主动进气格栅系统及基于该系统的电机控制器的控制方法与流程

1.本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种主动进气格栅系统及基于该系统的电机控制器的控制方法。


背景技术：

2.随着国六标准的逐步实施，对于排放的要求更加严格，一些新技术也快速应用开来。主动进气格栅(ags)作为其中的一项关键技术，起到了一定成效。当汽车冷机启动时，可以通过关闭格栅，提高暖机效率，减少启动过程中的排放。当汽车在行驶过程中，可以通过调节栅叶的开闭角度，改善空气动力学性能，平衡散热需求与行驶阻力之间的关系，提高燃油经济性。
3.主动进气格栅主要由传感器、控制单元、执行器三部分组成。执行器包括电机和格栅。通过传感器采集所需信号，传输至控制单元进行处理，经由控制单元计算出最佳开度，依此控制执行器动作。无位置传感器bldc电机，由于体积小、系统抗干扰能力强而被广泛应用。但是，其开环启动过程中容易失步，造成启动性能降低，给系统稳定性带来影响。另一方面，由于车辆本身的运行工况较为复杂，雨、雪天气以及器件老化、故障等也会极大影响执行器的可靠性与稳定性，降低燃油经济性与驾乘体验感。因此，主动进气格栅系统的可靠性控制研究至关重要。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种主动进气格栅系统及基于该系统的电机控制器的控制方法，能够实时监测格栅，并对系统存在的异常工况进行分类处理，提高稳定性与可靠性。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.第一个方面，本发明公开了一种主动进气格栅系统，包括：传感器、整车控制单元vcu、电机控制器、电机和格栅，所述传感器与所述整车控制单元vcu通过总线连接，所述整车控制单元vcu通过lin总线与所述电机控制器连接，所述电机控制器与所述电机通过导线连接，所述电机通过花键与所述格栅连接；所述传感器将采集的车速、加速踏板开度、空调状态以及环境温度的信号传送至整车控制单元vcu，整车控制单元vcu进行数据处理和开度的计算，并将开度指令通过lin总线传递至电机控制器，电机控制器接收到开度指令之后，转换为格栅的实际行程并驱动电机动作；其中，
7.所述电机控制器被配置为使格栅在初始化模式、标定模式、正常模式、故障模式和睡眠模式中的一种模式下运行，实现所述格栅的控制；所述初始化模式为系统上电后的自检，系统自检后进入标定模式；所述标定模式为通过自学习记录格栅左右挡点位置以及总行程，作为之后格栅动作的基础，若自学习成功，进入正常模式；所述正常模式为接收整车控制单元vcu传递过来的开度指令，并执行动作；所述休眠模式为接收到休眠指令或lin总线断开预设时间时，进入低功耗运行；所述故障模式为当检测到故障后，执行故障处理，并
反馈给整车控制单元vcu。
8.优选地，所述电机控制器上集成有温度传感器，所述温度传感器用于检测格栅的温度，当检测到温度超过设定的温度阈值并持续第一预设时间时，判定为温度故障，所述电机控制器控制所述格栅跳转进入故障模式。
9.优选地，所述电机控制器内部集成有模数转换模块adc，adc采集工作过程中的母线电压值，当检测到电压超过设定的电压阈值并持续第二预设时间时，判定为电压故障，所述电机控制器控制所述格栅跳转进入故障模式。
10.优选地，所述电机控制器采用lin总线与整车控制单元vcu进行通讯，当检测到通讯断开第三预设时间时，判定为通讯故障，所述电机控制器控制所述格栅跳转进入故障模式。
11.优选地，所述电机采用无位置传感器bldc电机，所述电机控制器通过电机换相次数计算得出格栅的实时位置及行程，当格栅运转超过额定行程后，判定为超行程故障，所述电机控制器控制所述格栅跳转进入故障模式。
12.优选地，所述电机控制器采集工作过程中的母线电流值和电机转速，当检测到母线电流大于设定的电流阈值且电机转速小于设定的转速阈值，并持续第四预设时间后，触发堵转条件，此时判断实际开度位置与目标开度位置的偏差，当偏差值超过设定范围，触发堵转工况，所述电机控制器控制所述格栅跳转进入故障模式。
13.第二个方面，本发明公开了一种基于主动进气格栅系统的电机控制器的控制方法，应用于第一方面所述的一种主动进气格栅系统中，所述控制方法包括：电机控制器接收整车控制单元vcu传送的开度指令，驱动电机执行；以及电机控制器完成格栅的故障识别，进行故障处理，并反馈给整车控制单元vcu；其中，所述故障识别包括：温度故障识别、电压故障识别、通讯故障识别、超行程故障识别和堵转故障识别；
14.所述故障处理包括：
15.当检测到电压、温度在第一异常区间或通讯中断时，将格栅开至全开位置，保持扭矩，并向整车控制单元vcu反馈故障信息；
16.当检测到电压、温度在第二异常区间时，格栅立即停止运动，关断芯片；
17.当检测到堵转工况后，增大扭矩进行自学习，若堵转工况消除，进入正常模式，若堵转工况仍旧存在，依次增大扭矩再进行自学习，当扭矩增大的次数达到预设次数，若堵转工况消除则进入正常模式，若堵转工况仍旧存在，则触发堵转故障，停止动作，保持扭矩，向整车控制单元vcu反馈堵转故障信息；
18.当检测到超行程故障时，格栅停止动作，保持力矩，向整车控制单元vcu反馈故障信息。
19.优选地，所述故障识别具体包括如下步骤：
20.温度故障识别：所述电机控制器上集成有温度传感器，所述温度传感器用于检测格栅的温度，当检测到温度超过设定的温度阈值并持续第一预设时间时，判定为温度故障，所述电机控制器控制所述格栅跳转进入故障模式；
21.电压故障识别：所述电机控制器内部集成有模数转换模块adc，adc采集工作过程中的母线电压值，当检测到电压超过设定的电压阈值并持续第二预设时间时，判定为电压故障，所述电机控制器控制所述格栅跳转进入故障模式；
22.通讯故障识别：所述电机控制器采用lin总线与整车控制单元vcu进行通讯，当检测到通讯断开第三预设时间时，判定为通讯故障，所述电机控制器控制所述格栅跳转进入故障模式；
23.超行程故障识别：所述电机采用无位置传感器bldc电机，所述电机控制器通过电机换相次数计算得出格栅的实时位置及行程，当格栅运转超过额定行程后，判定为超行程故障，所述电机控制器控制所述格栅跳转进入故障模式；
24.堵转故障识别：所述电机控制器采集工作过程中的母线电流值和电机转速，当检测到母线电流大于设定的电流阈值且电机转速小于设定的转速阈值，并持续第四预设时间后，触发堵转条件，此时判断实际开度位置与目标开度位置的偏差，当偏差值超过设定范围，触发堵转工况，所述电机控制器控制所述格栅跳转进入故障模式。
25.优选地，所述控制方法还包括故障消除，具体包括如下步骤：
26.当电压、温度值恢复至正常区间，不再位于第一异常区间，则确定电压、温度恢复正常，电机控制器清除标志位，控制格栅进入正常模式，执行开度控制命令；
27.当电压、温度值恢复至正常区间，不再位于第二异常区间，则确定电压、温度恢复正常，电机控制器清除标志位，重新进行位置自学习，消除此故障过程中的误差；
28.当lin总线上检测到显性电平持续时间超过设定的时间阈值时，则确定通讯恢复，电机控制器清除标志位，控制格栅进入正常模式，执行开度控制命令；
29.当堵转故障消除后，电机控制器重新对格栅左右挡点位置进行自学习；
30.当格栅的机械故障修复，即超行程故障消除后，电机控制器重新对格栅位置进行自学习。
31.与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
32.本发明提供了一种主动进气格栅系统及基于该系统的电机控制器的控制方法，能够对主动进气格栅进行实时监测，并对系统存在的异常工况进行分类处理，提高稳定性与可靠性。
附图说明
33.构成本技术的一部分附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
34.图1为本技术的一种主动进气格栅系统的组成结构示意图；
35.图2为本技术对堵转条件的判断流程图；
36.图3为本技术对堵转工况的判断流程图；
37.图4为本技术对堵转故障的判断流程图。
具体实施方式
38.为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
39.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，应该理解这样使用
的数据在适当情况下可以互换。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
40.实施例1：
41.本实施例提供了一种主动进气格栅系统。
42.图1示出了一种主动进气格栅系统的组成框图。如图1所示，一种主动进气格栅系统，包括：传感器、整车控制单元vcu、电机控制器、电机和格栅，所述传感器与所述整车控制单元vcu通过总线连接，所述整车控制单元vcu通过lin总线与所述电机控制器连接，所述电机控制器与所述电机通过导线连接，所述电机通过花键与格栅机械连接。所述传感器用于采集车速、加速踏板开度、空调状态以及环境温度等信号，作为整车控制单元vcu开度计算的输入。当传感器采集到所需信号后，将其传送至整车控制单元vcu内进行数据处理并进行开度的计算，开度指令通过lin总线传递给电机控制器，电机控制器接收到开度指令之后，驱动电机动作。
43.所述电机控制器的基本功能主要包括：接收整车控制单元vcu传来的开度指令，驱动电机执行；完成格栅的一部分故障诊断功能，进行故障处理，并及时反馈给整车控制单元vcu。完成这些基本功能需要依托：
44.1)自学习：通过自学习记录格栅左右挡点位置以及总行程，作为开度指令的基准。采用无位置传感器bldc电机，并且基于反电动势过零的六步换相策略进行电机控制。格栅位置及总行程均通过换相次数计算得出。
45.2)开度控制：将整车控制单元vcu传来的开度指令转换为格栅的实际行程并执行。
46.其中，所述电机控制器被配置为使格栅在初始化模式、标定模式、正常模式、故障模式和睡眠模式中的一种模式下运行，实现所述格栅的控制。
47.具体地，上述五种模式的执行过程为：
48.1)初始化模式：主动进气格栅系统上电后，进入此模式，进行系统自检；系统自检通过后，进入标定模式。
49.2)标定模式：在标定模式等待整车控制单元vcu的自学习命令，通过自学习命令来进行挡点位置的学习，作为之后格栅动作的基础；若自学习成功，进入正常模式。
50.3)正常模式：在正常模式接收整车控制单元vcu传递过来的开度指令，并执行动作。
51.4)休眠模式：接收到休眠指令或lin总线断开一预设时间，会进入休眠模式，即进入低功耗运行。
52.5)故障模式：系统上电后，便开始实时检测故障；当检测到故障后，立即跳转进入故障模式，进行故障处理。
53.实施例2：
54.本实施例提供了一种基于主动进气格栅系统的电机控制器的控制方法，应用于实施例1所述的一种主动进气格栅系统中。一种主动进气格栅系统的结构组成和基于格栅的软件架构参阅实施例1所述，在此不再赘述。
55.所述控制方法包括：电机控制器接收整车控制单元vcu传送的开度指令，驱动电机
执行；以及电机控制器完成格栅的故障识别，进行故障处理和故障消除。以下对故障识别、故障处理和故障消除的控制过程分别进行介绍。
56.1、故障识别：
57.所述故障识别包括：温度故障识别、电压故障识别、通讯故障识别、超行程故障识别和堵转故障识别。
58.具体地，所述故障识别具体包括如下步骤：
59.温度故障识别：所述电机控制器上集成有温度传感器，所述温度传感器用于检测格栅的温度，当检测到温度超过设定的温度阈值并持续第一预设时间(可配置)时，判定为温度故障，所述电机控制器控制所述格栅跳转进入故障模式。
60.电压故障识别：所述电机控制器内部集成有模数转换模块adc，adc采集工作过程中的母线电压值，当检测到电压超过设定的电压阈值并持续第二预设时间(可配置)时，判定为电压故障，所述电机控制器控制所述格栅跳转进入故障模式。
61.通讯故障识别：所述电机控制器采用lin总线与整车控制单元vcu进行通讯，当检测到通讯断开第三预设时间(可配置)时，判定为通讯故障，所述电机控制器控制所述格栅跳转进入故障模式。
62.超行程故障识别：所述电机采用无位置传感器bldc电机，所述电机控制器通过电机换相次数计算得出格栅的实时位置及行程，当格栅运转超过额定行程后，判定为超行程故障，所述电机控制器控制所述格栅跳转进入故障模式。超行程故障多为栅叶机械结构损坏。
63.堵转故障识别：包括堵转条件的判别(如图2所示)，堵转工况的判别(如图3所示)和堵转故障的判别(如图4所示)。所述电机控制器通过母线电流与电机转速对堵转条件进行判断，当母线电流大于设定阈值且电机转速小于设定阈值，并持续第四预设时间(可配置)之后，触发堵转条件。此时判断实际开度位置与目标开度位置的偏差，当偏差值超过设定范围，触发堵转工况。此时通过增大扭矩，进行自学习，来消除堵转工况；若此工况仍旧存在，再次提高扭矩(增扭次数可配置)，进行自学习，若仍旧存在，将故障反馈给整车控制单元vcu。
64.2、故障处理：
65.进入故障模式后，根据故障类别对故障进行分级处理。一些故障发生后，短期内运行，不会对系统产生较大影响，对此类故障进行功能降级处理。对于故障发生后，对系统会产生不可逆后果的，立即停止动作，进行关断处理。
66.具体地，所述故障处理具体包括如下步骤：
67.当检测到电压、温度在第一异常区间或通讯中断时，将格栅开至全开位置，保持扭矩，并向整车控制单元vcu反馈故障信息。
68.当检测到电压、温度在第二异常区间时，格栅立即停止运动，关断芯片。
69.当检测到堵转工况后，增大扭矩进行自学习，若堵转工况消除，进入正常模式，若堵转工况仍旧存在，依次增大扭矩再进行自学习，当扭矩增大的次数达到预设次数，若堵转工况消除则进入正常模式，若堵转工况仍旧存在，则触发堵转故障，停止动作，保持扭矩，向整车控制单元vcu反馈堵转故障信息。通过多次的堵转工况来进行堵转故障的判断，减少了故障误判。
70.当检测到超行程故障时，格栅停止动作，保持力矩，向整车控制单元vcu反馈故障信息。
71.3、故障消除：
72.具体地，所述故障消除具体包括如下步骤：
73.电压、温度(第一异常区间)：当电压、温度不位于第一异常区间，则确定电压、温度恢复正常，电机控制器清除标志位，控制格栅进入正常模式，执行开度控制命令。
74.电压、温度(第二异常区间)：当电压、温度不位于第二异常区间，则确定电压、温度恢复正常，电机控制器清除标志位，重新进行位置自学习，消除此故障过程中的误差。
75.通讯故障：当lin总线上检测到显性电平持续时间超过设定的时间阈值时，则确定通讯恢复，电机控制器清除标志位，控制格栅进入正常模式，执行开度控制命令。
76.堵转故障：当堵转故障消除后，电机控制器重新对格栅左右挡点位置进行自学习。
77.超行程故障：当格栅的机械故障修复，即超行程故障消除后，电机控制器重新对格栅位置进行自学习。
78.综上所述，本发明基于格栅的软件架构，明确了格栅的模式以及状态跳转，将格栅分成五种模式：初始化模式、标定模式、正常模式、故障模式与睡眠模式。初始化模式为系统上电后的自检，标定模式主要为格栅自学习，正常模式为执行开度指令，睡眠模式为低功耗运行，故障模式为故障的处理。上电后，系统会根据实际情况在几个状态下不断跳转。本发明还提供了故障保护机制，当检测到主动进气格栅动作异常时，能够快速、准确识别到故障(包括电压故障、温度故障、堵转故障、超行程故障和通讯故障)，对识别到的故障能够进行分级处理，并将故障及时反馈给整车控制单元vcu，根据整车控制单元vcu的指令，进行进一步的处理，排除故障误报以及消除故障；当故障消除后，及时将标志位清除，进入响应状态，以尽快对后续指令进行响应。本发明能够实时监测格栅系统，并对系统存在的异常工况进行分类处理，提高了稳定性与可靠性。
79.以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。