CN102261210A - 一种车用开闭体的防夹控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车用开闭体的防夹控制方法，首先完成开闭体的自学习初始化步骤，然后实现对开闭体的防夹控制，所述的防夹控制方法，通过采集开闭体的当前位置信号，判断开闭体所在区域，获得当前电机的转速值n及电压值U，根据公式3：n＝aU-kT-A，得到电机当前的负载扭矩值T，比较防夹力矩阀值T_p与负载扭矩值T的大小，若T≥T_p，则根据判断开闭体当前所处区域及所处区域的行程位置的结果，控制电机反向旋转；否则继续执行当前操作。该防夹控制方法中，防夹力误差仅与实际电机的转速降常数有关，达到了减少变量个数以降低误差的效果，对电机的一致性要求较低，降低了控制成本。

Description

一种车用开闭体的防夹控制方法

技术领域

本发明涉及一种车用开闭体的控制方法，尤其涉及一种车用开闭体的防夹控制方法。

背景技术

随着电子科技的发展，随着大众对车辆舒适性和方便性需求的日益提高，车辆上的一些开闭体已从机械控制方式发展成为电子控制方式，例如，车门窗、天窗等，但对于能够自动开闭的车门窗或天窗，存在着夹伤人的危险性，因此，现在市场上，很多车型的车门窗或天窗都设计了防夹功能，目前此功能主要通过电机与霍耳传感器的配合来加以实现。例如，目前的作为开闭体的一种的天窗系统中，存在的自学习后的记忆位置点有：完全上倾位置、天窗关闭位置、防风颤位置、天窗完全打开位置，上述的各个位置点把天窗系统的整个运动区间分成不同区域位置，而电机则会根据天窗处于的不同区域执行不同的操作，其中，在天窗打开区域和天窗倾斜区域可靠有效地实现防夹操作。但是，现在技术中车门窗或天窗在防夹功能上均存在着或多或少的不足之处，如；1、对电机的一致性要求过高，增加了电机的成本；2、防夹判断依靠多次标定的电机转速或工作电流，没有经过严格理论计算，防夹力不稳定，不能对开闭体进行较为精确的控制。

发明内容

为解决现有技术中车用开闭体防夹功能中，对电机的一致性要求过高，车用开闭体的防夹力不稳定、对开闭体不能实施精确控制的问题，本发明提供了一种车用开闭体的防夹控制方法，通过该控制方法可以使车用开闭体对电机的一致性要求降低，使车用开闭体防夹力稳定性提高且可有效地对开闭体进行精确控制。

本发明提供了一种车用开闭体的防夹控制方法，使车用开闭体在关闭操作过程中产生防夹的动作，首先完成开闭体的自学习初始化的步骤，然后实现对开闭体的防夹控制，

所述的自学习初始化步骤为：对电机进行自学习控制，设定开闭体的行程位置和区域，并采集获得当前电机的转速值n及电压值U，根据公式1：n＝aU-kT₀-A，式中a为电压增益常数、k为转速降常数、A为空载转速降常数，获得开闭体当前所处位置的电机额定扭矩值T₀，预先设定一设定防夹力F₀，根据公式2：T_p＝T₀+F₀×l，式中l为电机的传动力臂，得到防夹力矩阀值T_p，并存储上述获得的自学习数据；

所述的防夹控制方法，还包括如下步骤：

步骤S1：对开闭体的操作开关进行操作；

步骤S2：判断开闭体是否执行关闭动作，若是则判断电机是否启动完成，若是则进行下一步骤，否则返回继续执行步骤S2；

步骤S3：采集开闭体的当前的位置信号，判断开闭体当前所在区域，并获得当前电机的转速值n及电压值U，根据公式3：n＝aU-kT-A，式中a为电压增益常数、k为转速降常数、A为空载转速降常数，得到电机当前的负载扭矩值T；

步骤S4：比较防夹力矩阀值T_p与负载扭矩值T的大小，若T≥T_p，则根据判断开闭体当前所处区域及所处区域的行程位置的结果，控制电机反向旋转直至相应的位置后停止；否则，继续执行开闭体的当前操作。

作为进一步改进，在自学习的步骤中的划定开闭体的行程位置和区域之前，还包括以下步骤，检测车速信号及车门信号，判断所述车速是否大于等于5km/h或车门是否出现开关动作，若是，则结束自学习操作，不存储自学习数据。

作为进一步改进，在自学习的步骤中，还包括以下步骤，即在得到电机额定扭矩值T₀和防夹力矩阀值T_p以及划定开闭体的行程位置和区域的过程中，检测车速信号及车门信号，判断所述车速是否大于等于5km/h或车门是否出现开关动作，若是则不存储自学习数据。

作为进一步改进，如权利要求1所述的车用开闭体的防夹控制方法，其特征在于：所述自学习步骤和步骤S3中的空载转速降常数A是这样得到的，通过测试电机样件参数，根据公式4：T＝b×I，式中T为电机负载扭矩、I为电机电流、b为一常数，和公式5：T＝T′+T″，式中T′为电机外加扭矩、T″为电机空载扭矩，拟合I-T′特性曲线得出电机空载扭矩T″，则k×T″即为A值。

作为进一步改进，所述步骤S4中的区域为开闭体打开区域。

作为进一步改进，所述步骤S4中的区域包括第一防夹区域和第二防夹区域。

作为进一步改进，所述第一防夹区域设置为从开闭体关闭位置朝开闭体完全打开位置方向延伸长度为L的区域，其中H＞L≥200mm，所述H为开闭体的打开区域的整体长度。

作为进一步改进，所述第二防夹区域设置为在开闭体打开区域中的除第一防夹区域外的剩余的区域。

作为进一步改进，在步骤S4中，若T≥T_p，当判断开闭体当前处于开闭体打开区域时，控制电机反向旋转直至开闭体完全打开位置停止。

作为进一步改进，在步骤S4中，若T≥T_p，当判断开闭体当前处于第一防夹区域时，控制电机反向旋转直至开闭体后退相应的距离L停止或后退开闭体完全打开位置停止；当判断开闭体当前处于开闭体打开区域的第二防夹区域时，控制电机反向旋转直至开闭体完全打开位置停止。

本发明的有益效果在于：由于预先存入了相关控制策略，可以准确地计算出各电压下电机的负载情况，即使电压在一定范围内变化时，也是可以精确地得出电机的负载情况，以获得较为精确的防夹力，达到精确控制开闭体的效果。并且在本发明的防夹控制方法中，所得到的防夹力误差仅与实际电机的转速降常数有关，达到了减少变量个数以降低系统误差的效果，因此使对电机的一致性要求较低，降低了控制成本。

附图说明

图1是本发明的车用开闭体的防夹控制方法的控制方法的流程图；

图2是本发明的车用开闭体的防夹控制方法的自学习控制的流程图。

具体实施方式

下面将通过具体实施方式并结合附图来对本发明进行详细说明。

根据本发明的车用开闭体的防夹控制方法，使车用开闭体在关闭操作过程中产生防夹的动作。其中，所述车用开闭体可以是车门窗或天窗等，本实施方式中，将天窗作为车用开闭体的一个实例来进行详细地说明。

车辆具有顶板，在其上具有一车顶天窗装置，所述的车顶天窗装置包括用于打开和关闭车辆顶板上天窗开口的天窗玻璃、用于驱动天窗玻璃动作的驱动机构以及用于控制天窗玻璃动作的控制模块。所述的天窗玻璃在驱动机构的作用下沿车辆的前后方向移动，可执行滑动打开和关闭的操作，同时还或在其前端处绕沿车辆的宽度方向延伸的轴垂直移动，可执行倾斜打开和关闭的操作。所述驱动机构本实施例中采用电机。

本实施例中，在对开闭体也就是天窗装置进行正常的操作之前，需对电机进行自学习的初始化，将天窗玻璃位于完全上倾位置的上倾极限位置堵转点设置为0点，且初始化过程中，可以将天窗玻璃的整个运动行程区域用数字表示出来。所电机蜗杆旋转一圈带动天窗玻璃移动的距离为0.98mm。将天窗玻璃的运作行程可划分成以下四个行程位置，分别为完全上倾位置、天窗关闭位置、防风颤位置、天窗完全打开位置。在对天窗装置的自学习的初始化完成之后，即可对天窗装置进行正常的开启和关闭操作，并且在对天窗装置的相应的关闭操作时，可以实现其防夹控制的功能。

另外，根据上述的四个行程位置中的其中三个位置，即完全上倾位置、天窗关闭位置、天窗完全打开位置划分出来两个区域，分别为天窗打开区域和天窗倾斜区域。所述的天窗打开区域为天窗关闭位置与天窗完全打开位置之间的区域，所述的天窗倾斜区域为完全上倾位置、天窗关闭位置之间的区域。上述的天窗玻璃的四个行程位置以及两个区域都可以通过与电机的旋转相对应地输出的脉冲信号进行计数后的脉冲计数值来设定。如根据安装在电机上的霍尔传感器输出的脉冲信号中有一个上升沿及一个下降沿，并加以记数，如：电机蜗杆旋转一圈，霍尔传感器输出的脉冲信号中就有一个上升沿及一个下降沿。而电动机的旋转方向的判断也是依据霍尔传感器的相位差来确定。例如，本实施例中，天窗玻璃由上倾极限位置至上述各位置的行程距离，以及天窗由上倾极限位置到各位置电机蜗杆所需转动的圈数，如下：

天窗玻璃由上倾极限至完全上倾位置，行程为：5mm，电机蜗杆轴所需转圈数约为5圈；

天窗玻璃由上倾极限至关闭位置，行程为：106mm，电机蜗杆轴所需转圈数约为108圈；

天窗玻璃由上倾极限至防风颤位置，行程为：526.1mm，电机蜗杆轴所需转圈数约为537圈；

天窗玻璃由上倾极限至完全打开位置，行程为：571.1mm，电机蜗杆轴所需转圈数约为583圈；

由上述数据可得，天窗玻璃由上倾极限位置至完全上倾位置、完全关闭位置、防风颤位置、完全打开位置的脉冲信号的计数次数分别为10、216、1074、1166，并用上述四个数字来分别表征为完全上倾位置、完全关闭位置、防风颤位置以及完全打开位置四个行程位置，并且所述天窗玻璃的其它行程位置也可以用相关计数次数来表征。

上述的天窗的结构，天窗玻璃的行程位置及区域划分方式，以及电机和霍尔传感器的相关工作原理，都为本领域技术人员所熟知，在此就不在详述。

同时，根据相关的法规规定，所述的天窗的防夹区域可以设定为一个，即整个天窗打开区域；当然还可以设定为两个防夹区域，包括第一防夹区域和第二防夹区域，所述第一防夹区域设置为从开闭体关闭位置朝开闭体完全打开位置方向延伸长度为L的区域，其中H＞L≥200mm，所述H为开闭体的打开区域的整体长度；所述第二防夹区域设置为在天窗打开区域中的除第一防夹区域外的剩余的区域。当然，所述第一防夹区域和第二防夹区域的划分是根据具体的天窗装置的尺寸来确定的，不同的尺寸，第一防夹区域可以相应地变大或变小些，本实施例中，所述第一防夹区域设置为从开闭体关闭位置朝开闭体完全打开位置方向延伸200mm的区域，设定L为200mm；所述第二防夹区域仍设置为在天窗打开区域中的除第一防夹区域外的剩余的区域。当然了，根据相关的法规规定，所述的防夹控制时的开闭体后退的具体控制，还有其它的选择，在此就不再一一例举。

如图1和图2所示，首先完成开闭体的自学习初始化的步骤，然后实现对开闭体的防夹控制，也就是说只要在对所述开闭体进行正常操作之前，只需对开闭体进行一次自学习初始化步骤后，即可具备所述的防夹控制功能，

所述的自学习初始化步骤为：即使车辆处于NO档，按规定操作相应开关长按一定时间，自学习信号输入，对电机进行自学习控制，设定开闭体运动行程中的不同区域和行程位置，并采集获得当前电机的转速值n及电压值U，根据公式1：n＝aU-kT₀-A(其中a为电压增益常数，k为转速降常数，A为空载转速降常数)获得开闭体当前所处位置的电机额定扭矩值T₀，预先设定一设定防夹力F₀，根据公式2：T_p＝T₀+F₀×l(其中l为电机的传动力臂)得到防夹力矩阀值T_p，并存储上述获得的自学习数据于控制模块的存储单元中，此时自学习的初始化完成；在对天窗装置的自学习的初始化完成之后，即可对天窗装置进行正常的开启和关闭操作，并且在对天窗装置的相应的关闭操作时，可以实现其防夹控制的功能。

所述开闭体的动运行程中设置有完全上倾位置、天窗关闭位置、防风颤位置、天窗完全打开位置四个行程位置，以及根据上述的四个行程位置中的其中三个位置，即完全上倾位置、天窗关闭位置、天窗完全打开位置划分出来的天窗打开区域和天窗倾斜区域两个区域。所述的天窗打开区域为天窗关闭位置与天窗完全打开位置之间的区域，所述的天窗倾斜区域为完全上倾位置、天窗关闭位置之间的区域。所述的自学习数据包括上述的四个行程位置以及两个区域的脉冲计数值数据，还包括实时获得的开闭体当前所处位置的电机额定扭矩值T₀以及防夹力矩阀值T_p。

参阅图1，所述的防夹控制方法，还包括如下步骤：

步骤S 1：对开闭体的操作开关进行操作，使操作信号输入控制模块；

步骤S2：判断开闭体是否执行关闭动作，若是则判断电机是否启动完成，若是则进行下一步骤，否则返回继续执行步骤S2；

步骤S3：采集开闭体的当前的位置信号，判断开闭体当前所在区域，并获得当前电机的转速值n及电压值U，根据公式3：n＝aU-kT-A(其中a为电压增益常数，k为转速降常数，A为空载转速降常数)，得到电机当前的负载扭矩值T；

步骤S4：比较防夹力矩阀值T_p与负载扭矩值T的大小，若T≥T_p，则根据判断开闭体当前所处区域及所处区域的不同位置的结果，控制电机反向旋转直至相应的位置后停止；否则，继续执行开闭体的当前操作，运行至目标位置。

所述自学习的初始化过程中和S3步骤中的空载转速降常数A是这样得到的，通过测试电机样件参数，根据公式4：T＝k×I(其中，T为电机负载扭矩，I为电机电流，b为一常数)和公式5：T＝T′+T″(其中，T′为电机外加扭矩，T″为电机空载扭矩)，拟合I-T′特性曲线得出电机空载扭矩T″，则k×T″即为A值，并且a值及k值可根据电机厂商提供，也可以通过试验数据拟合，上述的转速降常数k为本领域技术人员所熟知的定电压下电机的n-T曲线的斜率值。所述的公式1-4都预先设定在控制模块中。

本发明提供的对开闭体的防夹控制方法，由于预先存入了相关控制策略(包括运算公式)，可以准确地计算出各电压下电机的负载情况，即使电压在一定范围内变化时，也是可以精确地得出电机的负载情况，以获得较为精确的防夹力，达到精确控制开闭体的效果。并且在本发明的防夹控制方法中，根据实际防夹力F的计算公式6：

(其中k′为预存的转速降常数，k为实际电机的转速降常数，F₀为设定的防夹力)，可得知防夹力误差仅与实际电机的转速降常数(电机的n-T曲线的斜率值)有关，即使电机特性与预存特性差别较大但其n-T曲线的斜率差别不大时，所得到的防夹力还是很接近所设定防夹力，因此使对电机的一致性要求较低，降低了控制成本。

如图2所示，优选实施例中，在对电机的自学习的初始化过程中的划定开闭体的不同区域位置之前，还包括以下步骤，检测车速信号及车门信号，判断所述车速是否大于等于5km/h或车门是否出现开关动作，若是，则结束自学习操作，不存储自学习数据。

并且在对电机的自学习的初始化过程中，还包括以下步骤，即在得到电机额定扭矩值T₀和防夹力矩阀值T_p以及划定开闭体的不同区域位置的过程中，检测车速信号及车门信号，判断所述车速是否大于等于5km/h或车门是否出现开关动作，若是则不存储自学习数据。

同时，根据相关的法规规定，所述的天窗的防夹区域可以设定为一个，即整个天窗打开区域；当然还可以设定为两个防夹区域，包括第一防夹区域和第二防夹区域，所述第一防夹区域设置为从开闭体关闭位置朝开闭体完全打开位置方向延伸长度为L的区域，其中H＞L≥200mm，所述H为开闭体的打开区域的整体长度；所述第二防夹区域设置为在天窗打开区域中的除第一防夹区域外的剩余的区域。当然，所述第一防夹区域和第二防夹区域的划分是根据具体的天窗装置的尺寸来确定的，不同的尺寸，第一防夹区域可以相应地变大或变小些，本实施例中，所述第一防夹区域设置为从开闭体关闭位置朝开闭体完全打开位置方向延伸200mm的区域，设定L为200mm；所述第二防夹区域仍设置为在天窗打开区域中的除第一防夹区域外的剩余的区域。当然了，根据相关的法规规定，所述的防夹控制时的开闭体后退的具体控制，还有其它的选择，在此就不再一一例举。

当所述的天窗的防夹区域设定为一个时，即整个天窗打开区域，在步骤S4中，若T≥T_p，则控制电机反向旋转直至天窗完全打开位置停止；

当所述天窗的防夹区域设定为两个防夹区域时，即包括第一防夹区域和第二防夹区域，在步骤S4中，若T≥T_p，当判断开闭体当前处于天窗打开区域的第一防夹区域时，控制电机反向旋转直至开闭体后退相应的距离200mm停止，若当开闭体后退的距离还不到200mm时即到达了天窗完全打开位置，则开闭体后退至天窗完全打开位置停止；当判断开闭体当前处于天窗打开区域的第二防夹区域时，控制电机反向旋转直至天窗完全打开位置停止。

当然，在最初的自学习初始化之后，在对开闭体也就是天窗装置进行正常的开启、关闭操作以及防夹控制的操作过程中，或出现开启和关闭的行程位置不准确，或出现防夹控制发生异常，或开闭体更换过相关部件等，也就是开闭体的运行过程中负载发生了变化的情况下，可以再次对开闭体进行自学习初始化，以适应新的开闭体。

另外，电机停止转动时，由于惯性原因，电机涡杆还会继续转动一定圈数，为此在控制电机防夹反转停止时，设置了电机惯性补偿功能，提前控制电机制止，而停止转动。在本实施例中，通过实际测试及匹配，设定电压为12V，对电机设定了相应于上述四个行程位置的惯性补偿值，该惯性补偿以天窗玻璃的实际行程位置的计数来表征，设置如下：由关闭位置到完全上倾位置时，计数为16时控制电机停止(由于惯性作用，电机停下时，计数变为13)；由完全上倾位置到关闭位置时，计数为216时控制电机停止(由于惯性作用，电机停下时，计数变为225)；由关闭位置至防风颤位置时，计数为1050时控制电机停止(由于惯性作用，电机停下时，计数变为1056，)；由防风颤位置至完全打开位置时，计数为1146时控制电机停止(由于惯性作用，电机停下时，计数变为1151，)；由打开至关闭时，计数为232时控制电机停止(由于惯性作用，电机停下时，计数变为224)。如前述对电机和天窗玻璃的行程位置的描述，上述的计数的数字为对天窗玻璃的行程位置的表征，例如：216表示为当天窗玻璃运行至计数为216所表征的行程位置时，控制电机停止。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种车用开闭体的防夹控制方法，使车用开闭体在关闭操作过程中产生防夹的动作，首先完成开闭体的自学习初始化步骤，然后实现对开闭体的防夹控制，

所述的自学习初始化步骤为：对电机进行自学习控制，设定开闭体的行程位置和区域，并采集获得当前电机的转速值n及电压值U，根据公式1：n＝aU-kT₀-A，式中a为电压增益常数、k为转速降常数、A为空载转速降常数，获得开闭体当前所处位置的电机额定扭矩值T₀，预先设定一设定防夹力F₀，根据公式2：T_p＝T₀+F₀×l，式中l为电机的传动力臂，得到防夹力矩阀值T_p，并存储上述获得的自学习数据；

所述的防夹控制方法，还包括如下步骤：

步骤S1：对开闭体的操作开关进行操作；

步骤S2：判断开闭体是否执行关闭动作，若是则判断电机是否启动完成，若是则进行下一步骤，否则返回继续执行步骤S2；

步骤S3：采集开闭体的当前的位置信号，判断开闭体当前所在区域，并获得当前电机的转速值n及电压值U，根据公式3：n＝aU-kT-A，式中a为电压增益常数、k为转速降常数、A为空载转速降常数，得到电机当前的负载扭矩值T；

步骤S4：比较防夹力矩阀值T_p与负载扭矩值T的大小，若T≥T_p，则根据判断开闭体当前所处区域及所处区域的行程位置的结果，控制电机反向旋转直至相应的位置后停止；否则，继续执行开闭体的当前操作。

2.如权利要求1所述的车用开闭体的防夹控制方法，其特征在于：在自学习的步骤中的划定开闭体的行程位置和区域之前，还包括以下步骤，检测车速信号及车门信号，判断所述车速是否大于等于5km/h或车门是否出现开关动作，若是，则结束自学习操作，不存储自学习数据。

3.如权利要求1所述的车用开闭体的防夹控制方法，其特征在于：在自学习的步骤中，还包括以下步骤，即在得到电机额定扭矩值T₀和防夹力矩阀值T_p以及划定开闭体的行程位置和区域的过程中，检测车速信号及车门信号，判断所述车速是否大于等于5km/h或车门是否出现开关动作，若是则不存储自学习数据。

4.如权利要求1所述的车用开闭体的防夹控制方法，其特征在于：所述自学习步骤和步骤S3中的空载转速降常数A是这样得到的，通过测试电机样件参数，根据公式4：T＝b×I，式中T为电机负载扭矩、I为电机电流、b为一常数，和公式5：T＝T′+T″，式中T′为电机外加扭矩、T″为电机空载扭矩，拟合I-T′特性曲线得出电机空载扭矩T″，则k×T″即为A值。

5.如权利要求1所述的车用开闭体的防夹控制方法，其特征在于：所述步骤S4中的区域为开闭体打开区域。

6.如权利要求1所述的车用开闭体的防夹控制方法，其特征在于：所述步骤S4中的区域包括第一防夹区域和第二防夹区域。

7.如权利要求6所述的车用开闭体的防夹控制方法，其特征在于：所述第一防夹区域设置为从开闭体关闭位置朝开闭体完全打开位置方向延伸长度为L的区域，其中H＞L≥200mm，所述H为开闭体的打开区域的整体长度。

8.如权利要求7所述的车用开闭体的防夹控制方法，其特征在于：所述第二防夹区域设置为在开闭体打开区域中的除第一防夹区域外的剩余的区域。

9.如权利要求5所述的车用开闭体的防夹控制方法，其特征在于：在步骤S4中，当判断开闭体当前处于开闭体打开区域时，控制电机反向旋转直至开闭体完全打开位置停止。

10.如权利要求8所述的车用开闭体的防夹控制方法，其特征在于：在步骤S4中，当判断开闭体当前处于第一防夹区域时，控制电机反向旋转直至开闭体后退相应的距离L停止或后退开闭体完全打开位置停止；当判断开闭体当前处于开闭体打开区域的第二防夹区域时，控制电机反向旋转直至开闭体完全打开位置停止。

Images