基于外部负载时序的从控制器自动编址方法与流程

1.本发明涉及总线技术，尤其涉及从控制器的编址方法。


背景技术：

2.在汽车的同一个lin/can网络中往往有多个硬件完全相同的从控制器，因为它们有不同的地址，所以在总线中可以接收不同的命令，执行不同的功能。
3.市场上目前主要有两种方式对多个从控制器编址：1、预编址方式供应商出厂前对控制器进行编址，出厂时即赋予了控制器不同的“身份”，相当于生产的控制器本身就是具有不同地址的；2、自动化编址控制器装车后，由总线的主控器发送自动编址命令，使从控制器获得不同的地址。
4.行业上通用的方法是不同的控制器具有不同的接线，控制器通过识别接线方式的不同来自动编址。
5.下面以某商业化的lin总线自动编址方式为例来说明自动编址方法。
6.图1示出了现有的lin总线自动编址系统的示意图。对lin总线来说，每个从控制器的连接实际上是串联的，输入接口lin in连接到上一节点，输出接口lin out连接到下一个节点。从控制器内部可以通过软件设置将内部开关开通或断开。(一般是默认开通)图2示出了用于支持从控制器自动编址的输入接口lin in（输出接口lin out的内部电路结构与输入接口lin in相同）的内部电路结构示意图。请结合图2所示，单个节点自动编址的过程包含以下七个步骤，整个过程在lin总线主控制器的break数据场中进行，在这个场中主控制器会将lin总线的电平拉低。
7.步骤1、所有具备自动编址功能的节点将内部电流源i1、i2和上拉电阻r都关闭，这时只有不具备自动编址功能的节点仍有输出电流；步骤2、所有具备自动编址功能的节点检测采样电阻shunt上的电流，作为初始值，称为ishunt_1；步骤3、所有具备自动编制功能并且没有地址的节点将内部的开关k1打开，其它节点保持内部电流源和上拉电阻都关闭。这些具备自动编址功能并且没有地址的节点被称为备选节点；步骤4、备选节点通过检测运放u1的输出端电压值vi来获得采样电阻shunt的电流，称为ishunt_2，如果一些节点检测到的ishunt_2和ishunt_1的差值小于特定值，则说明这些节点可能是最远端的未编址节点，这些节点被选中，称为预选节点；步骤5、所有未被选中的节点关闭开关k1，预选节点保持开关k1打开并打开开关k2；步骤6、预选节点再次检测采样电阻shunt上的电流，称为ishunt_3，如果ishunt_3和ishunt_1之差小于特定值idiff则表示这是最末端的未编址的节点，该节点将上次发来
的地址保存下来，实现自动编址；步骤7、所有具备自动编址功能的节点关闭内部电流源i1、i2，开启内部上拉电阻r，总线恢复到正常通信状态。
8.商业化的can总线的自动编址的原理与上述的lin总线的自动编址原理大同小异。
9.采用现有的lin总线自动编址系统的串联接线方式实现从控制器自动编址的方法具有以下两个明显缺点：1、增加了lin总线总的连接端点，增加了接插件的成本；2、串联方式降低了产品可靠性，如果某一个连接端点断开，会使得后续的所有节点都无法正常工作。
10.商业化的can总线自动编址方式虽然采用了专用的编址连线，避免了上述的第二个缺点，但是增加了更多的线束成本。


技术实现要素：

11.本发明所要解决的技术问题在于提供一种成本低、可靠性高、易于实现、编址效率高的从控制器的编址方法。
12.本发明实施例的一种基于外部负载时序的从控制器自动编址方法，从控制器通过总线与主控制器通信连接，并与电机电连接，该从控制器自动编址方法包括以下步骤：从控制器在接收到主控制器发送的编址指令后驱动电机旋转；对从控制器的电机第一次施加负载，使电机带载转动预定的角度α后解除负载；从控制器获取电机带载转动的角度，并判断电机带载转动的角度是否处于预设的第一角度范围内，若处于预设的第一角度范围内则进入自动编址模式；在从控制器进入自动编址模式后对从控制器的电机第二次施加负载，使电机带载转动预定的角度β后解除负载；从控制器获取电机第二次带载转动的角度；对从控制器的电机第三次施加负载，使电机带载转动预定的角度γ后解除负载；从控制器获取电机第三次带载转动的角度，并判断第三次获取到的电机转动角度是否处于预设的第二角度范围内，若超出预设的第二角度范围则退出自动编址模式，若处于预设的第二角度范围内则维持自动编址模式，并根据预先存储的角度范围和节点地址对应表，确定获取到的电机第二次带载转动的角度所匹配的角度范围，将获取的电机第二次带载转动的角度相匹配的角度范围所对应的节点地址作为自身的地址；如找不到与获取的电机第二次带载转动的角度相匹配的角度范围，则确认编址失败。
13.本发明实施例的一种基于外部负载时序的从控制器自动编址方法，应用于通过总线通信连接的主控制器和多个从控制器，多个从控制器一一对应地分别与多个电机电连接，该从控制器自动编址方法包括以下步骤：各从控制器接收到主控制器广播的自动编址指令后驱动对应的电机旋转；对各从控制器的电机第一次施加负载，使电机带载转动预定的角度α后解除负载；各从控制器分别获取电机带载转动的角度，并判断电机带载转动的角度是否处于预设的第一角度范围内，若处于预设的第一角度范围内则进入自动编址模式；在各从控制器进入自动编址模式后对各从控制器的电机第二次施加负载，使电机带载转动预定的角度β后解除负载；各从控制器获取电机第二次带载转动的角度；对各从控制器的电机第三次施加负载，使电机带载转动预定的角度γ后解除负载；各从控制器获取电机第三次带载转动的角度，并判断第三次获取到的电机转动角度是否处于预设的第二角度范围
内，若超出预设的第二角度范围则退出自动编址模式，若处于预设的第二角度范围内则维持自动编址模式，并根据预先存储的角度范围和节点地址对应表，确定获取到的电机第二次带载转动的角度所匹配的角度范围，将获取的电机第二次带载转动的角度相匹配的角度范围所对应的节点地址作为自身的地址；如找不到与获取的电机第二次带载转动的角度相匹配的角度范围，则确认编址失败；其中，多个从控制器的电机第二次带载转动的角度β被设置成分别处于不同的角度范围中，在所述的角度范围和节点地址对应表中，不同的角度范围对应不同的节点地址。
14.本发明至少具有以下优点：1、本发明实施例利用给电机施加特定负载时序的方式给从控制器传递编址信息，实现了从控制器的自动编址，这种方式不用改变总线的接线方式（对lin总线而言无需将多个从控制器串联连接），也不需要增加专用的编址连线以及其它硬件成本，具有成本低、易于实现、编址效率高的优点；2、本发明实施例设置了自动编址过程的进入和退出条件，整个自动编址过程必须多次准确控制电机负载，限制了自动编址过程的误触发，提高了自动编址的可靠性。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1示出了现有的lin总线自动编址系统的示意图。
17.图2示出了图1中所示的从控制器的输入接口lin in的内部电路结构示意图。
18.图3示出了根据本发明实施例的一种基于外部负载时序的从控制器自动编址方法的流程示意图。
19.图4示出了采用本发明实施例的从控制器自动编址方法的lin总线自动编址系统的示意图。
20.图5示出了图4所示的lin总线自动编址系统的编址过程示意图。
21.图6示出了根据本发明一个具体实施方式所采用的三组负载工装的示意图。
22.图7至图9分别示出了本发明一个具体实施方式中第三负载工装对从控制器的电机第一次、第二次和第三次施加负载的示意图。
具体实施方式
23.下面结合附图对本发明做出进一步说明。
24.根据本发明实施例的一种基于外部负载时序的从控制器自动编址方法，其中，从控制器通过总线与主控制器通信连接，并与电机电连接，此处所说的电连接包括直接的电流驱动连接以及通信连接，请结合图3所示，该基于外部负载时序的从控制器自动编址方法包括以下步骤：从控制器在接收到主控制器发送的编址指令后驱动电机旋转；对从控制器的电机第一次施加负载，使电机带载转动预定的角度α后解除负载；
从控制器获取电机带载转动的角度，并判断电机带载转动的角度是否处于预设的第一角度范围内，若处于预设的第一角度范围内则进入自动编址模式；在从控制器进入自动编址模式后对从控制器的电机第二次施加负载，使电机带载转动预定的角度β后解除负载；从控制器获取电机第二次带载转动的角度；对从控制器的电机第三次施加负载，使电机带载转动预定的角度γ后解除负载；从控制器获取电机第三次带载转动的角度，并判断第三次获取到的电机转动角度是否处于预设的第二角度范围内，若超出预设的第二角度范围则退出自动编址模式，若处于预设的第二角度范围内则维持自动编址模式，并根据预先存储的角度范围和节点地址对应表，确定获取到的电机第二次带载转动的角度所匹配的角度范围，将获取的电机第二次带载转动的角度相匹配的角度范围所对应的节点地址作为自身的地址；如找不到与获取的电机第二次带载转动的角度相匹配的角度范围，则确认编址失败。
25.从控制器通过检测电机的电流或力矩的变化来判断电机是否带载，通过转子位置传感器检测、基于电机线圈的反电动势检测等可以知道电机转子的确切位置，从而获得电机带载转动的角度。上述的转子位置传感器例如为绝对位置传感器、霍尔传感器等。
26.前述的总线可以是lin总线、can总线或rs485总线等。
27.图4示出了采用本发明实施例的从控制器自动编址方法的lin总线自动编址系统的示意图。从图中可以看出，所有的总线节点均挂接在lin总线上，这也是常规的lin总线连接方式，这种连接方式可以保证任意一个从控制器的连接不良不会影响主控制器与其它从控制器的通信。
28.图4所示出的lin总线自动编址系统的自动编址的工作过程如图5所示，具体如下：各从控制器接收到主控制器广播的自动编址指令后驱动对应的电机旋转；；对各从控制器的电机第一次施加负载，使电机带载转动预定的角度α后解除负载；各从控制器分别获取电机带载转动的角度，并判断电机带载转动的角度是否处于预设的第一角度范围内，若处于预设的第一角度范围内则进入自动编址模式；在各从控制器进入自动编址模式后对各从控制器的电机第二次施加负载，使电机带载转动预定的角度β后解除负载；各从控制器获取电机第二次带载转动的角度；对各从控制器的电机第三次施加负载，使电机带载转动预定的角度γ后解除负载；各从控制器获取电机第三次带载转动的角度，并判断第三次获取到的电机转动角度是否处于预设的第二角度范围内，若超出预设的第二角度范围则退出自动编址模式，若处于预设的第二角度范围内则维持自动编址模式，并根据预先存储的角度范围和节点地址对应表，确定获取到的电机第二次带载转动的角度所匹配的角度范围，将获取的电机第二次带载转动的角度相匹配的角度范围所对应的节点地址作为自身的地址；如找不到与获取的电机第二次带载转动的角度相匹配的角度范围，则确认编址失败；其中，多个从控制器的电机第二次带载转动的角度β被设置成分别处于不同的角度范围中，在所述的角度范围和节点地址对应表中，不同的角度范围对应不同的节点地址。
29.在一个具体的实施方式中，通过lin总线通信连接的从控制器的数量为三个，各从
控制器与对应的电机集成在一起，共同构成执行器。对从控制器的电机施加负载是通过与电机相连、且设有负载的负载工装来实现。图6示出了根据本发明一个具体实施方式所采用的三组负载工装的示意图，该第一组负载工装1a、第二组负载工装1b、第三组负载工装1c用于分别连接三个从控制器的电机。如图6所示，各负载工装均包括工装壳体11、中心不完全齿轮12、第一外围不完全齿轮131、第二外围不完全齿轮132和第三外围不完全齿轮133。
30.中心不完全齿轮12与从控制器的电机的输出轴相连。在一种具体的应用中，中心不完全齿轮12可转动地设置于工装壳体11，电机的输出轴与中心不完全齿轮12相连，以带动中心不完全齿轮12旋转。在其它的应用中，也可以使电机的输出轴穿过工装壳体11后与中心不完全齿轮12相连。
31.第一外围不完全齿轮131、第二外围不完全齿轮132和第三外围不完全齿轮133分别可转动地设置于工装壳体11，并位于中心不完全齿轮12的周围。在图6的示例中，第一外围不完全齿轮131、第二外围不完全齿轮132和第三外围不完全齿轮133沿顺时针方向布置，从控制器的电机顺时针旋转时会依次带动第一外围不完全齿轮131、第二外围不完全齿轮132和第三外围不完全齿轮133转动，第一外围不完全齿轮131、第二外围不完全齿轮132和第三外围不完全齿轮133分别用于电机施加第一次、第二次和第三次负载。
32.中心不完全齿轮12、第一外围不完全齿轮131、第二外围不完全齿轮132和第三外围不完全齿轮132的齿轮部分被配置为：中心不完全齿轮12带动第一外围不完全齿轮131、第二外围不完全齿轮132和第三外围不完全齿轮133转动的角度分别为α角、β角和γ角。
33.在本实施方式中，三组负载工装的α角均为40
°
，三组负载工装的γ角均为40
°
，第一组负载工装1a的β角为30
°
，第二组负载工装1b的β角为40
°
，第三组负载工装1c的β角为50
°
，β为30
°
时对应地址1，β为40
°
时对应地址2，β为50
°
时对应地址3。
34.接下来通过图7至图9对与第三组负载工装1c相连的从控制器进行自动编址的过程进行示例说明。
35.主控制器广播发送自动编址命令，与第三组负载工装1c相连的从控制器收到该自动编址命令后，驱动对应的电机及其中心不完全齿轮12开始顺时针旋转，同时记录电机的带载情况（实时判断电机有没有带载）。随后中心不完全齿轮12带动第一外围不完全齿轮131转动角度α（α为40
°
），如图7所示，并通过计算得到第一次带载转动的角度（检测到带载时记录角度起点，检测到负载取消时记录角度终点，判断角度起点到角度终点的角度范围即为带载转动的角度），从控制器判断第一次带载转动的角度处于预定的第一角度范围38
°
～42
°
内，于是从控制器进入自动编址模式，控制电机继续顺时针运动。之后中心不完全齿轮12带动第二外围不完全齿轮132转动角度β（β为50
°
），如图8所示，并通过计算得到第二次带载转动的角度，从控制器记录下该第二次带载转动的角度备用。然后中心不完全齿轮12带动第三外围不完全齿轮133转动角度γ（γ为40
°
），如图9所示，并通过计算得到第三次带载转动的角度。从控制器判断第三次带载转动的角度处于预定的第二角度范围38
°
～42
°
内，控制电机停止动作，并继续下面的自动编址步骤。从控制器确定第二次带载转动的角度范围，在内部存储的角度范围和节点地址对应表中查找是否有匹配关系。本实施方式中β为50
°
，处于预定的角度范围48
°
～52
°
内，查表得节点地址为3，从控制器将自己的节点地址设置为与48
°
～52
°
相对应的3。设置完地址后，自动编址结束。
36.在另一种具体的实施方式中，采用伺服控制器及伺服电机充当负载，伺服电机具
有角度传感器，通过边输出力矩边观测角度，可以精确控制力矩的施加角度。
37.在又一种具体的实施方式中，负载由设置在电机外部的多个卡簧组成，电机运动中会在遇到卡簧的位置检测到力矩增加，用这个特定的力矩时序也可以实现自动编址。
38.本发明对电机加载的具体方式不限，除上述举例外还可采用磁粉制动器、阻尼器等方式。
39.本发明采用负载控制从控制器的电机角度变化，形了成特定的与角度有关的时序，并且定义明确的角度范围与从控制器节点地址之间的关系，从控制器在自动编址过程中自动检测角度时序和角度范围，并查表确定自己的地址。
40.本发明在不增加成本和总线的复杂度的前提下实现了从控制器的自动编址。
41.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。