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