智能冷暖杯托工作狀態自動調節控制策略研究

【摘" 要】本文主要針對某款車型智能冷暖杯托工作狀態自動調節的控制策略進行研究。在激活智能冷暖杯托實體開關后，通過判斷杯托內水杯的有無及環境溫度的高低，對杯托的工作狀態進行自動調節，以保證水杯中液體能夠一直處在合適的溫度內，同時可避免杯托長時間空載運行。

【關鍵詞】汽車電子；智能冷暖杯托；自動調節；控制方法

中圖分類號：U463.6" " 文獻標志碼：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

隨著汽車電子技術的飛速發展，人們對汽車內飾的設計和體驗感的要求越來越高。杯托作為汽車的內飾件，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，水杯不會出現傾倒、滾動等問題[1]。隨著杯托產品成熟度不斷提升，也對其提出了進一步的需求，即對杯托內杯子加熱或制冷，冷暖杯托就是針對這一需求所設計的。但由于市面上大多冷暖杯托都沒有自保護功能，即當杯托中沒有水杯時，若誤觸杯托工作按鈕，杯托會進入工作狀態，長時間的工作既造成了資源浪費，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自動調節的控制策略，下文是對該控制策略的具體描述。

1" 智能冷暖杯托結構及基本原理

1.1" 智能冷暖杯托整體結構

智能冷暖杯托（Intelligent Thermal Cup Holder，簡稱ITCH）整體結構如圖1所示，主要由杯托本體、半導體模塊、散熱塊、風機、檢測開關、實體開關、電子控制單元（Electronic Control Unit，簡稱ECU）及工作狀態指示燈等部件構成。每個杯托中自帶3個活動卡爪以固定杯托中的容器，使得容器在車輛運動中保有一定的穩定性。

1.2" 工作原理

智能冷暖杯托的工作原理為：根據半導體材料的帕爾貼效應[2]，在通電過程中，半導體模塊一側溫度上升，另一側溫度下降；當電流方向逆轉時，發熱端與發冷端形成對調，如圖2所示。智能冷暖杯托的半導體模塊布置于杯托底部，工作時通過電流方向的切換實現對半導體模塊的制熱/制冷功能切換，制熱/制冷后溫度通過導體傳導至杯底實現對容器中液體的加熱/冷卻。在制冷模式下，半導體模塊上端制冷，下端制熱，通過內置風機高速運轉進行散熱；制熱模式下，半導體模塊上端制熱，下端制冷，此時風機不運轉。

1.3" 工作模式

智能冷暖杯托只有在車輛ON擋下才能工作。車輛進入ON擋后，智能冷暖杯托自動進入待機模式，當實體開關觸發后進入工作模式，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，觸發杯托進入制熱模式后，室溫條件下（25℃±5℃），杯托在制熱模式下10min內，金屬杯托表面貼近熱電半導體制冷器升溫至：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，觸發杯托進入制冷模式后，室溫條件下（25℃±5℃），杯托在制冷模式下15min內，金屬杯托表面貼近熱電半導體制冷器降溫至：5℃±2℃。

1.3.3" 智能模式控制策略

當按下智能冷暖杯托實體開關時，自動進入智能控制模式。ITCH ECU根據溫度傳感器檢測到的數據，自動設置智能冷暖杯托的工作模式，并對杯托內的杯子進行制熱/制冷。

2" 工作模式自動調節控制策略

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由ITCH ECU、檢測開關、溫度傳感器、半導體模塊、風機、散熱塊和實體開關等部分組成。ITCH為LIN節點，主節點為車身控制模塊（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）進行交互。

2.2" 控制策略實現方法

本系統的控制策略如圖5所示。在普通冷暖杯托的基礎上，加入檢測開關信號判斷杯托狀態，以切換風機和半導體模塊等的工作狀態，同時，根據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。

當水杯未放置于杯托中時，檢測開關斷開，此時散熱電機、半導體模塊和制熱/制冷指示燈均處于斷電狀態，智能冷暖杯托不工作。

當水杯置于杯托中時，檢測開關閉合，ITCH ECU根據LIN總線上溫度傳感器檢測的室內溫度TE和室外溫度TR等參數，控制電機和半導體模塊的工作狀態，從而自動設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，按下實體開關，智能冷暖杯托進入智能模式。ITCH ECU接收檢測開關的狀態信號，通過溫度傳感器采集室溫，從而自動開啟工作模式。當檢測開關的狀態信號處于ON時，BCM周期性發送LIN總線報文至ITCH：ACU_ITCH_AutoModeCfg=1（1=Auto mode ON）；ITCH在接收到BCM發來的指令后，根據溫度傳感器的數值，自動設定工作模式，并將ITCH的工作狀態報文發送至BCM：ITCH_CupholderHeatCoolWorkSt=0（Regular working）；ITCH_ CupholderHeatCoolModeSt=0/1（0=Cooling，1=Heating）；BCM在接收到ITCH的工作狀態報文后，再轉發給ACU；ACU_ITCH_CupholderHeatCoolWorkSt=0（Regular working）；ACU_ITCH_CupholderHeatCoolModeSt=0/1（0=Cooling，1=Heating）；ACU在接收到BCM的報文后，在中控屏幕上對應顯示杯托的工作狀態。

2.3" 失效處理機制

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

3" 人機交互系統

為了便于用戶對智能冷暖杯托的功能進行開閉，本系統設計了較為合理的人機交互系統，可以通過實體開關、中控屏虛擬開關和語音指令對ITCH進行控制，同時，ITCH的狀態也會實時反饋，并顯示在中控屏上，便于用戶知曉其工作狀態。

3.1" 狀態顯示

杯托圖標置于中控屏主頁，實時顯示當前杯托工作狀態，如圖6所示。

當用戶點擊中控屏杯托圖標時，可以一鍵快捷進入設置界面，界面顯示杯托模型和當前杯托所處的工作狀態，方便用戶知曉和進行手動設置。當用戶激活杯托加熱或者制冷選項時，杯托上的環形燈帶會相應地顯示紅色或者藍色，通過燈光顏色直觀地告訴用戶當前杯托狀態，同時中控屏的杯托圖標也會展示當前所處的具體工作模式，如圖7所示。

3.2" 實體開關控制

當用戶按下智能冷暖杯托上的實體開關按鈕時，智能冷暖杯托會開啟并進入智能模式，根據杯托內水杯的有無和環境溫度智能切換制熱/制冷，同時會反饋當前杯托的工作狀態處于智能模式，并在中控屏界面進行顯示。

3.3" 虛擬開關和語音指令控制

用戶可以通過操作中控屏或語音助手，對智能冷暖杯托進行控制。ITCH為LIN節點，主節點為BCM，當整車電源處于ON時，方可通過虛擬開關和語音對杯托進行控制。BCM接收ACU發送的虛擬開關或語音指令的CAN總線報文后通過LIN總線轉發給ITCH，ITCH在接收到BCM的報文后，根據杯托內水杯的有無，執行杯托關閉/加熱/制冷/智能模式指令，然后反饋工作狀態信號至BCM，BCM再將ITCH工作狀態信號反饋至ACU，ACU實時顯示ITCH工作狀態，具體交互邏輯見圖8。

4" 總結

本文從現有車載冷暖杯托技術方案出發，向更加智能化實用化的方向進行探索，提出了一種智能冷暖杯托工作狀態自動調節的控制策略。根據采集檢測開關的信號實時監測杯托中是否存在水杯，對智能冷暖杯托的工作必要性進行判定。通過本文提出的控制策略，減少了可能因為誤觸而導致的無效運轉時間，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：

[1] 朱文婕. 一種解決汽車杯托功能失效的方法[J]. 設計與研究，2018（10）：103-106.

[2] 王子昂，黃富瑜，鄒昌帆，等. 基于帕爾貼效應的雙波段自適應標定板設計[J]. 光子學報，2019（9）：127-135.

（編輯" 凌" 波）