论文部分内容阅读
[摘 要]本文介绍一种新能源车电动出风口的控制方法，阐述控制器如何通过LIN总线控制出风口电机自学习，正常工作，以及故障处理，另外还介绍几种电动出风口的控制模式。
[关键词]新能源车;出风口;控制方式
[中图分类号]F426.471;X51 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）01–00–02
A Control Method for Electric Air Outlet of New Energy Vehicle
Xu Zhu-kai，Huan Xuan
[Abstract]This paper introduces a new energy vehicle electric outlet control method， mainly describes how the controller through LIN bus control outlet motor self-learning， normal work， and troubleshooting. In addition， several control modes of electric air outlet will be introduced.
[Keywords]new energy vehicle; air outlet; control mode
特斯拉汽車的横空出世，改变了传统汽车行业的格局，国内越来越多的企业投入到新能源造车行业。随着新能源车行业竞争日益白热化，各车企对汽车的智能化要求越来越高。本文所述的电动出风口能够精细控制吹风方向，配合大屏控制可以多组实现自由风，镜像风，自动扫风等智能吹风模式，与传统汽车空调出风口相比更加智能。
1 系统介绍
如图1所示，本文所述电动出风口分为4组。每组由2个LIN步进电机控制，1个控制机械叶片上下转动，1个控制机械叶片左右转动。控制器接收来自大屏的控制信号，控制4组出风口的出风方向。1，3，5，7号电机控制水平方向，2，4，6，8号相机控制竖直方向。8个LIN电机由控制器通过LIN总线进行控制。其中1号电机控制节点地址0x01，应答节点地址0x21，2号电机控制地址0x02，应答地址0x22，依次类推。LIN总线上一共16个节点，控制周期为160 ms。
2 控制方法
2.1 自学习
电动出风口每个电机自学习流程是一样的。主要原理是通过堵转反馈计算出电机的有效行动范围，并根据机械结构设置起始位及各个控制位置的步数。具体控制步骤如下：
（1）上电请求清除所有标志位（VGA_ClearFlagReq置14）;请求电机停止转动（VGA_StopModeReq置1）;启动自学习计时器T1。
（2）等待复位标志清除后（读VGA_ResetSts为0）。停止请求标志位清除（VGA_ClearFlagReq置0）;允许电机转动（VGA_StopModeReq置0）;设置当前起始位置为8000步（VGA_StartPstReq置8000）;请求当前位置有效（VGA_PstValidReq置1）。
（3）等待电机停止模式恢复（读VGA_StopModeSts为0）。请求电机线圈通电（VGA_CoilEnergReq置1）;设置目标位置为0（VGA_TargetPstReq置0）;设置目标位置有效（VGA_PstValidReq置0）;此时电机会持续往逆时针方向转动。
（4）等待电机堵转（读VGA_BlockSts为1）。清除所有标志位（VGA_ClearFlagReq置14）;请求电机停止转动（VGA_StopModeReq置1）。
（5）等待电机处于停止状态（读VGA_StopModeSts为1），等待电机堵解除（读VGA_BlockSts为0）。停止请求标志位清除（VGA_ClearFlagReq置0）。当前位置即为起始位，设起始步数为1000（VGA_StartPstReq置1000）;请求当前位置有效（VGA_PstValidReq置1）。
（6）等待起始步数设置成功读（VGA_PstValidSts为1）。设置目标位置为65534（VGA_TargetPstReq置65534）;设置目标位置有效（VGA_PstValidReq置0）;允许电机转动（VGA_StopModeReq置0）;此时电机会持续往逆时针方向转动。
（7）等待电机堵转（读VGA_BlockSts为1）。清除所有标志位（VGA_ClearFlagReq置14）;请求电机停止转动（VGA_StopModeReq置1）。
（8）等待电机处于停止状态（读VGA_StopModeSts为1），等待电机堵解除（读VGA_BlockSts为0）。请求清除所有标志位（VGA_ClearFlagReq置14）。读取当前位置N（N等于VGA_PstSt值），电机整个行程步数为N-1000。
（9）允许电机转动（VGA_StopModeReq置0）;停止请求标志位清除（VGA_ClearFlagReq置0）;设置目标位置有效（VGA_PstValidReq置0）。
经上述步骤后，电机自学习完成，得到电机的有效行动步数（N-1000）。实际学习过程中还会监测学习是否超时（T1溢出），学习得到步数是否有效等判断。超时或者学习步数无效则重新学习。为了保护电机和机械结构，1个上电周期内重新学习3次则停止再次学习。
2.2 工作
2.2.1 电源模式处理
控制器第一次上电或上次为异常断电时，电动出风口进入自学习模式。8个电机同时开始自学习，等待8个电机都学习成功后根据机械结构分配各个挡位步数，进入正常工作。若电机3分钟内未完成自学习，则认为故障，停止线圈供电并存储故障代码，其他正常电机进入正常工作。 控制器判断到熄火，等待电机走到指定位置后E方存储当前步数，并置电动出风口电机有效存储标志。
点火唤醒后，判断所有电动出风口电机有效存储标志是否为1，如果都为1则电动出风口进入正常工作流程，否则电动出风口进入自学习模式。
2.2.2 工作模式
每组出风口电机都包含水平与竖直两个方向控制，根据机械结构各自可以分成数挡，组成一个矩阵。本文中1，2，3，4號电机控制主驾驶员侧风，5，6，7，8控制副驾驶员侧风。每个方向都分为5档。
如图2所示，1号电机在位置3，2号电机在位置2，3号电机在位置2，4号电机位置3，5号电机在位置3，6号电机在位置2，7号电机在位置5，8号电机在位置5。
（1）自由模式
自由模式时，每组电动出风口电机独立控制，不受其他组影响。例如当控制器接收到大屏的位置信号主驾左（2，3），主驾右（1，3）副驾左（3，3），副驾右（2，5），则1号电机走到2位置，2号电机走到3位置，3号电机走到1位置，4号电机走到3位置，5号电机走到3位置，6号电机走到3位置，7号电机走到2位置，8号电机走到5位置。
（2）扫风模式
电动出风口可以工作在水平扫风和竖直扫风2个模式。水平扫风时，水平方向坐标自动控制，竖直方向走到默认中间位置。收到水平扫风控制命令后1，3，5，7号电机不管处于什么位置，立刻向右侧转动，到达最右边位置后等待其他电机，当所有电机达到最右边位置后再全部切换到向左转动，所有电机都达最左边位置再全部切换成向右转动，依此循环。因实际控制中各水平方向电机行程与收到LIN命令时间不一样，所有必须判断电机全部到位再切换方向。竖直方向扫风跟水平方向扫风控制类似。
3 故障处理
电机在运行中随时监测电机反馈状态，当出现以下几种情况时处理如下：
（1）检测到过温标记时（VGA_BlockSts为0x1）时，需要马上停止电机运动并清除故障标志位，重新进入自学习。
（2）检测到过温标记时（VGA_TempSts为0x2），控制器需要请求执行器进入停止模式（VGA_StopModeReq=0x1），且执行器线圈断电（VGA_CoilEnergReq=0x0）。等待退出过温（VGA_TempSts为0x0）后，执行线圈通电（VGA_CoilEnergReq=0x1），进入自学习。
（3）检测电机发生电器故障时（VGA_FaultSts为0x1），控制器需要电机进入停止模式VGA_StopModeReq=0x1，且执行器线圈断电VGA_CoilEnergReq=0x0。当电气故障消除时，控制器必须发送控制帧重新使线圈通电VGA_CoilEnergReq=0x1，进入自学习。
（4）检测到过压（VGA_VoltSts为0x1）或欠压标记（VGA_VoltSts为0x2）时，控制器需要请求执行器进入停止模式（VGA_StopModeReq=0x1）。当故障消除时，进行自主学习后运行到请求位置。
4 结论
本文提出来的一种新能源车电动出风口的控制方法对电动出风口控制进行了详细阐述。实际控制中还会与模式电机，鼓风机等有逻辑关联，由于篇幅限制，不详细说明。该方法已经在量产车上经过了验证，目前运行情况较好。
参考文献
[1] 朱永存，赵玉霞.浅析纯电动汽车热泵空调系统[J].汽车与驾驶维修（维修版），2018（5）：93-94.
[2] 徐磊，林用满，宋文吉，等.电动汽车用热泵空调系统的设计与研究[J].汽车技术，2013（11）：55-58.
[3] 何贤，胡静，钱程，等.纯电动汽车两种热泵空调系统的实验研究[J].制冷学报，2018，39（3）：79-84.
[4] 张欢欢.电动汽车热泵空调系统技术研究[J].安徽电子信息职业技术学院学报，2017，16（5）：22-26.
[5] 叶立，李慧丽，陈宇，等.新能源电动汽车热泵空调系统实验研究[J].新型工业化，2019，9（2）：112-117，127.
[关键词]新能源车;出风口;控制方式
[中图分类号]F426.471;X51 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）01–00–02
A Control Method for Electric Air Outlet of New Energy Vehicle
Xu Zhu-kai，Huan Xuan
[Abstract]This paper introduces a new energy vehicle electric outlet control method， mainly describes how the controller through LIN bus control outlet motor self-learning， normal work， and troubleshooting. In addition， several control modes of electric air outlet will be introduced.
[Keywords]new energy vehicle; air outlet; control mode
特斯拉汽車的横空出世，改变了传统汽车行业的格局，国内越来越多的企业投入到新能源造车行业。随着新能源车行业竞争日益白热化，各车企对汽车的智能化要求越来越高。本文所述的电动出风口能够精细控制吹风方向，配合大屏控制可以多组实现自由风，镜像风，自动扫风等智能吹风模式，与传统汽车空调出风口相比更加智能。
1 系统介绍
如图1所示，本文所述电动出风口分为4组。每组由2个LIN步进电机控制，1个控制机械叶片上下转动，1个控制机械叶片左右转动。控制器接收来自大屏的控制信号，控制4组出风口的出风方向。1，3，5，7号电机控制水平方向，2，4，6，8号相机控制竖直方向。8个LIN电机由控制器通过LIN总线进行控制。其中1号电机控制节点地址0x01，应答节点地址0x21，2号电机控制地址0x02，应答地址0x22，依次类推。LIN总线上一共16个节点，控制周期为160 ms。
2 控制方法
2.1 自学习
电动出风口每个电机自学习流程是一样的。主要原理是通过堵转反馈计算出电机的有效行动范围，并根据机械结构设置起始位及各个控制位置的步数。具体控制步骤如下：
（1）上电请求清除所有标志位（VGA_ClearFlagReq置14）;请求电机停止转动（VGA_StopModeReq置1）;启动自学习计时器T1。
（2）等待复位标志清除后（读VGA_ResetSts为0）。停止请求标志位清除（VGA_ClearFlagReq置0）;允许电机转动（VGA_StopModeReq置0）;设置当前起始位置为8000步（VGA_StartPstReq置8000）;请求当前位置有效（VGA_PstValidReq置1）。
（3）等待电机停止模式恢复（读VGA_StopModeSts为0）。请求电机线圈通电（VGA_CoilEnergReq置1）;设置目标位置为0（VGA_TargetPstReq置0）;设置目标位置有效（VGA_PstValidReq置0）;此时电机会持续往逆时针方向转动。
（4）等待电机堵转（读VGA_BlockSts为1）。清除所有标志位（VGA_ClearFlagReq置14）;请求电机停止转动（VGA_StopModeReq置1）。
（5）等待电机处于停止状态（读VGA_StopModeSts为1），等待电机堵解除（读VGA_BlockSts为0）。停止请求标志位清除（VGA_ClearFlagReq置0）。当前位置即为起始位，设起始步数为1000（VGA_StartPstReq置1000）;请求当前位置有效（VGA_PstValidReq置1）。
（6）等待起始步数设置成功读（VGA_PstValidSts为1）。设置目标位置为65534（VGA_TargetPstReq置65534）;设置目标位置有效（VGA_PstValidReq置0）;允许电机转动（VGA_StopModeReq置0）;此时电机会持续往逆时针方向转动。
（7）等待电机堵转（读VGA_BlockSts为1）。清除所有标志位（VGA_ClearFlagReq置14）;请求电机停止转动（VGA_StopModeReq置1）。
（8）等待电机处于停止状态（读VGA_StopModeSts为1），等待电机堵解除（读VGA_BlockSts为0）。请求清除所有标志位（VGA_ClearFlagReq置14）。读取当前位置N（N等于VGA_PstSt值），电机整个行程步数为N-1000。
（9）允许电机转动（VGA_StopModeReq置0）;停止请求标志位清除（VGA_ClearFlagReq置0）;设置目标位置有效（VGA_PstValidReq置0）。
经上述步骤后，电机自学习完成，得到电机的有效行动步数（N-1000）。实际学习过程中还会监测学习是否超时（T1溢出），学习得到步数是否有效等判断。超时或者学习步数无效则重新学习。为了保护电机和机械结构，1个上电周期内重新学习3次则停止再次学习。
2.2 工作
2.2.1 电源模式处理
控制器第一次上电或上次为异常断电时，电动出风口进入自学习模式。8个电机同时开始自学习，等待8个电机都学习成功后根据机械结构分配各个挡位步数，进入正常工作。若电机3分钟内未完成自学习，则认为故障，停止线圈供电并存储故障代码，其他正常电机进入正常工作。 控制器判断到熄火，等待电机走到指定位置后E方存储当前步数，并置电动出风口电机有效存储标志。
点火唤醒后，判断所有电动出风口电机有效存储标志是否为1，如果都为1则电动出风口进入正常工作流程，否则电动出风口进入自学习模式。
2.2.2 工作模式
每组出风口电机都包含水平与竖直两个方向控制，根据机械结构各自可以分成数挡，组成一个矩阵。本文中1，2，3，4號电机控制主驾驶员侧风，5，6，7，8控制副驾驶员侧风。每个方向都分为5档。
如图2所示，1号电机在位置3，2号电机在位置2，3号电机在位置2，4号电机位置3，5号电机在位置3，6号电机在位置2，7号电机在位置5，8号电机在位置5。
（1）自由模式
自由模式时，每组电动出风口电机独立控制，不受其他组影响。例如当控制器接收到大屏的位置信号主驾左（2，3），主驾右（1，3）副驾左（3，3），副驾右（2，5），则1号电机走到2位置，2号电机走到3位置，3号电机走到1位置，4号电机走到3位置，5号电机走到3位置，6号电机走到3位置，7号电机走到2位置，8号电机走到5位置。
（2）扫风模式
电动出风口可以工作在水平扫风和竖直扫风2个模式。水平扫风时，水平方向坐标自动控制，竖直方向走到默认中间位置。收到水平扫风控制命令后1，3，5，7号电机不管处于什么位置，立刻向右侧转动，到达最右边位置后等待其他电机，当所有电机达到最右边位置后再全部切换到向左转动，所有电机都达最左边位置再全部切换成向右转动，依此循环。因实际控制中各水平方向电机行程与收到LIN命令时间不一样，所有必须判断电机全部到位再切换方向。竖直方向扫风跟水平方向扫风控制类似。
3 故障处理
电机在运行中随时监测电机反馈状态，当出现以下几种情况时处理如下：
（1）检测到过温标记时（VGA_BlockSts为0x1）时，需要马上停止电机运动并清除故障标志位，重新进入自学习。
（2）检测到过温标记时（VGA_TempSts为0x2），控制器需要请求执行器进入停止模式（VGA_StopModeReq=0x1），且执行器线圈断电（VGA_CoilEnergReq=0x0）。等待退出过温（VGA_TempSts为0x0）后，执行线圈通电（VGA_CoilEnergReq=0x1），进入自学习。
（3）检测电机发生电器故障时（VGA_FaultSts为0x1），控制器需要电机进入停止模式VGA_StopModeReq=0x1，且执行器线圈断电VGA_CoilEnergReq=0x0。当电气故障消除时，控制器必须发送控制帧重新使线圈通电VGA_CoilEnergReq=0x1，进入自学习。
（4）检测到过压（VGA_VoltSts为0x1）或欠压标记（VGA_VoltSts为0x2）时，控制器需要请求执行器进入停止模式（VGA_StopModeReq=0x1）。当故障消除时，进行自主学习后运行到请求位置。
4 结论
本文提出来的一种新能源车电动出风口的控制方法对电动出风口控制进行了详细阐述。实际控制中还会与模式电机，鼓风机等有逻辑关联，由于篇幅限制，不详细说明。该方法已经在量产车上经过了验证，目前运行情况较好。
参考文献
[1] 朱永存，赵玉霞.浅析纯电动汽车热泵空调系统[J].汽车与驾驶维修（维修版），2018（5）：93-94.
[2] 徐磊，林用满，宋文吉，等.电动汽车用热泵空调系统的设计与研究[J].汽车技术，2013（11）：55-58.
[3] 何贤，胡静，钱程，等.纯电动汽车两种热泵空调系统的实验研究[J].制冷学报，2018，39（3）：79-84.
[4] 张欢欢.电动汽车热泵空调系统技术研究[J].安徽电子信息职业技术学院学报，2017，16（5）：22-26.
[5] 叶立，李慧丽，陈宇，等.新能源电动汽车热泵空调系统实验研究[J].新型工业化，2019，9（2）：112-117，127.