汽车|一种汽车空调伺服电机的驱动系统及方法( 二 )
本文插图
3 系统介绍
3.1 伺服电机规格
本汽车空调系统采用的某型号模式风门伺服电机电气原
理图如图3所示 。 该模式电机具有五档 ， 依次为吹面一吹面吹脚一吹脚一吹脚除霜一除霜 。 本文所用模式电机的Pin脚定义及不同模式反馈电压值如表1所示 。 当Pin4为高电平 ，Pins为低电平时 ， 模式风门向吹面方向摆动；反之 ， 当Pin4 为低电平 ， Pins为高电平时 ， 模式风门向除霜方向摆动 。 该伺服电机集成一个滑动变阻器 ， 滑动变阻器的滑动端与电机相连 ， 当电机转动时 ， 滑动变阻器输出的电阻值发生变化 ， 从而使反馈电压在0、5V之间变化 ， 起到位置传感器的作用 。 事先通过标定 ， 得出模式风门在不同模式下的反馈电压 ， 以此作为该模式的目标位置反馈值 。
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3.2 本设计硬件方案
根据上述汽车空调模式电机的特点 ， 采用H桥驱动芯片来对其进行驱动 。 考虑到硬件平台化 ， 采用ST公司的集成式直流电机驱动芯片L99MD01XPTR来实现对空调风门伺服电机的控制 ， 其电机驱动模块的硬件框图如图4所示 。
L99MD01XPTR是一款集成8个半桥的电机驱动芯片 ， 每路输出的驱动能力为0·8A ， 可同时驱动4个直流伺服电机实现正反转 ， 满足一般汽车空调系统的使用要求 。 此外 ， 该芯片无需外部继电器或驱动模块 ， 可简化线束 ， 降低成本 。 电机驱动模块与MCU之间采用24Bit SPI通信接口 ， 减少对MCU 管脚资源的占用 ， 控制方式简单 ， 并能实现完善的诊断功能 ， 包括伺服电机各Pin脚对电源短路、对地短路、开路和电机堵转 。
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图4电机驱动模块硬件框图
3.3 本设计软件方案
结合模式电机的特点与硬件设计方案 ， 设计的模式电机控制软件流程如图5所示 。 相比一般控制方法而言 ， 本设计增加了两个阈值条件 。 只有当反馈电压与目标电压的差值> 上阈值时 ， 伺服电机才根据当前位置与目标位置的偏差执行正转或反转；当该差值<下阈值时 ， 认为伺服电机转动到目标位置 ， 执行制动 。 通过选择合适的上／下阈值 ， 既能防止伺服电机频繁抖动 ， 又能提高其控制精度 。 通过对某型号乘用车的实车标定 ， 确定上阈值为0·巧v ， 下阈值为0·05v 。
【汽车|一种汽车空调伺服电机的驱动系统及方法】4 结果分析
根据上述设计流程进行模型化编程 ， 生成代码后刷写到采用本硬件方案的ECU上 ， 搭载于某型号乘用车作为试验组；并将未设置上、下两个阈值的软件编码后刷写到同型号乘用车上 ， 作为对照组 。 通过实车路试 ， 分别观察试验组和对照组的模式风门电机的稳定性表现 。
通过试验发现 ， 试验组模式风门电机在调节模式后可以快速地达到稳定 ， 同时可以稳定至更高的精度区间 ， 并且在整个路试过程中不会发生抖动；而对照组的模式风门电机在调节模式后需要更长的时间才能达到稳定 ， 并且在稳定后随着路试的进行亦可能发生抖动 。 通过对比试验 ， 证实本伺服电机的驱动方案对于提高汽车空调伺服电机的稳定性是有效的 。
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图5伺服电机控制软件设计流程图
5 结论
伺服电机由于体积小、可靠性高、维护方便等优点而广泛应用于汽车自动空调系统中 ， 本文提供了一种汽车空调伺服电机的驱动系统及控制方法 ， 能有效地提高空调风门伺服电机的稳定性 ， 并且该方案简单可行 ， 具有很强的实用性 。
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