【摘" 要】本文主要針對某款車型智能冷暖杯托工作狀態(tài)自動調(diào)節(jié)的控制策略進(jìn)行研究。在激活智能冷暖杯托實(shí)體開關(guān)后，通過判斷杯托內(nèi)水杯的有無及環(huán)境溫度的高低，對杯托的工作狀態(tài)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，以保證水杯中液體能夠一直處在合適的溫度內(nèi)，同時(shí)可避免杯托長時(shí)間空載運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】汽車電子；智能冷暖杯托；自動調(diào)節(jié)；控制方法

中圖分類號：U463.6" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號：1003-8639（ 2022 ）12-0053-03

Research on Automatic Adjustment Control Strategy of Working State of Intelligent Thermal Cup Holder

LAI Rui-fu，XU Zi-run，ZHOU Ming-jie，CHEN Wen-qing，REN Qiang，HOU Li-heng

（Automotive Engineering Research Institute of Guangzhou Automobile Group Co.，Ltd.，Guangzhou 511434，China）

【Abstract】This paper mainly studies the control strategy of automatic adjustment of working state of intelligent thermal cup holder. After activating the intelligent thermal cup holder，the working state of the cup holder can be automatically adjusted through the water cup in the cup holder and the ambient temperature，so as to ensure that the water in the cup can always be at an appropriate temperature and avoid the cup holder long time running without load.

【Key words】automotive electronics；intelligent thermal cup holder；automatic adjustment；control method

隨著汽車電子技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對汽車內(nèi)飾的設(shè)計(jì)和體驗(yàn)感的要求越來越高。杯托作為汽車的內(nèi)飾件，主要用于放置常見尺寸的水杯并保證其在車輛行駛過程中加速或制動時(shí)，水杯不會出現(xiàn)傾倒、滾動等問題[1]。隨著杯托產(chǎn)品成熟度不斷提升，也對其提出了進(jìn)一步的需求，即對杯托內(nèi)杯子加熱或制冷，冷暖杯托就是針對這一需求所設(shè)計(jì)的。但由于市面上大多冷暖杯托都沒有自保護(hù)功能，即當(dāng)杯托中沒有水杯時(shí)，若誤觸杯托工作按鈕，杯托會進(jìn)入工作狀態(tài)，長時(shí)間的工作既造成了資源浪費(fèi)，也存在一定的安全隱患。

針對上述的問題，本文提出了一種智能冷暖杯托工作狀態(tài)自動調(diào)節(jié)的控制策略，下文是對該控制策略的具體描述。

1" 智能冷暖杯托結(jié)構(gòu)及基本原理

1.1" 智能冷暖杯托整體結(jié)構(gòu)

智能冷暖杯托（Intelligent Thermal Cup Holder，簡稱ITCH）整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由杯托本體、半導(dǎo)體模塊、散熱塊、風(fēng)機(jī)、檢測開關(guān)、實(shí)體開關(guān)、電子控制單元（Electronic Control Unit，簡稱ECU）及工作狀態(tài)指示燈等部件構(gòu)成。每個(gè)杯托中自帶3個(gè)活動卡爪以固定杯托中的容器，使得容器在車輛運(yùn)動中保有一定的穩(wěn)定性。

1.2" 工作原理

智能冷暖杯托的工作原理為：根據(jù)半導(dǎo)體材料的帕爾貼效應(yīng)[2]，在通電過程中，半導(dǎo)體模塊一側(cè)溫度上升，另一側(cè)溫度下降；當(dāng)電流方向逆轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)熱端與發(fā)冷端形成對調(diào)，如圖2所示。智能冷暖杯托的半導(dǎo)體模塊布置于杯托底部，工作時(shí)通過電流方向的切換實(shí)現(xiàn)對半導(dǎo)體模塊的制熱/制冷功能切換，制熱/制冷后溫度通過導(dǎo)體傳導(dǎo)至杯底實(shí)現(xiàn)對容器中液體的加熱/冷卻。在制冷模式下，半導(dǎo)體模塊上端制冷，下端制熱，通過內(nèi)置風(fēng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行散熱；制熱模式下，半導(dǎo)體模塊上端制熱，下端制冷，此時(shí)風(fēng)機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.3" 工作模式

智能冷暖杯托只有在車輛ON擋下才能工作。車輛進(jìn)入ON擋后，智能冷暖杯托自動進(jìn)入待機(jī)模式，當(dāng)實(shí)體開關(guān)觸發(fā)后進(jìn)入工作模式，工作模式可分為制熱模式、制冷模式和智能模式，如圖3所示。

1.3.1" 智能冷暖杯托制熱控制策略

杯托制熱擋位為一擋，觸發(fā)杯托進(jìn)入制熱模式后，室溫條件下（25℃±5℃），杯托在制熱模式下10min內(nèi)，金屬杯托表面貼近熱電半導(dǎo)體制冷器升溫至：60℃±5℃。

1.3.2" 智能冷暖杯托制冷控制策略

杯托制冷擋位為1擋，觸發(fā)杯托進(jìn)入制冷模式后，室溫條件下（25℃±5℃），杯托在制冷模式下15min內(nèi)，金屬杯托表面貼近熱電半導(dǎo)體制冷器降溫至：5℃±2℃。

1.3.3" 智能模式控制策略

當(dāng)按下智能冷暖杯托實(shí)體開關(guān)時(shí)，自動進(jìn)入智能控制模式。ITCH ECU根據(jù)溫度傳感器檢測到的數(shù)據(jù)，自動設(shè)置智能冷暖杯托的工作模式，并對杯托內(nèi)的杯子進(jìn)行制熱/制冷。

2" 工作模式自動調(diào)節(jié)控制策略

2.1" 電氣原理框圖

智能冷暖杯托的電氣原理框圖如圖4所示。

由圖4可知，智能冷暖杯托的基本電子架構(gòu)由ITCH ECU、檢測開關(guān)、溫度傳感器、半導(dǎo)體模塊、風(fēng)機(jī)、散熱塊和實(shí)體開關(guān)等部分組成。ITCH為LIN節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)為車身控制模塊（Body Control Module，簡稱BCM），BCM通過CAN總線與音頻控制單元（Audio Control Unit，簡稱ACU）進(jìn)行交互。

2.2" 控制策略實(shí)現(xiàn)方法

本系統(tǒng)的控制策略如圖5所示。在普通冷暖杯托的基礎(chǔ)上，加入檢測開關(guān)信號判斷杯托狀態(tài)，以切換風(fēng)機(jī)和半導(dǎo)體模塊等的工作狀態(tài)，同時(shí)，根據(jù)LIN總線上收到的溫度傳感器信號，確定智能冷暖杯托的工作模式。

當(dāng)水杯未放置于杯托中時(shí)，檢測開關(guān)斷開，此時(shí)散熱電機(jī)、半導(dǎo)體模塊和制熱/制冷指示燈均處于斷電狀態(tài)，智能冷暖杯托不工作。

當(dāng)水杯置于杯托中時(shí)，檢測開關(guān)閉合，ITCH ECU根據(jù)LIN總線上溫度傳感器檢測的室內(nèi)溫度TE和室外溫度TR等參數(shù)，控制電機(jī)和半導(dǎo)體模塊的工作狀態(tài)，從而自動設(shè)定智能冷暖杯托的工作模式。具體定義見表1。

整車電源處于ON擋位時(shí)，按下實(shí)體開關(guān)，智能冷暖杯托進(jìn)入智能模式。ITCH ECU接收檢測開關(guān)的狀態(tài)信號，通過溫度傳感器采集室溫，從而自動開啟工作模式。當(dāng)檢測開關(guān)的狀態(tài)信號處于ON時(shí)，BCM周期性發(fā)送LIN總線報(bào)文至ITCH：ACU_ITCH_AutoModeCfg=1（1=Auto mode ON）；ITCH在接收到BCM發(fā)來的指令后，根據(jù)溫度傳感器的數(shù)值，自動設(shè)定工作模式，并將ITCH的工作狀態(tài)報(bào)文發(fā)送至BCM：ITCH_CupholderHeatCoolWorkSt=0（Regular working）；ITCH_ CupholderHeatCoolModeSt=0/1（0=Cooling，1=Heating）；BCM在接收到ITCH的工作狀態(tài)報(bào)文后，再轉(zhuǎn)發(fā)給ACU；ACU_ITCH_CupholderHeatCoolWorkSt=0（Regular working）；ACU_ITCH_CupholderHeatCoolModeSt=0/1（0=Cooling，1=Heating）；ACU在接收到BCM的報(bào)文后，在中控屏幕上對應(yīng)顯示杯托的工作狀態(tài)。

2.3" 失效處理機(jī)制

ITCH應(yīng)該具有自診斷功能，當(dāng)ITCH判斷內(nèi)部有故障，則不能正常打開杯托加熱/制冷功能；此時(shí)ITCH反饋至BCM報(bào)文為：ITCH_CupholderHeatCoolWorkSt=1/2/3（1=Vent Abnormal working/2=TEC Abnormal working/3=NTC Abnormal working）；ITCH_CupholderHeatCoolModeSt=0（OFF）。

3" 人機(jī)交互系統(tǒng)

為了便于用戶對智能冷暖杯托的功能進(jìn)行開閉，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了較為合理的人機(jī)交互系統(tǒng)，可以通過實(shí)體開關(guān)、中控屏虛擬開關(guān)和語音指令對ITCH進(jìn)行控制，同時(shí)，ITCH的狀態(tài)也會實(shí)時(shí)反饋，并顯示在中控屏上，便于用戶知曉其工作狀態(tài)。

3.1" 狀態(tài)顯示

杯托圖標(biāo)置于中控屏主頁，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前杯托工作狀態(tài)，如圖6所示。

當(dāng)用戶點(diǎn)擊中控屏杯托圖標(biāo)時(shí)，可以一鍵快捷進(jìn)入設(shè)置界面，界面顯示杯托模型和當(dāng)前杯托所處的工作狀態(tài)，方便用戶知曉和進(jìn)行手動設(shè)置。當(dāng)用戶激活杯托加熱或者制冷選項(xiàng)時(shí)，杯托上的環(huán)形燈帶會相應(yīng)地顯示紅色或者藍(lán)色，通過燈光顏色直觀地告訴用戶當(dāng)前杯托狀態(tài)，同時(shí)中控屏的杯托圖標(biāo)也會展示當(dāng)前所處的具體工作模式，如圖7所示。

3.2" 實(shí)體開關(guān)控制

當(dāng)用戶按下智能冷暖杯托上的實(shí)體開關(guān)按鈕時(shí)，智能冷暖杯托會開啟并進(jìn)入智能模式，根據(jù)杯托內(nèi)水杯的有無和環(huán)境溫度智能切換制熱/制冷，同時(shí)會反饋當(dāng)前杯托的工作狀態(tài)處于智能模式，并在中控屏界面進(jìn)行顯示。

3.3" 虛擬開關(guān)和語音指令控制

用戶可以通過操作中控屏或語音助手，對智能冷暖杯托進(jìn)行控制。ITCH為LIN節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)為BCM，當(dāng)整車電源處于ON時(shí)，方可通過虛擬開關(guān)和語音對杯托進(jìn)行控制。BCM接收ACU發(fā)送的虛擬開關(guān)或語音指令的CAN總線報(bào)文后通過LIN總線轉(zhuǎn)發(fā)給ITCH，ITCH在接收到BCM的報(bào)文后，根據(jù)杯托內(nèi)水杯的有無，執(zhí)行杯托關(guān)閉/加熱/制冷/智能模式指令，然后反饋工作狀態(tài)信號至BCM，BCM再將ITCH工作狀態(tài)信號反饋至ACU，ACU實(shí)時(shí)顯示ITCH工作狀態(tài)，具體交互邏輯見圖8。

4" 總結(jié)

本文從現(xiàn)有車載冷暖杯托技術(shù)方案出發(fā)，向更加智能化實(shí)用化的方向進(jìn)行探索，提出了一種智能冷暖杯托工作狀態(tài)自動調(diào)節(jié)的控制策略。根據(jù)采集檢測開關(guān)的信號實(shí)時(shí)監(jiān)測杯托中是否存在水杯，對智能冷暖杯托的工作必要性進(jìn)行判定。通過本文提出的控制策略，減少了可能因?yàn)檎`觸而導(dǎo)致的無效運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，降低了汽車的能耗，使得汽車電子附件更加智能化、人性化。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 王子昂，黃富瑜，鄒昌帆，等. 基于帕爾貼效應(yīng)的雙波段自適應(yīng)標(biāo)定板設(shè)計(jì)[J]. 光子學(xué)報(bào)，2019（9）：127-135.

（編輯" 凌" 波）