CN102418449B - 一种使用过程中自动修正的电动窗防夹控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明目的是提供一种使用过程中自动修正的电动窗防夹控制方法，该方法对于电动窗参数的变化具有自适应性的防夹控制方法，在使用过程中，如果没有东西被夹，则将上升全过程的脉冲序列更新保存在存储器中相同电压下的，全脉冲序列。并以此为基础，进行插值和补偿，获得电动窗玻璃全行程总脉冲数和修正后的防夹力。通过对查表和插值的方法，将不同的电动窗的玻璃上升时，旋转在电机上的霍尔传感器所产生的脉冲波形与实际波形相比较而判断是否有物体被夹在电动窗玻璃上。

Description

一种使用过程中自动修正的电动窗防夹控制方法

技术领域

本发明涉及汽车的车窗控制领域，特别涉及一种基于霍尔传感器的电动车窗防夹控制方法，该方法中强调在使用过程中对防夹力进行修正的电动车窗防夹控制方法。

背景技术

目前，汽车尤其是轿车普遍安装有电动车窗，通过使用电动车窗，驾驶员或者乘客通过操作一个按钮就可以通过电动装置带动车窗关闭或者打开，操作非常方便简单。但是车窗在上升关闭过程中，其速度一般是70mm/s推力是500N左右，如果这时手臂或者头正伸出窗口，将会夹住手臂或者头部，使人受伤，如果是小孩可能会更危险，因此，在车窗关闭过程中需要设置保护装置，防止夹到人或者动物造成危险，需要防夹控制装置。

目前，作为车窗防夹的基本理念是用传感器检测车窗上升过程中是否有障碍存在，一旦检测到障碍存在则停止上升或者使其下降一段距离后停止。而基于上述理念的技术方案基本上分为接触式压力传感器和非接触式的红外线检测防夹保护装置两大类。因此，现有汽车电动窗驱动防夹装置主要分为：红外传感式、电流反馈式，这里红外传感式因其成本太高而无法推广应用；电流反馈式虽然成本低，但防夹精度太低，要获得基准电流门限值是需要进行大量的测试工作，并且每个车窗安装后，在转动过程中所受的阻力是各不相同的，固定的基准电流门限值必然对于某些阻力较大的车窗环境产生误差，发生错误判断而导致车窗无法关闭。在随着车窗的使用、器件的老化、车窗电动机在转动过程中所受阻力的不断变化，使得阻力变大或变小，而导致固定的基准电流门限值会随着系统的使用而变得不准确，最终导致无法使用。

目前，比较简单的电动窗防夹控制装置是包括霍尔传感器和接收霍尔传感器信息的单片机，霍尔传感器安装在电动窗的电机上，霍尔传感器向单片机发送脉冲信号，每个脉冲表示电机旋转一圈，单片机的捉模块CC2捕捉和计数脉冲数，通过内部算法获得汽车窗玻璃的运动状态，最终得出汽车窗玻璃上升过程中是否夹有东西。而目前这样的方法很多，但算法非常复杂，且精确度不高，不能通用。但是，所有的电动窗在长期的使用中由于外部环境的影响将会产生老化或者其它变化，使电动窗在上升过程中的阻力发生变化，当变化发生时防夹力也将随着变化。

发明内容

为克服现有技术中的上述不足，本发明的目的是提供一种相对简单，且在汽车电动车窗通用的一种基于霍尔传感器的具有自适应性的电动窗防夹控制方法，并考虑电动窗在长期的使用中由于外部环境的影响将会产生老化或者其它变化，使电动窗在上升过程中的阻力发生变化，当变化发生时防夹力也将随着变化。

本发明为了实现其发明目的而采用的技术方案是：一种使用过程中自动修正的电动窗防夹控制方法，该方法利用单片机接收霍尔传感器的脉冲信号，通过单片机内部处理获得电动窗玻璃上升过程，并判断是否有物体被夹，本方法是根据事先保存在单片机内存中的经过实验获得电动窗玻璃上升全过程的脉冲波形，与在实际应用中的实际波形相比较，从而判断是否有物体被夹，并且在使用的过程中不断将保存在单片机内存中的电动窗玻璃上升全过程的脉冲波形的自我更新，包括以下步骤：

A、事先通过实验在一组电动窗电机的输入电压下，获得各输入电压下未发生防夹时的电动窗玻璃上升全过程的脉冲波形，并保存在存储器中；

B、利用查表和插值进行补偿，得到不同供电电压下的脉冲波形的修正值；

C、通过检测步不同电压下电动窗玻璃上升全过程的脉冲波形，玻璃上升对应的霍尔信号平均脉宽，进行补偿，得到不同型号玻璃上升阻力发生变化的防夹脉宽修正值，并保存在存储器中；

D、在实际控制电动窗上升时，检测到的电动窗玻璃上升过程中每个脉冲的宽度与保存在存储器中的相同型号相同电机供电电压下同一序号的防夹脉宽修正值相比较，如果，检测到上升过程中有脉冲宽度大于同序号的防夹脉冲修正值，转向步骤E；当检测完整个上升过程后，将检测到的脉冲数与第一次装车时学习的全行程总脉冲数相比较，当相差过大于5个脉冲数时进行报错，结束，否则转向步骤F；

E、控制电机停止反转；

F、利用检测到的电动窗玻璃上升全过程的脉冲波形更新步骤A中保存在寄存器中的相同电压下的未发生防夹时的电动窗玻璃上升全过程的脉冲波形。

进一步的，上述的一种使用过程中自动修正的电动窗防夹控制方法中：所述的电动窗玻璃上升全过程是指在防夹区域内的电动窗玻璃上升全过程。

进一步的，上述的一种使用过程中自动修正的电动窗防夹控制方法中：步骤B中是根据下面方法得到不同供电电压下的脉冲波形的修正值：

B1、通过实验可获得一组电压U，

所对应的一组脉宽

B2、利用查表和插值，通过

可对计算得到的防夹脉宽修正值W_pb进行补偿，得到不同供电电压下的防夹脉宽修正值

进一步的，上述的一种使用过程中自动修正的电动窗防夹控制方法中：步骤C中是根据下面方法得到不同型号玻璃上升阻力发生变化的防夹脉宽修正值：

C1、当电动窗型号发生变化时，玻璃系统阻力发生相应的变化，通过检测未发生防夹时玻璃上升对应的霍尔信号平均脉宽

利用

对W_pb进行补偿，得到电动窗玻璃系统阻力发生变化时的防夹脉宽修正值

本发明的技术效果是通过上述方法，在电动窗使用过程中，通过自动修正防夹力克服由于长期使用使电动窗上升阻力在未被夹时也可能有的变化进行自适应地修改，保证控制精度。

以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。

附图说明

图1是本发明流程图。

图2是直流电机的电压调速特性图。

图3是不同电压下的电机调速特性曲线图。

图4是阻力变化导致电机工作点的偏移特性图。

具体实施方式

实施例1，本实施例是为了克服现有红外传感器式汽车车窗驱动防夹装置因其成本太高而无法推广应用及电流反馈式汽车车窗驱动防夹装置存在获得基准电流门限值是需要进行大量的测试工作的缺点；解决在随着车窗的使用、器件的老化、车窗电机在转动过程中所受阻力的不断变化，使得阻力变大或变小而发生固定的基准电流门限值随着系统的使用而变得不准确，最终导致无法使用的问题。进而提出了一种基于霍尔传感器的具有自适应性的电动窗防夹控制方法。

根据霍尔传感器信号特征可知，传感器信号的脉冲个数反映了摇窗电机的旋转圈数，从而反映了车窗的位移，因而可用于计算车窗当前的位置；利用霍尔传感器发出的脉冲数，由单片机的捕捉模块CC0，CC1捕捉和计数脉冲数，并根据玻璃全行程总脉冲数和玻璃总行程计算出当前车窗的位置。

摇窗电机转速与霍尔信号之间存在以下关系：电机转速越快，霍尔信号频率就越快，相应脉宽就会越小。因此霍尔信号脉宽越大，说明电机转速越慢。由于电机转速与电机负载扭矩具有一定关系，而电机负载扭矩与玻璃阻力是成正比的，因此，脉冲宽度也与玻璃阻力存在相对应的关系。这样，可以根据霍尔信号脉宽计算出当前的玻璃阻力是否超过防夹力。利用霍尔传感器发出的脉冲宽度，由单片机的捕捉模块CC0，CC1捕捉和计算脉宽。

本实施例的方法包括以下步骤：

1、电机在一组不同的供电电压下，其调速特性是一组平行线。通过实验可获得一组电压U，

所对应的一组脉宽利用查表和插值，通过

可对计算得到的W_pb进行补偿，得到不同供电电压下的防夹脉宽修正值

2、电动窗不同时，其玻璃系统阻力发生变化将发生变化，当玻璃系统阻力发生变化时，通过检测未发生防夹时玻璃上升对应的霍尔信号平均脉宽

利用

对W_pb进行补偿，得到玻璃上升阻力发生变化的防夹脉宽修正值

根据实验获得的电机工作于已知点处的玻璃阻力Fa，电机空转时的霍尔信号脉宽Wp0，电机工作于已知点处的霍尔信号脉宽Wpa，直流电机的电压调速特性，再结合当前脉冲宽度修正值算出当前的防夹力。

由计算出的当前车窗的位置和防夹力并根据防夹条件和其他条件决定电动窗的上升还是下降，以便实现防夹功能。

本实施例中，对于电动车窗的玻璃全行程总脉冲数为245，玻璃总行程为458mm的防夹系统，记霍尔信号脉冲数为Np(t)，控制程序在设计时，将车窗完全关闭时Np(t)设定为0，车窗完全打开时Np(t)设定为最大；车窗下降时Np(t)增加，车窗上升时Np(t)减小。根据上述的车窗相关参数，可分别计算出车窗防夹区域对应的脉冲数范围。

位移4mm对应脉冲数N1＝4×245/458≈2，

位移200mm对应脉冲数N2＝200×245/458≈107，

防夹区为2≤Np(t)≤107。

脉宽计算：

本系统利用单片机的捕捉模块CC2对霍尔信号进行捕捉和处理。记霍尔信号第n个脉冲的脉宽为Wp(n)，控制程序设定为每捕捉到霍尔信号的一个上升沿或下降沿即产生一次CC2中断，将每两次相邻CC2中断发生的时间差记录下来，作为当前的Wp(n)。

防夹力计算

摇窗电机转速与霍尔信号之间存在以下关系：电机转速越快，霍尔信号频率就越快，相应脉宽就会越小。因此霍尔信号脉宽越大，说明电机转速越慢。由于电机转速与电机负载扭矩具有一定关系，而电机负载扭矩与玻璃阻力是成正比的，因此，脉冲宽度也与玻璃阻力存在相对应的关系。这样，可以根据霍尔信号脉宽计算出当前的玻璃阻力是否超过防夹力。

直流电机的电压调速特性如图3所示，电机在某个固定的供电电压下工作时，输出扭矩Tm和转速nm呈一直线关系。电机转速为0时的输出扭矩等于堵转扭矩Ts，负载扭矩为0(电机空转)时电机转速为n0。

在图2所示的第一象限下，该电机特性曲线的任意点处电机工作都达到平衡，如工作于A点处时电机的输出扭矩为Ta，转速为na。根据电机厂商提供的参数或通过实验可获得该电机的电压调速特性曲线。现假设已知参数n0，na和Ta，并假设电机工作于B点处的负载扭矩Tb对应的玻璃负载阻力Fb为理想的防夹力Fp，则有以下关系式成立：

$\frac{n_0-n_a}{n_0-n_b}=\frac{T_a}{T_b}---\left(1\right)$

通过(1)式求得

$n_b=(1-\frac{T_b}{T_a})n_0+\frac{T_b}{T_a}{n}_a---\left(2\right)$

由于霍尔信号脉宽Wp与电机转速nm成反比，电机负载扭矩Tm与玻璃负载阻力成正比，根据(2)式有

$\frac{1}{W_{\mathrm{pb}}}=(1-\frac{F_b}{F_a})\frac{1}{W_{p0}}+\frac{F_b}{F_a}\frac{1}{W_{\mathrm{pa}}}---\left(3\right)$

其中Wpb为电机工作于B点处的霍尔信号脉宽，Fb等于防夹力，Fa为电机工作于A点处的玻璃阻力，Wp0为电机空转时的霍尔信号脉宽，Wpa为电机工作于A点处的霍尔信号脉宽。

由于Fa，Wp0和Wpa可通过实验获得，因此通过(3)式可求得防夹力对应的霍尔信号脉宽。

防夹脉宽自适应补偿

由于不同车辆的玻璃升降系统具有不一致性，且同一车辆在不同的使用时期其玻璃升降系统的状态也不完全一样，比如玻璃升降的阻力、蓄电池供电电压等，这些参数是可能随时变化的。因此需要对防夹脉宽进行补偿，才能达到准确控制的目的。

电机在一组不同的供电电压下，其调速特性是一组平行线。如图3所示，供电电压分别为U1和U的电压调速特性曲线相互平行。在电压Uv下，电机负载为Ta和Tb时所对应的工作点分别为Av和Bv点，对应转速分别为和

从图3中可以得知有以下等式成立：

$n_0^v-n_b^v=n_0-n_b---\left(\mathrm{4.5.1}\right)$

因此

$\frac{1}{W_{p0}^v}-\frac{1}{W_{\mathrm{pb}}^v}=\frac{1}{W_{p0}}-\frac{1}{W_{\mathrm{pb}}}---\left(\mathrm{4.5.2}\right)$

通过实验可获得一组电压U，

所对应的一组脉宽

利用查表和插值，通过(4.5.2)式可对由(4.4.3)式计算得到的W_pb进行补偿，得到不同供电电压下的防夹脉宽修正值

当玻璃系统阻力发生变化，如图3所示，电机工作点由标准测试的A点偏移到Ar点，则防夹控制点B也相应偏移到Br点。

从图4可知有以下等式成立

$n_a^r-n_b^r=n_a-n_b---\left(\mathrm{4.5.3}\right)$

因此

$\frac{1}{W_{\mathrm{pa}}^r}-\frac{1}{W_{\mathrm{pb}}^r}=\frac{1}{W_{\mathrm{pa}}}-\frac{1}{W_{\mathrm{pb}}}---\left(\mathrm{4.5.4}\right)$

通过检测未发生防夹时玻璃上升对应的霍尔信号平均脉宽

利用(4.5.4)式对W_pb进行补偿，得到玻璃上升阻力发生变化的防夹脉宽修正值

本实施例的防夹方法流程如图1所示，包括以下步骤：

1、事先对汽车进行实验，将对电动车窗的电动机可能的电压下，分别记录未夹物体时，也就是说正常上升时，全序列的脉冲宽度进行记录，并保存每个电压下未发生防夹时的电动窗玻璃上升全过程的脉冲波形在存储器中；

2、按上面分析的方法，利用查表和插值进行补偿，得到不同供电电压下的脉冲波形的修正值；

3、通过检测步不同电压下电动窗玻璃上升全过程的脉冲波形，玻璃上升对应的霍尔信号平均脉宽，进行补偿，得到不同型号玻璃上升阻力发生变化的防夹脉宽修正值，并保存在另一个存储器中，此时，该存储器中保存的是不同型号电动窗在不同的电机电压下，可能防夹时的脉冲序列的宽度；

4、在实际控制电动窗上升时，检测到的电动窗玻璃上升过程中每个脉冲的宽度与保存在存储器中的相同型号相同电机供电电压下同序号的防夹脉宽修正值相比较，如果，检测到上升过程中有脉冲宽度大于同序号的防夹脉冲修正值，转向步骤E；当检测完整个上升过程后，将检测到的脉冲数与第一次装车时学习的全行程总脉冲数相比较，当相差过大于5个脉冲数时进行报错，结束，否则转向步骤F；

5、控制电机停止反转；

6、利用检测到的电动窗玻璃上升全过程的脉冲波形更新步骤1中保存在寄存器中的相同电压下的未发生防夹时的电动窗玻璃上升全过程的脉冲波形。

在以后的使用过程中，步骤2进行插值和补偿都是用更新了的每个电压下未发生防夹时的电动窗玻璃上升全过程的脉冲波形进行的。因此，在每次使用以后，只要不发生防夹动作或者其它异常，每次上升的全过程的脉冲序列都将作为下次车窗上升过程中防夹脉冲的计算原始值。

本实施例中：电动窗玻璃上升全过程是佛在防夹区域内，电动车窗上升全过程，对于上面的电动车窗，表示，在序号为107的脉冲上升到序号为2的脉冲，这个过程中，从254号脉冲上升到107号脉冲以及从第2号脉冲上升到0号脉冲由于不在防夹区内，可以不进行记录，只记录在防夹区内的脉冲波形，这样可以节省很多的内存空间，也可以减少很多的计算量。

Claims (4)

1.一种使用过程中自动修正的电动窗防夹控制方法，该方法利用单片机接收霍尔传感器的脉冲信号，通过单片机内部处理获得电动窗玻璃上升过程，并判断是否有物体被夹，其特征在于：本方法是根据事先保存在单片机内存中的经过实验获得电动窗玻璃上升全过程的脉冲波形，与在实际应用中的实际波形相比较，从而判断是否有物体被夹，并且在使用的过程中不断将保存在单片机内存中的电动窗玻璃上升全过程的脉冲波形的自我更新，包括以下步骤：

A、事先通过实验在一组电动窗电机的输入电压下，获得各输入电压下未发生防夹时的电动窗玻璃上升全过程的脉冲波形，并保存在存储器中；

B、利用查表和插值进行补偿，得到不同供电电压下的脉冲波形的防夹脉宽修正值；

C、通过检测不同电压下电动窗玻璃上升全过程的脉冲波形，玻璃上升对应的霍尔信号平均脉宽，进行补偿，得到不同型号玻璃上升阻力发生变化的防夹脉宽修正值，并保存在存储器中；

D、在实际控制电动窗上升时，检测到的电动窗玻璃上升过程中每个脉冲的宽度与保存在存储器中的相同型号相同电机供电电压下同一序号的防夹脉宽修正值相比较，如果，检测到上升过程中有脉冲宽度大于同序号的防夹脉冲修正值，转向步骤E；当检测完整个上升过程后，将检测到的脉冲数与第一次装车时学习的全行程总脉冲数相比较，当相差过大于5个脉冲数时进行报错，结束，否则转向步骤F；

E、控制电机停止并反转；

F、利用检测到的电动窗玻璃上升全过程的脉冲波形更新步骤A中保存在寄存器中的相同电压下的未发生防夹时的电动窗玻璃上升全过程的脉冲波形。

2.根据权利要求1所述的使用过程中自动修正的电动窗防夹控制方法，其特征在于：所述的电动窗玻璃上升全过程是指在防夹区域内的电动窗玻璃上升全过程。

3.根据权利要求1所述的一种使用过程中自动修正的电动窗防夹控制方法，其特征在于：步骤B中是根据下面方法得到不同供电电压下的脉冲波形的修正值：

B1、通过实验可获得一组电压U，

……所对应的一组脉宽

……；

B2、利用查表和插值，通过可对计算得到的防夹脉宽修正值W_pb进行补偿，得到不同供电电压下的防夹脉宽修正值

4.根据权利要求1所述的使用过程中自动修正的电动窗防夹控制方法，其特征在于：步骤C中是根据下面方法得到不同型号玻璃上升阻力发生变化的防夹脉宽修正值：

C1、当电动窗型号发生变化时，玻璃系统阻力发生相应的变化，通过检测未发生防夹时玻璃上升对应的霍尔信号平均脉宽

利用

对W_pb进行补偿，得到电动窗玻璃系统阻力发生变化时的防夹脉宽修正值

Images