CN101220724B - 一种汽车电动窗防夹控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车电动窗防夹控制方法，该方法特点是，利用取样电阻和放大滤波电路获取电机电枢电流信号，利用分压电阻或放大器获得电机电枢电压信号；单片机利用A/D采样并滤波获得电枢电压U和电流I的数字量，再根据电机转速n与电枢电压U和电流I之间的函数关系，求出转速n，对转速积分可以得到转子位置，从而得到电动窗玻璃位置q；另一方面，根据电流I，单片机判断电动窗玻璃是否运动受阻；根据是否运动受阻和玻璃位置q，区分电动窗玻璃是到达顶部还是夹住异物，再综合外部指令，对电动窗玻璃实施上升、下降或停止控制。本发明所述方法的优点是简单实用，不需要传感器就可以设计制造电动窗防夹控制器。

Description

一种汽车电动窗防夹控制方法

技术领域

本发明涉及一种汽车电动窗防夹控制方法，用于设计制造汽车电动窗控制器。 

背景技术

汽车电动窗防夹控制方法，通常采用霍尔传感器获得直流电机转动圈数，间接地反馈电动窗玻璃位置；根据电机电枢电流的大小或变化幅度判断电动窗玻璃是否运动受阻，也可根据霍尔传感器反馈的脉冲宽度判断电动窗玻璃是否运动受阻；用玻璃位置区分运动受阻是到达顶部还是夹住异物，从而实现汽车电动窗防夹控制。现有技术也有用开关、光电、霍尔等传感器检测电动窗玻璃极限位置来区分玻璃运动受阻是到达顶部还是夹住异物的。总之，要对汽车电动窗进行防夹控制，首先要知道电动窗玻璃位置、是否运动受阻。现有技术通常是采用传感器予以实现。其不足之处是，安装传感器使结构复杂、成本高、生产调试困难。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽车电动窗防夹控制方法，采用所述方法，不需要安装传感器，就能测出汽车电动窗玻璃位置、是否运动受阻，以便对汽车电动窗玻璃进行上升、下降或停止控制。 

实现本发明目的技术方案是：直流电机的转速与电枢电压、电枢电流有确定的函数关系，测得电压和电流，可求出转速，对转速积分得转子位置，从而得到电动窗玻璃位置；电动窗玻璃运动受阻时，直流电机发生堵转，电流变大。因此，测量电枢电流，就可以判断电动窗玻璃是否运动受阻；根据外部指令，结合上述信息，可以对汽车电动窗玻璃进行上升、下降或停止控制。 

本发明所述一种汽车电动窗防夹控制方法，具体步骤是： 

(1)用取样电阻把电枢电流信号变换成电压信号，并放大、滤波。 

(2)用电阻分压取得电枢电压。 

(3)单片机通过A/D、滤波和计算得到电枢电压U和电枢电流I，根据电机转速与电枢电压、电枢电流之间的函数关系，求出转速n，对转速n积分，求出转子位置，从而得到任意时刻电动窗玻璃位置q： 

求转速n 

n＝(U-RI)/CΦ                ① 

式中C电势系数，与直流电机结构有关的常数 

    Φ每极磁通，对永磁直流电机，可以视为常数 

    R电枢回路总电阻，包括电枢绕组电阻、导线电阻、接触电阻及取样电阻 

求任意时刻电动窗玻璃位置 

q＝b∫ndt＝K∫(U-RI)dt        ② 

式中b与电动窗结构有关的常数 

    K＝b/CΦ                ③ 

我们规定电动窗玻璃在底部，位置q＝0；玻璃在顶部的位置Q采用公式②在标定过程中获得；调整位置的计量单位，使K＝1 

离散化公式②得 

q(i)＝∑[U(i)-RI(i)]          ④ 

q(i)＝q(i-1)+U(i)-RI(i)       ⑤ 

式中，i＝0，1，……表示离散化的时刻 

电枢回路总电阻R有两种方法获得，一是事先测量；二是根据公式①，电机堵转时n＝0 

R＝U/I                        ⑥ 

标定过程中，电机发生堵转时，测量电枢电压U和电流I，用公式⑥求得。 

(4)单片机根据电枢电流I＞设定电流阈值I_S或电枢电流微分值ΔI＞设定电流微分阈值ΔI_S，判断电动窗玻璃是否运动受阻，具体如下： 

运动受阻判定方法1-电流法 

I＞I_S判断为玻璃运动受阻       ⑦ 

其中，I_S是设定电流阈值 

设定电流阈值I_S采用试验方法确定：记录汽车电动窗负载最大时的工作电流的多次采样平均值，记为I_MIN；记录最低工作电压下，汽车电动窗玻璃运动受阻，即直流电机堵转时的电枢电流的多次采样平均值，记为I_MAX； 

当I_MAX＞I_MIN时I_S＝(I_MAX+I_MIN)    ⑧ 

其中，μ一般取0.5，也可根据防夹力大小的要求调整。 

运动受阻判定方法2-电流微分法 

ΔI＞ΔI_s判断为玻璃运动受阻⑨ 

其中，ΔI_s是设定电流微分阈值 

当I_MIN＞I_MAX时，电流法不能正确判断。但不论I_MIN和I_MAX哪个大，都可以采用电流微分法。 

用下述实验方法确定电流微分阈值。 

记录各种电压下电机堵转或玻璃运动受阻时电枢电流变化幅度的多次采样平均值，即电枢电流微分值ΔI，根据防夹力要求(如10kg)和多次实验结果找出最合理的设定电流微分阈值ΔI_s，使所有的实验中电机堵转或玻璃运动受阻，用ΔI_s都能正确判断的最大值； 

在实际运行时，每个采样点多次采样平均值是I(i)，i为第i个采样时刻，微分间隔为m个采样周期(一般取140ms) 

ΔI(i)＝I(i)-I(i-m)    ⑩ 

当ΔI(i)＞ΔI_s时，判断为玻璃运动受阻。 

(5)单片机根据是否运动受阻和玻璃位置q，区分电动窗玻璃是到达顶部还是夹住异物，再综合外部指令，对电动窗玻璃实施上升、下降或停止控制。 

本发明的有益效果是： 

(1)本发明所述方法技术构思新颖，易于实施。 

(2)不用传感器，简化结构，降低成本，节约传感器的供电； 

(3)及时判断电机堵转或电动窗玻璃运动受阻，控制电动窗玻璃停止或下降，节约直流电机受阻时的耗电，防止电机损坏； 

附图说明

图1汽车电动窗工作原理示意图。 

图2根据本发明方法设计的电动窗防夹控制器电路图。 

图3为本发明实施例程序流程图。 

具体实施方式

现结合说明书附图1至3介绍本发明所述汽车电动窗控制方法以及根据本发明方法设计的电动窗防夹控制器。 

图1是汽车电动窗工作原理示意图。图中，U表示电机电枢电压，I表示电枢电流，101是电枢绕组，102是电机负载，103是取样电阻，104是电动窗玻 璃，105是车门，q表示电动窗玻璃位置，q＝0表示玻璃在底部，q＝Q表示玻璃在顶部。 

图2示出本发明实施例电动窗防夹控制器电路图。其中： 

电机驱动部分：单片机U1发出控制信号，通过三极管Q1、Q2驱动继电器K1、K2，控制电动窗直流电机M的正转、反转和停止。 

信号处理部分：直流电机电枢电流信号，经过取样电阻R1，变成电压小信号，通过放大器U2放大；电枢电压信号，经电阻R2和R3分压。 

指令输入部分：升降指令接+U时为有效电平，经分压电阻R4、R5、R6、R7分压成TTL电平，输入到单片机U1中。单片机部分：内含A/D的单片机U1，对上升指令处理流程如图3所示。收到升指令后，驱动电机M正转，玻璃上升。在玻璃上升过程中，A/D不断对点枢电压和电枢电流信号采样，得到数字量，进行数字滤波后，变换成电压U(i)和电流I(i)，单片机根据公式⑤计算玻璃位置q(i)；如果I(i)＞I_s或ΔI(i)＞ΔI_s时，则说明玻璃运动受阻；若q(i)≥Q时，则位置在顶部，说明这个运动受阻是因为玻璃到达到顶部，单片机U1发出指令，停止电机运转，玻璃停止上升，保护电机不发热；若q(i)≤Q时，则位置在中间，说明这个云动受阻是因为玻璃夹住异物，单片机U1发出信号，玻璃下降，下降的距离根据公式⑤计算；防夹力的大小，也是由电流I_s或ΔI_s来确定，从而实现电动窗防夹控制。Q值可以在事先的标定过程中，电动窗玻璃从底部运动到顶部，采用公式⑤获得；电枢回路总电阻R也要事先获得。下降指令的处理与上升指令的处理类似。 

在实施例中，单片机根据q(i)和I(i)或ΔI(i)来判断运动受阻是夹住异物还是到顶，并计算控制下降距离。 

Claims (1)

1.一种汽车电动窗防夹控制方法，其特征是：

(1)用取样电阻把电枢电流信号变换成电压信号，并放大、滤波；

(2)用电阻分压取得电枢电压；

(3)单片机通过A/D、滤波和计算得到电枢电压U和电枢电流I，根据电机转速与电枢电压、电枢电流之间的函数关系n＝(U-RI)/CΦ，式中，C为电势系数，是与直流电机结构有关的常数，Φ为每极磁通，对永磁直流电机，可以视为常数，R为电枢回路总电阻，包括电枢绕组电阻、导线电阻、接触电阻及取样电阻，求出转速n，对转速n积分q＝b∫ndt＝K∫(U-RI)dt，式中，b为与电动窗结构有关的常数，求出转子位置，从而得到任意时刻电动窗玻璃位置q，其中参数K＝b/CΦ；

(4)单片机根据电枢电流I＞设定电流阈值I_S或电枢电流微分值ΔI＞设定电流微分阈值ΔI_S，判断电动窗玻璃是否运动受阻；

(5)单片机根据是否运动受阻和玻璃位置q，区分电动窗玻璃是到达顶部还是夹住异物，再综合外部指令，对电动窗玻璃实施上升、下降或停止控制。 

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