CN102287113A - 一种汽车电动车窗软停止控制装置 - Google Patents
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Abstract
一种汽车电动车窗软停止控制装置，属于车窗自动控制技术领域，解决堵转电流冲击对车窗电机使用寿命的影响问题。解决方案是采用软停止控制装置即车窗开关信号经过电控单元的采集电路处理后与单片机的输入端相连，单片机的输出端经过电机驱动电路后与带有霍尔传感器的车窗电机相连，车窗电机运行过程中产生的霍尔脉冲信号经处理后与单片机的输入端相连；单片机根据霍尔脉冲信号判断车窗玻璃的位置，以实现软停止功能。本发明所述方法结构简洁，易于实现，自适应能力强、性能可靠，既可独立应用，又可与中控门锁或者车门控制装置集成应用。尤其适合与电动车窗防夹算法结合使用，不需要额外的传感器和硬件电路，成本低廉。
Description
技术领域
本发明属于汽车车窗自动控制技术领域，尤其涉及一种电动车窗软停止控制技术。
背景技术
为增加汽车的乘坐安全性和舒适性，很多汽车都安装了电动车窗，并通过电控单元采集车窗开关的升降指令，同时驱动车窗电机正转或反转，以带动车窗玻璃上升或下降。在车窗玻璃上升和下降过程中，现有方法都是靠电机堵转引起的电流增加或霍尔脉冲信号宽度的增加来识别停止位置的。
但是电机堵转会导致电流突然增大，电流冲击会降低车窗电机的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构清晰、成本低廉、性能可靠的汽车电动车窗软停止控制装置，包括硬件电路和软件算法，用于对车窗电机进行控制，以消除堵转电流冲击对车窗电机使用寿命的影响。
实现本发明控制装置的技术方案是：带有霍尔传感器的车窗电机固定在车窗导轨上，导轨与汽车门框固连在一起，电控单元可固定于汽车门框上，也可与车窗电机集成在一起，电控单元与车窗开关、车窗电机之间用导线连接。电控单元根据车窗开关的升降指令，驱动车窗电机正转或反转，以带动车窗玻璃上升或下降。电控单元的控制电路包括电源处理电路、单片机、车窗开关信号采集电路、霍尔脉冲信号处理电路、电机驱动电路、电机电流采集电路；车窗开关信号经过电控单元的采集电路处理后与单片机的输入端相连，单片机的输出端经过电机驱动电路后与车窗电机相连，车窗电机运行过程中产生的霍尔脉冲信号和电流信号经处理后与单片机的输入端相连。单片机根据霍尔脉冲信号判断车窗玻璃的位置，以实现软停止功能，电流信号用于霍尔脉冲信号异常情况下车窗电机的控制。
该装置既可独立应用，也可与中控门锁等其他车门控制装置集成应用。
本发明的有益效果在于：
1、本发明输入车窗开关、霍尔脉冲信号、电机电流信号，输出电机驱动信号，结构清晰。
2、在本发明的控制装置中，软停止算法所需单片机的RAM空间不足100字节，需要ROM空间不足1K字节，既可独立实现，又可与其它算法一起实现。
3、本发明的软停止算法具备自适应能力，能够适应不同的车窗机构，并且能够自动调整控制参数，以适应车窗机构的老化、磨损等因素对算法的影响。
4、本发明所述方法结构简洁，易于实现，自适应能力强、性能可靠，既可独立应用，又可与其它控制算法结合，尤其适合与电动车窗防夹算法结合使用，不需要额外的传感器和硬件电路，成本低廉。
附图说明
图1为汽车电动车窗软停止控制装置的位置和连接示意图
图2为实现软停止算法的电控单元硬件结构示意图
图3为汽车电动车窗软停止算法的软件流程图
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明汽车电动车窗软停止控制装置的位置和连接示意图。所述控制装置由门框9、导轨8、车窗玻璃5、带有霍尔传感器的车窗电机10、车窗开关2、电控单元1组成；车窗导轨8固定在门框9上，电控单元1可固定在门框9上，也可与车窗电机10集成在一起之后固定在导轨8上，车窗开关2的信号经过控制单元1内部的采集电路处理后与单片机的输入端相连，单片机的输出经过电机驱动电路处理后通过导线与车窗电机10连接，电控单元1根据车窗开关2输入的上升或下降指令，驱动车窗电机10正转或反转，车窗电机旋转产生的力经钢丝束的传递后可带动车窗玻璃5的上升或下降；车窗电机10旋转过程中产生的霍尔脉冲信号11经处理后连接到单片机的输入端，单片机根据该信号准确识别车窗玻璃当前的位置，以实现软停止功能；电机电流信号在电控单元1内部经处理电路处理后与单片机的输入端相连，主要用于霍尔脉冲信号出现故障时车窗电机的堵转控制。软停止功能是这样实现的：在车窗玻璃5上升(或下降)的过程中，当到达上部软停止点4(或下部软停止点6)时，控制单元1停止对车窗电机10的驱动，依靠车窗玻璃5运行的惯性使其到达上止点3(或下止点7)。因此，软停止算法可靠工作的前提是准确确定车窗的上止点3、上部软停止点4、下止点7和下部软停止点6。由于带有霍尔传感器的车窗电机10内部安装有磁体和霍尔元件，在正转或反转过程中，磁体经过霍尔元件时会产生一个信号，该信号可处理成电控单元1中单片机能够识别的脉冲信号11。算法在初始化过程中，通过车窗玻璃5从下止点7到上止点3的运动，记录整个行程的霍尔脉冲数，依此确定车窗上止点3和下止点7的位置。记车窗玻璃5整个行程所产生的霍尔脉冲数为q，下止点7定义为车窗玻璃5向下运行到底部的堵转位置，上止点3定义为车窗玻璃5向上运行到顶部的堵转位置，用霍尔脉冲数表示车窗玻璃5的位置，则下止点7对应的霍尔脉冲数为0，上止点3对应的霍尔脉冲数为q。上部软停止点4或下部软停止点6是根据对车窗升降机构的惯性特性测量结果确定的。若车窗玻璃5在顶部依靠惯性运行所产生的霍尔脉冲数为m，在底部靠惯性运行所产生的霍尔脉冲数为n，则上部软停止点4定义为霍尔脉冲数为q-m所对应的位置，下部软停止点6定义为霍尔脉冲数n所对应的位置。
图2为本发明中实现软停止算法的电控单元硬件结构示意图。电控单元的控制电路包含以下几个部分：单片机、电源处理电路、车窗开关信号处理电路、电机驱动电路、霍尔脉冲信号处理电路、电机电流采集电路。本发明所用单片机主要负责采集相关输入信号，通过输出实现对车窗电机的驱动，并执行软停止算法；电源处理电路是利用电源管理芯片将输入的汽车12V电源转换为单片机可使用的5V电源，为单片机供电；车窗开关信号处理电路是将车窗开关的状态信号转换为单片机可识别的输入信号；电机驱动电路由继电器驱动电路和继电器构成，单片机通过继电器驱动电路驱动继电器，再由继电器驱动车窗电机转动；霍尔脉冲信号处理电路采用比较器将霍尔脉冲信号转换为单片机中的输入捕捉中断模块可识别的信号；电机电流采集电路是在车窗电机的驱动回路上串联10毫欧的采样电阻，通过对采样电阻两端的电压进行放大处理，应用单片机的AD采集模块读取信号，从而可实时获取车窗电机运行过程中的电流信息。
图3为本发明所述汽车电动车窗软停止算法的软件流程图。系统初次上电时，首先进行初始化。初始化是对电控单元中的硬件端口状态和软件算法中的全局变量初始值进行设定。初始化之后，必须操作车窗开关完成自车窗学习过程，软停止算法才能够正常工作，实现软停止功能。自学习的具体流程是这样的：首先操作车窗开关，使车窗玻璃到达下止点，并在下止点处持续操作车窗开关2秒，完成向下堵转，接着操作车窗开关使车窗玻璃到达上止点，并在上止点处持续操作车窗开关2秒，完成向上堵转，且从下止点到上止点的整个行程中不能有中断。在此过程中，算法将根据霍尔脉冲信号记录车窗玻璃从下止点到上止点的整个过程中车窗电机的转数，完成自学习。在自学习过程中，上止点和下止点的确定是靠电机堵转实现的。电机堵转时，霍尔脉冲宽度和电流都会显著增大，因此可通过对霍尔脉冲宽度或电流的监控来判断电机是否堵转。霍尔信号的计数和脉冲宽度的获取是通过单片机的输入捕捉中断模块实现的。完成自学习过程之后，软停止算法才能够正常工作。车窗玻璃的运动方向取决于车窗开关的状态。根据车窗开关的状态，可以将控制命令分为上升、下降和停止。当控制车窗玻璃上升时(或下降)，需要判断车窗玻璃是否已经在顶部(或底部)，若已经在顶部(或底部)，则不再驱动车窗电机。判断车窗玻璃是否已经在顶部(或底部)是根据软件中之前设置的顶部(或底部)标志，每当车窗玻璃运行到顶部(或底部)时，软件中都会设置相应的标志，用于避免车窗玻璃已经到达止点位置时，再次向同一方向驱动车窗电机引起电机堵转。在车窗玻璃上升(或下降)，算法会实时监控车窗玻璃的位置，以确定车窗玻璃是否到达上部(或下部)软停止点，一旦到达，则立即停止对车窗电机的驱动，实现软停止功能。
除了首次上电后的自学习过程之外，算法对车窗机构特性的自学习贯穿于算法工作的整个过程，一旦满足自学习条件，则更新车窗机构的参数，从而可有效适应车窗机构的老化、磨损等不确定因素。霍尔脉冲信号是算法正常工作所需的重要信号之一，本发明给出了该信号异常情况下的处理措施。在车窗玻璃升降过程中，电控单元会对霍尔脉冲信号进行监控，若连续1.2秒未接收到来自车窗电机的霍尔脉冲信号，则认为霍尔脉冲信号故障，此时立即关闭软停止功能，通过电流堵转来保证车窗玻璃的正常升降功能，可有效避免车窗玻璃不能上升到顶或下降到底的情况发生，提高了控制装置的可靠性。
Claims (7)
1.一种汽车电动车窗软停止控制装置，包括门框、导轨、车窗玻璃、车窗电机、车窗开关、电控单元，其特征是：车窗开关信号经过电控单元的采集电路处理后与单片机的输入端相连，单片机的输出端经过电机驱动电路后与带有霍尔传感器的车窗电机相连，车窗电机运行过程中产生的霍尔脉冲信号和电流信号经处理后与单片机的输入端相连；单片机根据霍尔脉冲信号判断车窗玻璃的位置，以实现软停止功能，电流信号用于霍尔脉冲信号异常情况下车窗电机的控制。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征是所述的电控单元的主要控制电路包括电源处理电路、单片机、车窗开关信号采集电路、霍尔脉冲信号处理电路、电机驱动电路、电机电流采集电路；电源处理电路是利用电源管理芯片将输入的汽车12V电源转换为单片机可使用的5V电源；车窗开关信号处理电路是将车窗开关的状态信号转换为单片机可识别的输入信号；电机驱动电路由继电器驱动电路和继电器构成，单片机通过继电器驱动电路驱动继电器，再由继电器驱动车窗电机转动；霍尔脉冲信号处理电路采用比较器将霍尔脉冲信号转换为单片机中的输入捕捉中断模块可识别的信号；电机电流采集电路是在车窗电机的驱动回路上串联10毫欧的采样电阻，通过对采样电阻两端的电压进行放大处理，应用单片机的AD采集模块读取信号，从而可实时获取车窗电机运行过程中的电流信息。
3.根据权利要求1所述的控制装置，其特征是所述的电控单元固定于汽车门框上或者与车窗电机集成在一起。
4.根据权利要求1所述的控制装置，其特征是所述的软停止功能是在车窗玻璃(5)上升或下降的过程中，当到达上部软停止点(4)或下部软停止点(6)时，控制单元(1)停止对车窗电机(10)的驱动，依靠车窗玻璃(5)运行的惯性使其到达上止点(3)或下止点(7)；在带有霍尔传感器的车窗电机(10)内部安装有磁体和霍尔元件，在正转或反转过程中，磁体经过霍尔元件时会产生一个信号，该信号可处理成电控单元(1)中单片机能够识别的脉冲信号(11)，算法在初始化过程中，通过车窗玻璃(5)从下止点(7)到上止点(3)的运动，记录整个行程的霍尔脉冲数，依此确定车窗上止点(3)和下止点(7)的位置。
5.根据权利要求1或4所述的控制装置，其特征是所述的软停止功能是初始化之后，必须操作车窗开关完成自车窗学习过程，软停止算法将根据霍尔脉冲信号记录车窗玻璃从下止点到上止点的整个过程中电机的转数，完成自学习，在自学习过程中，上止点和下止点的确定是靠电机堵转实现的，完成自学习过程之后，软停止算法才能够正常工作，实现软停止功能。
6.根据权利要求5所述的控制装置，其特征是软停止算法对车窗机构特性的自学习贯穿于算法工作的整个过程，一旦满足自学习条件，则更新车窗机构的参数，从而可有效适应车窗机构的老化、磨损不确定因素；在车窗玻璃升降过程中，电控单元会对霍尔脉冲信号进行监控，若连续1.2秒未接收到来自车窗电机的霍尔脉冲信号，则认为霍尔脉冲信号故障，此时立即关闭软停止功能，通过电流堵转来保证车窗玻璃的正常升降功能。
7.根据权利要求1所述的控制装置，其特征是该装置与中控门锁或者车门控制装置集成应用。
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