩机运行，产生调制的制冷剂调制质量流量和制冷、制热输出，满足相应的制冷或制热需求，使得机车司机室的室温可以达到司机习惯、喜好的温度，从而有效提高机车空调系统的实用性和便捷性，应用场景大大增加，并且变频压缩机和变频电源启动电流小、噪音小，稳定性更高，有效保障了机车空调系统的运行安全性，也可以实现空调的无级调温，进一步提高了机车空调系统的实用性和便捷性。
附图说明
26.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
27.图1为一个实施例中机车空调控制系统的第一结构框图；
28.图2为一个实施例中机车空调控制系统的第二结构框图；
29.图3为一个实施例中机车空调控制系统的第三结构框图；
30.图4为另一个实施例中机车空调的结构框图。
具体实施方式
31.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
32.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
33.需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
34.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。
35.在一个实施例中，如图1所示，提供了一种机车空调控制系统，可以包括：
36.变频电源；变频电源用于连接电源；
37.变频压缩机；变频压缩机与变频电源相连接；
38.人机交互模块；人机交互模块用于存储用户账号，并在用户账号登录的情况下输出用户账号对应的空调工作参数；
39.控制器；控制器分别连接变频电源、变频压缩机以及人机交互模块；控制器接收空调工作参数，并根据空调工作参数控制变频电源驱动变频压缩机运行。
40.其中，电源可以为工频电源；空调工作参数可以包括目标温度；变频电源是一种将工频电源转换成任意频率、任意电压电流的交流电源的电气设备，变频电源的使用主要是调整压缩机电机的功率、实现压缩机电机的变速运行；变频压缩机是指相对转速恒定的压缩机而言，通过一种控制方式或手段使其转速在一定范围内连续调节，能连续改变输出能量的压缩机，变频压缩机的设计原理是利用无级调速变频电源进行工作，对压缩机电机进行调速，以满足制冷、制热需求；人机交互模块可以用于存储用户账号，每个机车的司机可以拥有其对应的用户账号，也可以在机车司机登录自己的用户账号时，记录该用户账号设置的目标温度。
41.在一个示例中，变频电源可以采用svpwm(space vector pulse width modulation，空间矢量脉宽调制)方式驱动变频压缩机。
42.其中，svpwm的方式是以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成pwm(pulse width modulation，脉冲宽度调制)波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。传统的spwm(sinusoidal pulse width modulation，正弦脉宽调制)方法从电源的角度出发，以生成一个可调频调压的正弦波电源，而svpwm方法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑，模型比较简单，也便于微处理器的实时控制。变频电源具有软启动功能，使得变频压缩机具有启动电流小，噪音小等特点。
43.在另一个示例中，变频压缩机的类型可以为涡旋式、回转式、往复式、半密封式、开放式、螺杆式、离心式或轴流式。这些类型的压缩机利用特制驱动器控制压缩机电机转速(单位为转/秒)，变频压缩机可以在不同速度下工作，产生调制的制冷剂调制质量流量和制冷、制热输出。
44.具体地，当机车上电后，机车司机可以通过人机交互模块登录自己的用户账号，并设置相应的目标温度；人机交互模块存储该目标温度，并将目标温度发送给控制器；控制器根据该目标温度控制变频电源驱动变频压缩机进行制冷或制热；当下一次仍是该用户账号登录，则人机交互模块读取用户账号对应的历史设定温度，并将该历史设定温度作为目标温度发送给控制器；若人机交互模块有用户账号登录并更新了温度设置，则人机交互模块会更新存储的用户账号对应的目标温度，并将该目标温度发送给控制器，以使控制器控制变频电源驱动变频压缩机制冷或制热，从而使机车司机室内温度达到该目标温度。
45.若机车上电后，人机交互模块没有接收到外部设定的目标温度，则人机交互模块默认读取内部存储的上一次登录的用户账号的设定的温度作为目标温度，人机交互模块将该默认的目标温度发送给控制器，以使控制器控制变频电源驱动变频压缩机运行，以满足相应的制冷或制热需求。若上一次机车断电没有用户账号登录，则人体交互模块选择人体适宜温度24℃作为目标温度发送给智能空调控制器进行温度调节。从而，当不同的司机驾驶车辆时，可以切换到自己设定的账号，并存储自己感觉舒适的温度设定，让空调运行在自
己满意的区间内；当司机长时间连续运行车辆，不需要每次上车后尝试账号登录，会默认启用上次用户账号设置值。
46.控制器控制变频电源驱动变频压缩机运行的具体过程可以如下：
47.控制器在接收到目标温度的情况下，根据目标温度和当前温度，发送相应的命令给变频电源，控制压缩机电机工作；变频空调电源通过svpwm输出电压控制变频压缩机工作，并采集电流值和电压值；变频压缩机将压缩机电机速度值反馈给控制器，同时变频电源也将电流值和电压值反馈给控制器；控制器根据变频压缩机的母线电流值、电压值以及变频压缩机的电机速度值pi(proportional integral，比例和积分)调节变频电源工作，进而驱动变频压缩机运行。
48.其中，控制器的具体控制流程如下：
49.(1)控制器首先根据接收到的目标温度和当前温度，计算出变频电源目标工作电压和目标工作电流。
50.(2)控制器再根据当前变频压缩机反馈的电机速度、变频电源检测的输出工作电压、输出工作电流，经过pi调节后输出控制变频电源的工作电压和工作电流。
51.(3)当需要条件的目标温度与当前温度相差比较大，则控制器计算出来的变频电源的目标工作电压和目标工作电流相应地增大。
52.(4)当需要条件的目标温度与当前温度相差比较小，则控制器计算出来的变频电源的目标工作电压和目标工作电流相应地变小。
53.(5)当变频压缩机的电机速度超过预设速度，则控制器pi调节后输出的变频电源的工作电压和工作电流相应地变小。
54.(6)当变频压缩机的电机速度小于预设速度，则控制器pi调节后输出的变频电源的工作电压和工作电流相应地变大。
55.(7)当变频电源输出给变频压缩机的工作电压小于预设电压或者工作电流小于预设电流，则控制器pi调节后输出的变频电源地工作电压和工作电流相应地变大。
56.(8)当变频电源输出给变频压缩机的工作电压大于预设电压或者工作电流大于预设电流，则控制器pi调节后输出的变频电源的工作电压和工作电流相应地变大。
57.本技术的人机交互模块在用户账号登录的情况下输出用户账号对应的空调工作参数，在控制器接收到人机交互模块输出的空调工作参数的情况下，根据该空调工作参数控制器变频电源驱动变频压缩机运行。本技术通过人机交互模块记录不同机车司机的温度喜好，通过登录用户账户自动根据机车司机喜好的温度进行温度调节，从而大大增加了机车空调系统的便捷性，提升了使用感；并且，本技术采用的变频电源可以将工频电源转换成任意频率、任意电压的交流电源，并采用svpwm方式驱动变频压缩机，具有软启动功能，变频压缩机启动电流小，噪音小，变频压缩机可以在不同速度下运行，从而实现空调的无级调温，有效提高了机车空调系统的实用性和便捷性。
58.在其中一个实施例中，机车空调控制系统还可以包括ec风机；
59.ec风机连接控制器。
60.在一个示例中，空调工作参数还可以包括目标风速。
61.其中，ec风机指采用数字化无刷直流外转子电机的离心式风机，风机内置小型驱动器，可以实现功率变换及电机驱动控制，还具有对外通信功能。
62.具体地，目前机车空调机组采用的风机均为三相异步电机，存在启动电流大、风机转速不可调、噪音大、体积大、重量重等问题，而本技术的机车空调控制系统采用的ec风机，具有高效节能，无级调速、风速可控、维护方便等特点，易实现智能化。
63.本技术还可以通过人机交互模块对空调风速进行设定，人机交互模块在接收到用户设定的目标风速的情况下，将该目标风速输出；控制器在接收到该目标风速的情况下，根据该目标风速调节ec风机的运行，使风机达到用户设定的风速；并且人机交互模块还将该风速进行存储，在该用户账户登录且未进行风速调节的情况下，人机交互模块默认将该用户账户设定的历史风速作为目标风速输出给控制器控制ec风机进行风速调节；而当机车上电，但未进行账户登录时，人机交互模块自动设定上一个用户账户设定的风速为目标风速。
64.本技术采用ec风机对风速进行无级调节，且高效节能，维护方便，非常便捷使用。
65.在其中一个实施例中，机车空调控制系统还可以包括温度传感器；
66.温度传感器与控制器相连接。
67.具体地，温度传感器可以实时监控空调外部温度，并将检测到的当前温度发送给控制器，控制器可以根据当前温度和目标温度，计算出变频电源的目标工作电压和目标工作电流，从而不断控制变频电源驱动变频压缩机运行，以将空调外部温度达到并稳定在目标温度。
68.在其中一个实施例中，如图2所示，机车空调控制系统还可以包括湿度传感器；
69.湿度传感器连接控制器。
70.其中，湿度传感器可以实时检测空调外部的空气湿度，并将检测到的湿度发送给控制器。
71.具体地，湿度传感器实时监测空调外部的空气湿度，并将检测到的湿度发送给控制器，控制器在接收到湿度的情况下将该湿度传输至人机交互模块，人机交互模块可以通过人机交互界面对该湿度进行显示，从而便于司机了解空气的湿润程度，提高了用户体验。
72.在其中一个实施例中，如图3所示，人机交互模块可以包括存储器和处理器；
73.处理器分别连接控制器和存储器。
74.在一个示例中，人机交互模块还可以包括人机交互界面；
75.人机交互界面与处理器相连接。
76.在一个具体的示例中，人机交互界面可以为触摸显示屏。
77.具体地，用户可以通过人机交互界面进行用户账户登录操作，以及可以通过人机交互界面设定目标温度、目标风速等空调工作参数；存储器可以对用户账户信息进行存储，以及存储用户设定的目标温度、目标风速等空调工作参数；处理器可以接收用户在人机交互界面设定的空调工作参数并输入存储器进行存储，也可以响应用户在人机交互界面进行的其他相关操作；处理器还可以从存储器中读取存储的空调工作参数发送给控制器进行处理。人机交互界面还可以显示空调当前的各项空调工作参数、工作状态、温湿度情况等，也可以在空调出现故障的情况下，对故障信息进行显示并发出警报，以便工作人员进行维护。
78.进一步地，控制器与变频电源、变频压缩机以及ec风机之间的通讯可靠性设计方面增加了信息crc校验，信息报文计数功能，同时为了防止通讯冲突增加了通讯信息网路管理。当控制器检测到与变频电源、变频压缩机以及ec风机通讯出现丢失时，会让相应的网络节点进行缩短发送周期，补发相应的报文；当控制器检测到与变频电源、变频压缩机以及ec
风机通讯出现丢失的次数，超过设置的次数lost_delt次后，控制器会让相应出现报文丢失的部件进行复位或者重启操作。当相应报文丢失的部件发送重启3次后还出现报文丢失的情况，则控制器会将相应的部件进行断开节点处理；并且，控制器会将相应的报文丢失故障信息传递给人机交互模块，由人机交互模块进行存储和显示。
79.以上，本技术采用变频电源、变频压缩机以及数字化风机，减少频繁启动，取消掉硬线布局，提高了可靠性；变频电源具有软启动效果，使得变频压缩机的启动电流小，噪音小，运行安全性更高；变频电源和变频压缩机的结合可以实现空调的无级调温；本技术还采用了ec风机对风速进行无级调节，增加了空调控制系统的实用性，并且本技术通过人机交互模块存储用户账号，并根据用户账号对应的空调工作参数自动调节变频电源和变频压缩机的运行，使得温度调节更适合司机的喜好，极大增强了空调使用的便捷性、实用性和舒适度。
80.在一个实施例中，如图4所示，提供了一种机车空调，可以包括上述的机车空调控制系统。
81.在一个具体的实施例中，机车空调可以具有制冷、制热以及通风等功能，有自动、手动、调试及停止四种模式，可依据需求选择和设定运行模式，其中，自动模式：有三种自动模式可选择：
①
暖和、
②
常规、
③
凉快，可通过人机交互界面预设置司机各自喜好的自动温度模式，控制器根据外界环境气候条件来决定机组的工作方式，自动调节机组的制冷、制热量；手动模式：在手动模式下，控制器根据人机交互界面设定的温度来决定空调机组的工作方式，自动调节空调的制冷、制热量，保证室内的温度与设定值相差范围不超过
±
1℃；调试模式：通过人机交互界面可设定调试模式，主要用于机车空调在出车前或检修时的例行检验，通过人机交互界面可观测各数据数值，通过控制器可下载例行日志报告；停止模式：通过人机交互界面设定空调机组停机模式。
82.本技术的机车空调可以实现对温度的无级调节，根据机车司机的喜好和习惯自动调节空调的运作，极大地增加了机车空调的实用性和便捷性，为广大机车司机提供了舒适良好的驾驶环境，实时监控机车空调的运行状态，及时作出状态调整，保障了机车空调的运行安全性，简化了维修保养工作，提高了检修作业效率，实现了机车空调的智能运维。
83.在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
84.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
85.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。