大多数轿车供暖通风空调(HVAC)体系中都会调度持续流入的新鲜空气，将其注入车厢之中。一般驾驭员能够挑选是否需求中止新鲜空气供给(再循环)或许持续(即坚持新鲜空气流入)。在再循环形式下，高端HVAC体系监测几项车厢空气参数，经过空调器将空气再循环至车厢，并将新鲜空气进口限制为最小，一起饯别驾驭员或体系标准设定的参数。这样的再循环能够下降HVAC体系的燃油耗费达35%。依据气候条件和驾驭循环(drivingcycle)，HVAC体系每100公里或许会耗费多达3升燃油。这显现装备低端HVAC体系的大型轿车从添加主动再循环功用获益最大。但是，装备先进发动机且废气排放低的小型和中型轿车也能从智能空气再循环瓣(flap)获益，因为它对(节约)HVAC燃油耗费的奉献相对高。猜测显现配有半主动或全主动HVAC体系轿车的百分比将逐年递升。与此一起，引进二氧化碳(CO2)制冷剂导致发生对贴装在车厢内的额定传感器的潜在要求。这些趋势表明小型轿车和/或配有低标准HVAC体系的轿车将越来越多地再使用已有的CO2传感器和其他新鲜空气传感器技能。尽管主动再循环功用传感器方面的问题或许现已处理，但仍要着力处理一些有关电机驱动瓣(flapmotorization)的问题。
主动空气再循环操控体系
HVAC电子操控单元(ECU)闭合新鲜空气调理的操控环路，操作再循环瓣致动器(见图1)，然后在车厢内坚持所需的CO2水平。循环瓣的作业频率是最大答应乘客数量、轿车内部最少空气量以及所需CO2等级最大答应偏移(等参数)的函数。假定乘客数量为5人，车内空间为3m3，就能够容易计算出CO2浓度会在30s内添加100×10-6。
空气再循环操控环路首要要求低速干涉(intervention)，然后补偿“新鲜空气进口”(见图1)中的压力和气流速度(airspeed)改变。当驾驭速度改变时——如在市区中或挨近市区驾驭时，这种现象呈现的频率很高。气流也会也跟着风机速度主动调理而改变，然后消除阳光照耀改变(原因有如弯路或由建筑物、树木或云朵导致的间歇性暗影)的影响。
空气再循环瓣致动器是小型电机阀，经过ECU内驱动器的办法作业。就稳态操控算法而言，应当在一切时候都知道瓣的方位，故某种类型的方位反应就在所必需了。因为操控体系频深重调理致动器方位，故需求非触摸式电机作业以及无传感器式方位反应。
再循环瓣技能
作业HVAC气瓣(包括再循环瓣)的计划有几种，它们的不同体现在瓣促动器中运用的电机类型以及电机操控的细节和特性。咱们现在就评论3种常用的电机类型。
有刷直流(BDC)电机选用老练及相对廉价的技能制作，从驱动器到电机端子仅有两条引线(wirelead)。如能够经过两个晶体管半桥供给双向驱动，BDC电机操控就会简略。在要求方位反应的事例(如空气再循环瓣)中，需求添加方位传感器。可用的传感器有多种，最常见的便是电位计。此传感器与相关ECU绕线及电气衔接器的尺度影响一起构成了体系本钱的适当大部分。还需求着重指出的是，电刷和换向器(commutator)是BDC电机的部件，最易于磨损。因为空气再循环瓣需求频频作业，电刷老化就对配有再循环瓣的BDC电机的长时间可靠性发生了压力。
第二种类型是单极步进电机，每相有两个绕组。这些绕组与ECU电气相连，并且就像BDC电机计划(带传感器方位反应)相同，一般要求5条线。在电机阀中挑选运用单极步进电机首要是由低本钱驱动器集成电路(IC)或驱动电路(如4条低端驱动器电路)的供给情况决议。单极计划的一项缺陷是仅有对折的绕组随时都储有能量(基本上单极步进电机铜用量是作业电机所需铜量的两倍)。
第三种类型是双极步进电机，每相有一个绕组。与单极电机比较，这种计划在尺度及分量方面较有优势，因为绕组中的铜用量大约只要电机特性类似的单极电机的一半。两个绕组经过仅4条线与ECU电气衔接(比较之下，单极电机或带有传感器的BDC电机为5条线)。双极步进电机一般由双全桥晶体管组合来驱动，每个绕组一个。与BDC及单极步进电机架构比较，新的双极步进电机促动器技能供给均衡的处理计划：更多体系优势(即供给特性和质量的优化组合)，而不会带来体系总本钱方面的丢失，首要的原因是双极步进电机本质上包括“虚拟”传感器，并且也能够经过监测反电动势(BEMF)或BEMF信号来揣度电机的作业形式(如高速作业、停转情况等)。
虚拟传感器的优势
以嵌入式停转检测算法为根底的BEMF信号使体系能够十分准确地检测瓣的结尾止动(end-stop)。一般在作业期间特意完成结尾止动，如当瓣在挨近闭合(near-closed)方位作业时。闭环特性(或仅是伪闭环)触及的是每隔一段时间特意转入停转情况。然后，停转检测功用就支撑从彻底闭合的瓣方位开端准确符号新方位。经过采纳这种办法，即便是最小的开瓣(flap-opening)也能够准保证持，且可重复完成，发生真实的份额操控。清楚明了，这种作业形式比使用依据步计算的开环肯定定位的传统办法比较更有优势。因为要保证在参阅作业(referencingrun)中抵达结尾止动，这些办法要求驱动步进电机抵达预估结尾止动方位后还多作业几步。这导致电机作业阻断，呈现相关可听噪声以机械和磁性元件老化问题。这样一来，能在一个完好步内检测结尾止动的器材就能够避免在停转情况下呈现噪声和轰动问题。单个完好步内的停转检测还使转子和定子磁场坚持同步。这就避免因为定子沟通磁场导致的转子退磁繁殖任何磁性元器材老化问题，并协助坚持寿数周期内安稳的促动器转矩。
在瓣需求尽快地闭合的情况，如外部传感器检测到存在外部污染空气时封闭再循环瓣，高速度要求的(speed-critical)定位至关重要。BEMF信号让步进电机有或许经过专用自适应速度电机驱动算法完成高速度要求的作业。这使步进电机能够应战有刷直流电机促动器的其间一项首要优势，也便是能够在供电电压和负载答应的情况下尽快地旋转。步进电机以或许最快的速度作业，依据促动器和瓣特性(如负载)主动分配速度。在此自适应速度作业期间，无传感器停转检测可发挥作用，保证无差错的定位。这些算法支撑的速度高达每秒1000个完好步。
瓣促动器技能小结
表1归纳了咱们评论的瓣促动器技能的“适用性”。有刷直流电机和单极步进电机都有它们的优势，但有也缺点。新的双极步进电机技能看上去结合了前两种技能之长，并契合一切说到的要求。
总结完促动器技能，就轮到一流HVAC体系制作商来分配一切这些功用的恰当权重了。咱们的调查定论是：这三类促动器的体系级本钱相若，但假如仅顾及电机驱动器自身的收购本钱，或许最终轿车制作商要挑选次优的计划了。
新的再循环瓣驱动器IC
驱动装备上述技能的双极步进电机的集成电路现已上市。图2显现的是这类IC的典型框图。此IC置于ECU内，两个全H桥驱动双极步进电机的两相。ECU的微操控器(MCU)与IC借SPI接口及一套专用信号来通讯。
驱动器中嵌入的电流转化表为绕组施加恰当的电流。仅在SPI寄存器界说绕组电流峰值、微步形式及预设作业方向时才需求设定微操控器。尔后，微操控器能够经过仅发送“下一步”信号给IC，就能够按照电流转化表步进。然后，电机驱动器承当彻底职责，发生全步、半步或正弦微步动作所要求的电流波形。发送“下一步”脉冲的速度确认了电机作业的速度。
能够经过SPI总线的办法能够履行和激活简略又很有用的停转检测算法。这芯片还支撑自适应速度操控功用，用于在最高速度时闭合再循环瓣。这芯片还履行了恰当的确诊功用，用于检测一切相关差错情况，避免体系及IC受损。这IC包括中止输出引脚，用于在呈现差错时警示微操控器。
定论
本文评论了现有再循环瓣促动器技能，剖析了这类再循环阀的作业要求。有刷直流电机促动器和单极步进电机促动器都不契合某些技能要求。而结合了新颖驱动器的双极步进电机阀供给或许是最优的技能计划，契合未来空气再循环阀的高质量作业要求。
