CN102312634A - 汽车电动窗防夹控制方法及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车电动窗防夹控制方法，它包括以下步骤：①控制系统自动学习玻璃电机运行电流曲线，并在学习过程中对电机工作电流进行分析，生成电机运行电流Ia；②实时采集电机实际工作电流I，并判断电机实际工作电流I与电机运行电流Ia的大小；③当电机实际工作电流I大于电机运行电流Ia时，电机停止工作；当电机实际工作电流I小于等于电机运行电流Ia时，电机继续运行。采用上述技术方案的汽车电动窗防夹控制系统，只用单片机及其相关电路来控制车窗的升降电机，而不需使用传感器，结构比较简单，而且可以消除各种干扰对系统工作的影响，性能可靠，制造成本要低于进口产品100～200元，成本低廉，具有较大的价格优势。

Description

汽车电动窗防夹控制方法及其控制系统

技术领域

本发明属于汽车配件，尤其涉及一种防止电动车窗夹人的控制系统。

背景技术

现在许多轿车门窗玻璃的升降(关闭和开启)已经抛弃了摇把式的手动升降方式，一般都改用按钮式的电动升降方式，即使用电动玻璃升降器来控制，也就是常说的“电动门窗”。

轿车用的电动玻璃升降器多是由电动机、减速器、导绳、导向板、玻璃安装托架等组成。因导绳的材料或制作工艺方式不同，又分为绳轮式、软轴式和塑料带式三种电动玻璃升降器。前二种是用钢丝绳做为导绳，后一种是用塑料带做为导绳。

以普遍使用的绳轮式电动玻璃升降器为例，它是由电动机、减速器、钢丝绳、导向板和玻璃安装托架等零部件组成，安装时门窗玻璃固定在玻璃安装托架上，玻璃导向槽与钢丝绳导向板平行。开启电动机，由电动机带动减速器输出动力，拉动钢丝绳移动玻璃安装托架，迫使门窗玻璃作上升或下降的直线运动。而塑料带式电动玻璃升降器的导绳采用塑料带，带上有孔，用来移动和定位塑料带，控制门窗玻璃的升降。

电动玻璃升降器结构的关键是电动机和减速器，这两者是组装成一体的，其中电动机采用可逆性永磁直流电动机，电动机内有两组绕向不同的磁场线圈，通过开关的控制可做正转和反转，也就是说可以控制门窗玻璃的上升或下降。电动机是由双联开关按钮控制，设有升、降、关等三个工作状态，不操纵时开关自动停在“关”的位置上。操纵电路设有总开关(中央控制)和分开关，两者线路并联。总开关由驾车者，控制全部门窗玻璃的开闭，而各车门内把手上的分开关由乘员分别控制各个门窗玻璃的开闭，操作十分便利。

90年代中期以来，电动玻璃升降器的控制机构技术发展很快，电子模块控制形式大量应用于批量装车，并设有安全保护装置。例如博世公司生产的电动玻璃升降器系统，在电动机中埋植磁环，感应电机转速，在电子模块中埋植霍尔元件，感应电流，并通过电子模块控制对电动机的过流、过压及过热保护，而且当玻璃上升途中遇到人力障碍时会自动识别而反向运行，防止乘员夹伤。

汽车有了电动车窗，司机按下按钮就可以控制门窗玻璃的升降，十分方便。但是电动车窗没有感觉，如果司机没有注意乘员的手或物件伸出窗口，就容易被上升的玻璃夹着。为着安全起见，现在许多乘用车的电动窗都增加了防夹功能。

目前国内电动车窗防夹控制应用基本是空白，引进车型中采用的国外防夹技术及应用已经比较成熟，但工作程序较为复杂，硬件及执行系统成本很高。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、性能可靠、成本低廉的汽车电动窗防夹控制系统。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：它包括以下步骤：

①控制系统自动学习玻璃电机运行电流曲线，并在学习过程中对电机工作电流进行分析，生成电机运行电流Ia；

②实时采集电机实际工作电流I，并判断电机实际工作电流I与电机运行电流Ia的大小；

③当电机实际工作电流I大于电机运行电流Ia时，电机停止工作；当电机实际工作电流I小于等于电机运行电流Ia时，电机继续运行。

在步骤③中，当电机实际工作电流I大于电机运行电流Ia时，电机停止后反转。

在步骤①的学习过程中，控制系统对电机工作电流进行分析后，还生成玻璃堵转电流Ib，同时控制系统还采集换向器脉冲信号；在步骤③中，当电机实际工作电流I大于电机运行电流Ia时，继续判断电机实际工作电流I与玻璃堵转电流Ib的大小；当电机实际工作电流I大于玻璃堵转电流Ib时，电机停止；当电机实际工作电流I小于等于玻璃堵转电流Ib时，控制系统继续学习。

在步骤③中，当电机实际工作电流I大于电机运行电流Ia时，开始计时并得出电机实际工作电流I大于电机运行电流Ia的时间T，然后判断时间T与设定值T2的大小；当T＞T2时，电机停止后反转；当T≤T2时，再判断电机实际工作电流I与玻璃堵转电流Ib的大小。

当电机实际工作电流I大于玻璃堵转电流Ib时，根据采集到的换向器脉冲信号判断判断玻璃是否到位；当玻璃到位时，电机停止；当玻璃不到位时，电机停止后反转。

一种汽车电动窗防夹控制系统，它包括采样电路、控制电路、执行电路和电源电路，其中，采样电路的输出端与控制电路相连接，所述控制电路的输出端与执行电路相连接，执行电路控制电机的运行状态，所述的电源电路分别与采样电路、控制电路和执行电路相连接。

所述的执行电路包括上升执行电路和下降执行电路；所述的上升执行电路和下降执行电路均通过驱动电路与电机相连接。

所述的汽车电动窗防夹控制系统还包括比较放大电路，比较放大电路的输入端与采集电路相连接，比较放大电路的输出端与控制电路相连接。

所述的比较放大电路包括两个运放电路，运放电路I的反相输入端连接电容，其输出端连接运放电路II的反相输入端。

所述控制电路的输入端还与升降控制开关相连接。

采用上述技术方案的汽车电动窗防夹控制系统，只用单片机及其相关电路来控制车窗的升降电机，而不需使用传感器，结构比较简单，而且可以消除各种干扰对系统工作的影响，性能可靠，制造成本要低于进口产品100～200元，成本低廉，具有较大的价格优势。

附图说明

图1为本发明中整个工作过程的主流程图；

图2为本发明的中断程序流程图；

图3为本发明的读取电流判断防夹程序流程图；

图4为本发明中换向器脉冲控制分析图；

图5为本发明中电流控制分析图；

图6为本发明硬件原理框图；

图7为本发明中采样电路和执行电路的电路原理图；

图8为本发明中控制电路的电路原理图；

图9为本发明中比较放大电路的电路原理图；

图10为本发明中电源电路的电路原理图。

具体实施方式

如图1、图2、图3所示，当存在车窗玻璃需要上升或下降的指令时，本发明首先判断是否是按键发出的指令。若是按键产生的指令，则执行上升或下降，并根据到位标志判断是否玻璃已上升或下降到位，若已到位，则电机停止。在玻璃上升或下降的过程中，控制系统会实时学习玻璃电机运行的电流曲线。

若是自动上升或下降按键产生的指令，则车窗玻璃会自动上升或下降，在此过程中，控制系统也会实时学习玻璃电机运行的电流曲线。另外，在自动上升的过程中，控制系统会读取电机电流防夹判断子程序，如图3所示。具体地说，本发明包括以下步骤：

①控制系统自动学习玻璃电机运行电流曲线，并在学习过程中对电机工作电流进行分析，生成电机运行电流Ia和玻璃堵转电流Ib，同时控制系统还采集换向器脉冲信号，该换向器脉冲信号在本发明中作为玻璃是否上升或下降到位的标志。

②实时采集电机实际工作电流I，并判断电机实际工作电流I与电机运行电流Ia的大小。由于在上升过程中夹到异物时，电机运行电流会增大，这时对电机实际工作电流I与电机运行电流Ia进行比较，达到设定限度时启动防夹程序。

③当电机实际工作电流I小于等于电机运行电流Ia时，电机继续运行。当电机实际工作电流I大于电机运行电流Ia时，开始计时并得出电机实际工作电流I大于电机运行电流Ia的时间T，然后判断时间T与设定值T2的大小，上述设定值T2的大小可根据实际需要进行设定，设定的过程为本领域普通技术人员所熟知的技术。当T＞T2时，电机停止并反转，使玻璃下降15厘米左右，实现防夹；当T≤T2时，再判断电机实际工作电流I与玻璃堵转电流Ib的大小。当电机实际工作电流I大于玻璃堵转电流Ib时，根据采集到的换向器脉冲信号判断玻璃是否到位；当检查到换向器脉冲不再变化时，说明玻璃已到位时，电机停止；当玻璃不到位时，电机停止后反转，使玻璃下降15厘米左右，实现防夹。当电机实际工作电流I小于等于玻璃堵转电流Ib时，控制系统经延时/定时程序继续学习玻璃电机运行电流曲线。上述的延时/定时程序为本领域普通技术人员所熟知的技术。

上述步骤③中所说的根据换向器脉冲信号判断玻璃是否到位的原理如图4所示。换向器正常工作换向时均发出脉冲信号，图4左边为换向器高速换向时产生的脉冲信号；中间脉冲稀疏的地方为换向器低速换向时的情况；图4的最右端，换向器脉冲不再变化，说明玻璃已上升至顶。

如图5所示的电流控制分析图，纵轴为电流值，横轴为时间值，其中，在横轴中的时间T2＞T1，纵轴中位于上方的直线为玻璃堵转电流Ib，下方的直线为电机运行电流Ia，虚线为电机实际工作电流I。在T1时间段，虽然有Ia＜I＜Ib，但是由于时间T1过短，并不认为玻璃夹到异物，故此时间段电机继续运行。上述时间T1的设定原理为本领域普通技术人员所熟知的技术。在T2时间段，存在Ia＜I＜Ib，故应启动防夹控制程序。当I＞Ib时，说明玻璃已上升至顶。在本实施例中，设定值T2＝0.6s。

采用上述方法的汽车电动窗防夹控制系统，它包括采样电路、控制电路、执行电路和电源电路，其中，采样电路的输出端与控制电路相连接，控制电路的输出端与执行电路相连接，执行电路控制电机的运行状态，上述的电源电路分别与采样电路、控制电路和执行电路相连接。

如图6所示，采样电路为取样电阻，它采集电机的电流和换向器信号，并对两种信号进行整形滤波后输送至单片机控制电路中，经分析后输出控制信号，该控制信号通过桥式驱动电路驱动电机作出相应动作。

本发明的工作原理如下：

如图7、图8所示，控制电路的输入端与升降控制开关J1相连接。开关接通时，电机工作，取样电阻KTS1产生电压信号，经端子COMP输入至单片机U1中进行AD转换，读出电机的工作电流。

如图9所示，汽车电动窗防夹控制系统还包括比较放大电路，比较放大电路的输入端与采集电路的端子COMP相连接相连接，比较放大电路的输出端与控制电路中单片机的第6脚相连接。比较放大电路包括两个运放电路，运放电路I T3A的反相输入端连接电容C8，其输出端连接运放电路II T3B的反相输入端。在取样电阻KTS1产生电压信号的同时，电容C8接收T3A、T3B处理的电机换向器脉冲信号。需要说明的是，电机的运行速度与脉冲间隔宽度成正比。所以将上述两种信号均输入至单片机U1中，单片机U1经过分析处理，最终由输出端UP或者DOWN输出控制信号。

如图7、图8所示，单片机输出端UP或者DOWN与执行电路相连接。执行电路包括上升执行电路和下降执行电路。上升执行电路的输入端与单片机输出端UP相连接，并通过由三极管Q2和继电器K2构成的上升驱动电路与控制上升的电机相连接。下降执行电路的输入端与单片机输出端DOWN相连接，并通过由三极管Q1和继电器K1构成的下降驱动电路与控制下降的电机相连接。上述驱动电路的原理为本领域普通技术人员所熟知的技术。

如图10所示，电源电路分别与采样电路、控制电路和执行电路相连接。电源电路为本领域普通技术人员所熟知的技术。

通过上述的技术方案，本发明能实现以下功能：

1、玻璃上升开关接通300ms以内松开，玻璃自动上升到顶，继电器断开停止，上升开关接通300ms以上松开，电机停止。

2、玻璃下降开关接通300ms以内松开，玻璃自动下降到底，继电器断开停止，下降开关接通300ms以上松开，电机停止。

3、防夹：当自动上升中，玻璃夹到异物阻力达到设定要求时，玻璃自动下降15厘米左右。

4、自适应：按住玻璃下降开关5秒钟以上松开，玻璃自动上升，控制器自动学习电机工作电流曲线，学习完毕后控制器完成对应的电机自适应，保障可靠防夹。

Claims (10)

1.一种汽车电动窗防夹控制方法，其特征在于，它包括以下步骤：

①控制系统自动学习玻璃电机运行电流曲线，并在学习过程中对电机工作电流进行分析，生成电机运行电流Ia；

②实时采集电机实际工作电流I，并判断电机实际工作电流I与电机运行电流Ia的大小；

③当电机实际工作电流I大于电机运行电流Ia时，电机停止工作；当电机实际工作电流I小于等于电机运行电流Ia时，电机继续运行。

2.根据权利要求1所述的汽车电动窗防夹控制方法，其特征在于：在步骤③中，当电机实际工作电流I大于电机运行电流Ia时，电机停止后反转。

3.根据权利要求2所述的汽车电动窗防夹控制方法，其特征在于：在步骤①的学习过程中，控制系统对电机工作电流进行分析后，还生成玻璃堵转电流Ib，同时控制系统还采集换向器脉冲信号；在步骤③中，当电机实际工作电流I大于电机运行电流Ia时，继续判断电机实际工作电流I与玻璃堵转电流Ib的大小；当电机实际工作电流I大于玻璃堵转电流Ib时，电机停止；当电机实际工作电流I小于等于玻璃堵转电流Ib时，控制系统继续学习。

4.根据权利要求3所述的汽车电动窗防夹控制方法，其特征在于：在步骤③中，当电机实际工作电流I大于电机运行电流Ia时，开始计时并得出电机实际工作电流I大于电机运行电流Ia的时间T，然后判断时间T与设定值T2的大小；当T＞T2时，电机停止后反转；当T≤T2时，再判断电机实际工作电流I与玻璃堵转电流Ib的大小。

5.根据权利要求4所述的汽车电动窗防夹控制方法，其特征在于：当电机实际工作电流I大于玻璃堵转电流Ib时，根据采集到的换向器脉冲信号判断判断玻璃是否到位；当玻璃到位时，电机停止；当玻璃不到位时，电机停止后反转。

6.一种采用如权利要求1所述方法的汽车电动窗防夹控制系统，其特征在于：它包括采样电路、控制电路、执行电路和电源电路，其中，采样电路的输出端与控制电路相连接，所述控制电路的输出端与执行电路相连接，执行电路控制电机的运行状态，所述的电源电路分别与采样电路、控制电路和执行电路相连接。

7.根据权利要求6所述的汽车电动窗防夹控制系统，其特征在于：所述的执行电路包括上升执行电路和下降执行电路；所述的上升执行电路和下降执行电路均通过驱动电路与电机相连接。

8.根据权利要求6所述的汽车电动窗防夹控制系统，其特征在于：所述的汽车电动窗防夹控制系统还包括比较放大电路，比较放大电路的输入端与采集电路相连接，比较放大电路的输出端与控制电路相连接。

9.根据权利要求8所述的汽车电动窗防夹控制系统，其特征在于：所述的比较放大电路包括两个运放电路，运放电路I的反相输入端连接电容，其输出端连接运放电路II的反相输入端。

10.根据权利要求6所述的汽车电动窗防夹控制系统，其特征在于：所述控制电路的输入端还与升降控制开关相连接。

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