汽車空調(diào)用單極性步進電機控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種步進電機控制方法，具體地，涉及一種汽車空調(diào)用單極性步進電機控制方法。
【背景技術】
[0002]汽車內(nèi)部的空調(diào)箱直接參與了車內(nèi)舒適性的控制，空調(diào)箱通過驅(qū)動其內(nèi)部的風門運轉(zhuǎn)，從而滿足人們的需求，達到制冷和制熱的效果。驅(qū)動風門運轉(zhuǎn)的機構(gòu)一般稱作為伺服機構(gòu)，如果驅(qū)動風門運轉(zhuǎn)機構(gòu)的驅(qū)動器是電機，這種電機就叫做伺服電機。如圖1所示，其為汽車空調(diào)箱的控制原理圖，汽車空調(diào)控制器輸出控制信號驅(qū)動伺服電機，伺服電機根據(jù)接收到的控制信號運轉(zhuǎn)，驅(qū)動空調(diào)箱各風門運轉(zhuǎn)。
[0003]目前市場上汽車空調(diào)所用的伺服電機一般可以分為3種:直流反饋伺服電機、步進伺服電機和直流脈沖伺服電機三種類型。在這3種類型中，步進電機由于其體積小，兼容性高而被許多車廠所采用。如圖2至圖3所示，步進電機本身也分為3種類型，分別為單極性步進電機、雙極性步進電機和三相步進電機。
[0004]單極性步進電機體積小、成本低、性能適中、兼容性好，利于產(chǎn)品的平臺化和大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。目前市場上主流的中低檔車型大多選用的是單極性步進電機用作空調(diào)的伺服電機。如圖5所示，單極性步進電機對外的接口共有6個，包括用于步進電機接插件控制的4個控制信號輸入端口:端口 a、端口 b、端口 C、端口 d和2個com端(即步進電機接插件的9-16V電源供電端)。其中2個com端一般接入整車12V電源正極，其余4個端口接入空調(diào)控制器，由空調(diào)控制器的軟件控制驅(qū)動芯片，輸出控制信號驅(qū)動該步進電機。一般對于步進電機來說，需要輸出圖6所示的控制序列，才能使電機順時針或逆時針運轉(zhuǎn)。
[0005]圖6所示的序列表示了電機正常轉(zhuǎn)動所需要的基本輸出信號的I個周期的控制序列。0、1、2、3表示I個周期需要4個脈沖，這4個脈沖分別命名為O?3。表示將對應的a?d這4個端口的其中I個接地極接入電源的負極，沒有表示符號的表示保持這個端口為懸空或接入電源正極的狀態(tài)，其中com端口需要一直接正極。這樣就構(gòu)成了步進電機運轉(zhuǎn)的I個驅(qū)動周期。通過選擇拉低脈沖的時間，分別從O?3來回往復，就構(gòu)成了步進電機的驅(qū)動頻率和驅(qū)動周期。例如，要驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子順時針運轉(zhuǎn)I周，假設電機上次正停止在第O個脈沖的位置上，其驅(qū)動順序為首先將端口 b和端口 d拉低(驅(qū)動的第一步步長)，接著講端口 a和端口 d拉低(驅(qū)動的第二步步長)，再將端口 a和端口 c拉低(驅(qū)動的第三步步長)，最后將端口 b和端口 c拉低(驅(qū)動的第四步步長)，這樣就可以使電機轉(zhuǎn)子順時針運轉(zhuǎn)I周。每個步長拉低的時間象征著電機的驅(qū)動頻率，這個驅(qū)動頻率是非常關鍵的控制參數(shù)，一般輸出的頻率越高，其驅(qū)動力矩越小，風門運轉(zhuǎn)越困難，噪音小，振動??；輸出的頻率越低，其驅(qū)動力矩越大，風門運轉(zhuǎn)越容易，噪音大，振動大。單極性步進電機的上述特點直接導致了控制步進電機的輸出頻率需要有合理的控制方法，如果控制方法選取不當，很容易使空調(diào)系統(tǒng)運行時出現(xiàn)噪聲大、運轉(zhuǎn)不靈活等問題，直接影響汽車的質(zhì)量，對用戶產(chǎn)生直接的舒適度影響，降低客戶對汽車使用的滿意度，影響用戶對汽車整體性能的評價。目前，廣泛使用的單極性步進電機控制方法主要有如下兩種:
[0006]第一種，8步頻率爬坡控制法，即步進電機從起步到平穩(wěn)運行的前8步共存在8個頻率控制，也可叫作8步頻率控制法，這8步的頻率為150Hz-165Hz-185Hz-200Hz-215Hz-230HZ-240HZ-250HZ。該方法的優(yōu)點是非常適合于50 %以下電機負載的運行，即如果電機負載能一直保持在50%以下，則電機會處于很好的運行狀態(tài)；缺點是一旦電機負載稍微過高，電機運轉(zhuǎn)會不穩(wěn)定，噪音增大。
[0007]第二種，16步頻率爬坡控制法即步進電機從起步到平穩(wěn)運行的前16步共存在16個頻率控制，也可叫作16步頻率控制法，這8步的頻率為91Ηζ-91Ηζ-91Ηζ-91Ηζ-125Ηζ-125Ηζ-125Ηζ-125Ηζ-167Ηζ-167Ηζ-167Ηζ-167Ηζ-200Ηζ-200Ηζ-200Ηζ-200Ηζ。該方法的優(yōu)點是電機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，特別是電機啟動的時候，電機力矩適應范圍寬適合大多數(shù)電機的應用；缺點是重復步數(shù)太多，功率消耗偏大，不適合負載扭矩偏小的減速狀況，即在電機負載偏小的情況下，減速時會電機會產(chǎn)生一定抖動并發(fā)出噪音。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對現(xiàn)有技術中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種汽車空調(diào)用單極性步進電機控制方法，包括以下步驟:
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種汽車空調(diào)用單極性步進電機控制方法，步進電機的頻率控制采用步進電機12步周期控制法，步進電機的頻率控制序列為:20Ηζ-20Ηζ-91Ηζ-91Ηζ-125Ηζ-125Ηζ-167Ηζ-167Ηζ-200Ηζ-200Ηζ-250Ηζ-250Ηζ。
[0010]優(yōu)選地，步進電機12步周期控制法通過控制電機每個脈沖點的拉低時間控制電機的驅(qū)動頻率，每一次控制拉低為I步，則控制序列為:
[0011]第I步，控制頻率為20Hz，步進電機接插件控制端口拉低時間為50ms±lms ；
[0012]第2步，控制頻率為20Hz，步進電機接插件控制端口拉低時間為50ms±lms ；
[0013]第3步，控制頻率為91Hz，步進電機接插件控制端口拉低時間為llms±lms ；
[0014]第4步，控制頻率為91Hz，步進電機接插件控制端口拉低時間為llms±lms ；
[0015]第5步，控制頻率為125Hz，步進電機接插件控制端口拉低時間為8ms±0.5ms ；
[0016]第6步，控制頻率為125Hz，步進電機接插件控制端口拉低時間為8ms±0.5ms ；
[0017]第7步，控制頻率為167Hz，步進電機接插件控制端口拉低時間為6ms±0.5ms ；
[0018]第8步，控制頻率為167Hz，步進電機接插件控制端口拉低時間為6ms±0.5ms ；
[0019]第9步，控制頻率為200Hz，步進電機接插件控制端口拉低時間為5ms±0.5ms ；
[0020]第10步，控制頻率為200Hz，步進電機接插件控制端口拉低時間為5ms±0.5ms ；
[0021]第11步，控制頻率為250Hz，步進電機接插件控制端口拉低時間為4ms±0.5ms ；
[0022]第12步，控制頻率為250Hz，步進電機接插件控制端口拉低時間為4ms±0.5ms。
[0023]優(yōu)選地，若電機處于完全停止的狀態(tài)，且電機從起始位置到終止位置的步長大于等于24步，則完全從步驟I開始運行到步驟12，超過步驟12之后，則完全按照步驟12的狀態(tài)運行，若到終止位置的步長剛好到倒數(shù)第12步時，則開始減速，從步驟12反過來運行到步驟I，步進電機從運行狀態(tài)到停止狀態(tài)。
[0024]優(yōu)選地，若電機處于完全停止的狀態(tài)，且電機從起始位置到終止位置的步長小于24步，且大于等于2步，此時將行程的總步數(shù)除以2，成為運行步數(shù)，從12步周期控制法中的步驟I開始進行尋址，直到尋址的步數(shù)等于運行步數(shù)為止，然后反方向運行到電機停止。
[0025]優(yōu)選地，若電機處于完全停止狀態(tài)，電機的運行步長僅I步，則直接選取12步周期控制法的步驟I運行。
[0026]步進電機在控制時需要一定的頻率變換才能完成啟動和停止之間的來回順利轉(zhuǎn)換，本發(fā)明的12步周期控制法是建立在電機內(nèi)部線圈與磁場之間，以及與不同的電機負載之間的平滑運轉(zhuǎn)基礎之上的。經(jīng)過大量對空調(diào)用單極性步進電機的測試發(fā)現(xiàn)，12步電機控制法可以使步進電機的電流變化達到一個非常平穩(wěn)的變化水平，即電流的變化是緩慢且沒有突然跳動的，電流的變化表征了電機運轉(zhuǎn)是否平穩(wěn)，因此電流變化越平穩(wěn)，電機運轉(zhuǎn)就越平穩(wěn)，通過對12部周期控制法的電機噪音進行測試，發(fā)現(xiàn)帶載噪音的水平可以控制到38dB的水平，電機運轉(zhuǎn)全過程噪音的變化不超過3dB，從噪音的變化上來看也說明了電機運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0027]本發(fā)明的汽車空調(diào)用單極性步進電機控制方法能平穩(wěn)且有效的驅(qū)動空調(diào)伺服電機帶動風門運轉(zhuǎn)，相比于傳統(tǒng)的控制方法，即使在空調(diào)箱風門阻力偏大時也可以有效運轉(zhuǎn)，使步進電機達到最佳的運轉(zhuǎn)效果。并且，本發(fā)明增加了產(chǎn)品的兼容性，可以適應多種工藝和多種類型的汽車空調(diào)箱，從而可以兼容多個車型并在多個車型上平臺化，且試驗成本低；本發(fā)明增加了汽車空調(diào)用單極性步進電機的驅(qū)動力，提高電機效率，減少了噪音的產(chǎn)生，使電機在所能承受的大多數(shù)負載范圍下都可以平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，提高了客戶使用的舒適度，能夠有效提升汽車的整體性能。
【附圖說明】
[0028]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0029]圖1為汽車空調(diào)箱控制原理圖；
[0030]圖2為單極性步進電機的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖3為雙極性步進電機的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖4為三相步進電機的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖5為單極性步進電機的控制原理圖；
[0034]圖6為單極性步進電機正常轉(zhuǎn)動所需要的基本輸出信號的I個周期的控制序列示意圖；
[0035]圖7為本發(fā)明實施例一的汽車空調(diào)用單極性步進電機控制方法的信號處理與控制原理圖。
【具體實施方式】
[0036]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人