CN102889039B - 一种车窗防夹系统防夹力的实时标定方法 - Google Patents

一种车窗防夹系统防夹力的实时标定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公布了一种车窗防夹系统，包括车窗，车窗牵引拉丝，车窗电机，电机控制继电器，车窗防夹中央处理器，车窗上下开关，汽车总线连接和车窗电机霍尔传感器；其特征在于：所述车窗电机霍尔传感器为两个，垂直安装，两个霍尔传感器具有90度的相位差。一种车窗防夹系统防夹力的实时标定方法。本发明系统和方法采用垂直双hall的方法，该方法通过hall采样获得车窗位置及扭矩，通过电机电流及其积分可以计算出车窗电机当前的扭矩及位置。实时比较车窗在每一位置的扭矩就能算出防夹力从而高精度实现防夹和实时的标定。具有硬件结构简单、软件算法方便、成本低精度高的优点。

Description

一种车窗防夹系统防夹力的实时标定方法
技术领域
本发明属于汽车电子领域，特别是涉及一种车窗防夹系统防夹力的实时标定方法。
背景技术
随着汽车工业的快速发展，汽车普及率也正在快速提高。汽车越来越成为人们生活当中重要的交通工具，它将成为我们生活中不可或缺的一部分。随着现代汽车电子技术的进步，汽车内传统的零部件及总成也在向机电一体化发展。汽车中大量应用的电子设备，不仅提高了汽车的舒适性，也对汽车的安全性提出了新的要求。
电动车窗是使用电动机、升降器、开关等装置来控制车窗玻璃的升降。它具有开关方便，可同时操作多个车窗，可远程控制等优点。但是如果操作不当也容易出现安全事故，世界各地皆发生过孩童被汽车电动窗卡住窒息而死的事件，单以美国相关的统计数字显示，从1990年至今，已经有将近40个孩子因为被汽车电动窗卡住而死亡，美国每年平均还有500个人因为类似的意外事件受伤到急诊室求诊，其中有一半是孩子。而这些孩子中还包括11岁、15岁的青少年。因此，美国交通部颁布了针对电动车窗开关系统的法规FMVSSll8，对车窗防夹相关参数做出了明确规定，并规定在2008年10月1日之后在北美出售的轿车和小型货车都必须强制执行该规定。虽然我国还没有就该问题做出法律上的规定，但为安全起见，开发具有防夹功能的车窗控制模块是完全必要的。
车窗防夹主要考虑防夹区域探测，防夹力，车窗参数变化以及路况变化等。常见的电动车窗防夹有几种，有电流法检测法采用安装在升窗电机上电流的积分来检测防夹力并利用霍尔器件产生的脉冲来计算车窗玻璃的位置。这种方法硬件结构简单成本低，但是软件算法复杂，且准确度不高，精度较低。而且防夹电流阈值随车型、使用情况等的变化而变化，因此在应用前都需要大量测试，可移植性差。另外还有采用车窗玻璃边缘的电容传感器检测有没有障碍物的方法，或采用红外传感器等方法。
防夹力数值大小为车窗胶条摩擦力加上事先设定的阈值，防夹力大小随摩擦力的变化而变化。本发明采用升窗电机霍尔传感器与升窗电机电流结合的方法来计算防夹力，并随时学习矫正在车窗橡胶条老化后的摩擦力变化。因此比一般的算法更可靠。目前该算法已经在实车上跑完路试得到充分的路况和各种恶劣环境条件的验证，性能稳定可靠能够满足美国和欧洲标准都对车窗防夹力的性能要求使防夹力在100N以下。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的缺陷提供一种带有自学习功能，能够实时修正和标定防夹力的车窗防夹系统防夹力的实时标定方法。
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
一种车窗防夹系统，包括车窗，车窗牵引拉丝，车窗电机，电机控制继电器，车窗防夹中央处理器，车窗上下开关，汽车总线连接和车窗电机霍尔传感器；其特征在于：所述车窗电机霍尔传感器为两个，垂直安装，两个霍尔传感器具有90度的相位差。
一种车窗防夹系统防夹力的实时标定方法，包括下述步骤：
(1)对车窗进行标定，标定过程包括检测霍尔器件脉宽的占空比，标定车窗的行程和正常上升过程中车窗各位置的扭矩；
(2)根据车窗电机电流i与电机扭矩的线性关系计算出实际扭矩Ta，根据电流i与车窗位置的函数关系计算出车窗位置计算值Dc；
(3)车窗电机的旋转会使电机上霍尔传感器发出霍尔信号，两个霍尔传感器的信号为有90度相位差的规则的方波信号，通过记录单个霍尔信号的个数记录车窗实际位置Da；通过检测两个霍尔信号的时间差计算出电机扭矩计算值Tc；
(4)将测得的实际扭矩Ta减去当前实际位置Da的扭矩计算值Tc就可以得到电机扭矩相对于正常情况下的偏移值；电机对牵引车窗上升的拉丝的转速比是固定的，电机的扭矩的偏移值与对车窗施加的力成正比关系，通过电机扭矩计算出标定车窗所受的力的偏差值，实时的修正车窗正常上升所施加的力，加上设定的防夹阈值，实现车窗防夹力的实时标定。
所述步骤(2)中电流i与车窗位置的函数关系为Dc＝Ci∫0 t i di；t表示电机上升的时间，i表示电机处于上升时的电流，Ci是一个可标定的常数；根据电机电流i与电机扭矩的线性关系计算出实际扭矩Ta；
所述步骤(3)中升窗电机扭矩和霍尔信号关系如下：Tc＝(Ct)×Δt/(2×t3-3×t2×Δt+t×Δt2)，Tc表示扭矩，t＝t2，Δt＝t2-t1，Ct是阻尼参数，t1为两个霍尔传感器输出的方波的起始端的时间差，t2为1/2方波周期与t1的时间差。
本发明系统和方法采用垂直双hall的方法，该方法通过hall采样获得车窗位置及扭矩，通过电机电流及其积分可以计算出车窗电机当前的扭矩及位置。实时比较车窗在每一位置的扭矩就能算出防夹力从而高精度实现防夹和实时的标定。具有硬件结构简单、软件算法方便、成本低精度高的优点。
附图说明
图1为发明系统结构示意图；
图2为两个霍尔传感器输出波形图。
具体实施方式
如图1所示一种车窗防夹系统，包括车窗1，车窗牵引拉丝2，车窗电机3，电机控制继电器4，车窗防夹中央处理器5，车窗上下开关6，汽车总线连接7和车窗电机霍尔传感器8；所述车窗电机霍尔传感器8为两个，垂直安装，两个霍尔传感器8具有90度的相位差。
车窗上下开关6根据乘客的要求发出上升或下降的信号，电机控制继电器4根据中央处理器5的指令给电机3供电，电机3根据电流方向拉动玻璃牵引拉丝2决定车窗1的升降。车窗防夹中央处理器5可以通过A/D采样来检测车窗电机3的电流及方向。车窗电机3的双霍尔传感器8在电机转动时交替产生脉冲信号(如图2所示)，中央处理器5实时检测脉冲信号的边沿。
每一扇车窗使用单独的模块车窗模块。通常有一个主控模块，它可以通过总线网络发送控制信号给其它车窗模块执行其升降命令。其它车窗模块不仅可以接受本地按键命令，还可以接受总线网络上的控制命令，从而实现远程控制功能。车窗控制模块通过采集电机运行电流和hall的脉宽来间接计算玻璃所受到的力。开关包括一个采用无自锁的按键开关，该开关有五档，分别表示自动上升，上升，停止，下降，自动下降。
一种车窗防夹系统防夹力的实时标定方法，包括下述步骤：
(1)对车窗进行标定，标定过程包括检测霍尔器件脉宽的占空比，标定车窗的行程和正常上升过程中车窗各位置的扭矩；
(2)根据车窗电机电流i与电机扭矩的线性关系计算出实际扭矩Ta，根据电流i与车窗位置的函数关系计算出车窗位置计算值Dc；
(3)车窗电机的旋转会使电机上霍尔传感器发出霍尔信号，两个霍尔传感器的信号为有90度相位差的规则的方波信号，通过记录单个霍尔信号的个数记录车窗实际位置Da；通过检测两个霍尔信号的时间差计算出电机扭矩计算值Tc；
(4)将测得的实际扭矩Ta减去当前实际位置Da的扭矩计算值Tc就可以得到电机扭矩相对于正常情况下的偏移值；电机对牵引车窗上升的拉丝的转速比是固定的，电机的扭矩的偏移值与对车窗施加的力成正比关系，通过电机扭矩计算出标定车窗所受的力的偏差值，实时的修正车窗正常上升所施加的力，加上设定的防夹阈值，实现车窗防夹力的实时标定。
所述步骤(2)中电流i与车窗位置的函数关系为Dc＝Ci∫0 t i di；t表示电机上升的时间，i表示电机处于上升时的电流，Ci是一个可标定的常数；根据电机电流i与电机扭矩的线性关系计算出实际扭矩Ta。因为升窗电机在小于额定电流时，电流与扭矩是成正比的，在没有外力时扭矩的大小直接反映了玻璃上升时的阻力，当车窗受到防夹外力时电机扭矩就会增加。在电机电流没有超过额定电流时，电机扭矩是防夹力的真实反应。通过检测升窗电机电流可以推算出扭矩从而线性推算出防夹力大小。我们称这个为实际扭矩Ta。在小于额定电流时升窗电机电流的积分将能反映出玻璃向上的行程，我们称这个数值为车窗位置计算值Dc。
所述步骤(3)中升窗电机扭矩和霍尔信号关系如下：Tc＝(Ct)×Δt/(2×t3-3×t2×Δt+t×Δt2)，Tc表示扭矩，t＝t2，Δt＝t2-t1，Ct是阻尼参数，t1为两个霍尔传感器输出的方波的起始端的时间差，t2为1/2方波周期与t1的时间差。另外在升窗电机上装有2个90度偏移的高精度双霍尔传感器件A和B。升窗电机的旋转会使电机上霍尔传感器发出霍尔信号有90度相位差的规则的方波信号如图2所示，通过记录单个霍尔信号的个数可以记录车窗实际位置Da；通过检测2个霍尔信号的时间差能进一步检测电机扭矩，进而测出防夹力。
在系统设计时需要对某一型号的车窗进行标定。标定过程包括检测霍尔器件脉宽的占空比，标定车窗的行程和正常上升过程中车窗各位置的扭矩等。标定完成后，根据本发明的算法每次自动上升的过程中会实时更新当前位置的实际扭矩值，实时测得的扭矩值减去当前位置到的扭矩计算值就可以得到电机扭矩相对于正常情况下的偏移值。因为电机对牵引车窗上升的拉丝的转速比是固定的，所以电机的扭矩的偏移值与对车窗施加的力成正比关系。由此可以通过电机扭矩计算出车窗所受的力的大小。当计算出车窗上所受到的力大于我们设定的阈值，就使车窗停止上升，执行下降动作。

Claims (1)

1.一种车窗防夹系统防夹力的实时标定方法，包括下述步骤：
（1）对车窗进行标定，标定过程包括检测霍尔器件脉宽的占空比，标定车窗的行程和正常上升过程中车窗各位置的扭矩；
（2）根据车窗电机电流 i  与电机扭矩的线性关系计算出实际扭矩 Ta，根据电流 i与车窗位置的函数关系计算出车窗位置计算值Dc；
（3）车窗电机的旋转会使电机上霍尔传感器发出霍尔信号，两个霍尔传感器的信号为有90度相位差的规则的方波信号，通过记录单个霍尔信号的个数记录车窗实际位置Da；通过检测两个霍尔信号的时间差计算出电机扭矩计算值Tc；
（4）将测得的实际扭矩 Ta减去当前实际位置Da的扭矩计算值Tc就可以得到电机扭矩相对于正常情况下的偏移值；电机对牵引车窗上升的拉丝的转速比是固定的，电机的扭矩的偏移值与对车窗施加的力成正比关系，通过电机扭矩计算出标定车窗所受的力的偏差值，实时的修正车窗正常上升所施加的力，加上设定的防夹阈值，实现车窗防夹力的实时标定；
所述步骤（2）中电流 i与车窗位置的函数关系为Dc = Ci∫0 t   i  di；t 表示电机上升的时间，i 表示电机处于上升时的电流，Ci 是一个可标定的常数；根据电机电流 i  与电机扭矩的线性关系计算出实际扭矩 Ta；
所述步骤（3）中升窗电机扭矩和霍尔信号关系如下：Tc = (Ct) ×Δt/(2× t3 - 3 × t2 × Δt + t×Δt2)， Tc表示扭矩，t = t2，Δt = t2-t1，Ct 是阻尼参数，t1为两个霍尔传感器输出的方波的起始端的时间差，t2为1/2方波周期与t1的时间差。
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