CN103244004A - 一种电动车窗防夹参数自动匹配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动车窗防夹参数自动匹配方法，其包括以下步骤：当车窗防夹控制器初次安装到车窗时，将车窗控制器通电，中断单元定时发送中断请求信号分别到电流采集器和霍尔计数器；按下车窗玻璃的自动上升按钮，启动防夹参数自动匹配过程，防夹参数自动匹配单元令车窗玻璃自动下降到底，然后再自动上升到顶，在此过程中，防夹参数自动匹配单元对电机电流和车窗高度阈值两个防夹参数进行自动匹配，得到电机电流阈值和车窗高度阈值；判断单元对匹配完成的防夹参数的有效性进行判断；当车窗控制器检测到电机电流大于电流阈值时，认为电机产生了赌转，此时检查车窗位置，若处于防夹区间内时，则判定车窗发生夹持；若处于顶区以内时，则认为车窗已经到顶。本发明可以广泛应用于汽车的车窗控制中。

Description

一种电动车窗防夹参数自动匹配方法

技术领域

本发明涉及汽车车窗的智能电子控制领域，具体涉及一种带防夹持功能的电动车窗防夹参数自动匹配方法。

背景技术

在传统的防夹持电动车窗中，车窗控制器通过电流传感器检测车窗玻璃举升电机电流的大小，同时利用霍尔传感器确定车窗玻璃位置，从而对车窗的状态做出相应地判断。因此，为了对车窗状态做出准确地判断，需要预先设定若干电机电流和车窗玻璃位置的阈值，以区分车窗正常运行、车窗玻璃到达车窗顶部以及车窗玻璃发生夹持三种不同的运行状态。现有技术中实现电动车窗防夹持功能所需要的阈值参数，目前多数是通过对具体的某型号车窗预先进行实验完成标定，之后再将标定得到的参数写入到车窗控制器中，或者在车窗控制器中预先写入一部分参数，设定好一套固定的初始化动作，由用户按照流程手动完成全部参数的获取。

现有的电动车窗防夹参数的匹配方法（也被称为车窗玻璃初始化过程），一般需要基于特定型号的车窗进行实验，工艺耗时长，自动化程度低，而且还需要用户进行一定程度的维护。随着汽车生产对效率要求的升高，尽可能地缩短工艺周期，生产工艺的自动化已经成为趋势。同时，用户也希望产品在使用上更加的简便，并减少维护的过程。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种无需人工干预、自动快速的对车窗控制器进行初始化的电动车窗防夹参数自动匹配方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种电动车窗防夹参数自动匹配方法，其包括以下步骤：1）设置包括有电机、电流传感器、霍尔传感器、电流采集器、霍尔计数器和车窗控制器的车窗防夹控制系统，车窗控制器中设置有电流计算单元、车窗位置计算单元、防夹参数自动匹配单元、中断单元和判断单元；2）当一个车窗控制器初次安装到车窗上时，将车窗控制器通电，中断单元定时发送中断请求信号分别到电流采集器和霍尔计数器，直到车窗控制器断电，中断单元才停止工作；3）按下车窗玻璃的自动上升按钮，启动防夹参数自动匹配过程，防夹参数自动匹配单元令车窗玻璃自动下降到底，然后再自动上升到顶，在车窗玻璃从底到顶的过程中，防夹参数自动匹配单元对电机电流和车窗高度阈值两个防夹参数进行自动匹配，得到电机电流阈值和车窗高度阈值；4）判断单元对步骤3）匹配完成的防夹参数的有效性进行判断，判断过程为：计算车窗玻璃从入槽电流所对应的采样时刻至车窗到顶这一段时间，车窗上升的高度值h1，当h1处于预设的摩擦条宽度范围内，判断得出此时车窗到顶，认为通过步骤3）匹配完成的防夹参数是有效的，完成车窗玻璃初始化过程；当h1远远小于摩擦条的宽度，判断得出车窗发生了夹持，令车窗回退到底停止，此时匹配完成的防夹参数是无效的，车窗仍然处于未匹配状态，将夹持之前所获得的电机电流阈值和车窗高度阈值全部清除，等待下一次的自动上升按键被按下，按照步骤2）～3）重新启动下一次自动匹配过程，直到获得防夹参数是有效为止；5）在车窗完成匹配后的正常上升运行过程中，当车窗控制器检测到电机电流大于电流阈值时，认为电机产生了赌转，此时检查车窗高度的位置，若处于防夹区间内时，则判定车窗发生夹持，立即回退一段距离；若处于顶区以内时，则等待车窗位置静止一段时间后，将车窗停住，认为车窗已经到顶。

所述步骤3）的具体实施过程如下：①车窗玻璃从底到顶自动上升过程中，中断单元定时发送定时中断请求信号分别到电流采集器和霍尔计数器，电流采集器响应中断请求定时通过电流传感器采集电机采样电压值，并将采样电压通过电流传感器发送到电流计算单元，电流计算单元将采样电阻两端的电压值除以采样电阻阻值转换为电机电流，电流计算单元将不同采样时刻的电机电流进行记录并保存在预设的电流数组中；霍尔计数器响应中断请求定时统计霍尔传感器中所采集的方波脉冲信号的个数，并将不同采样时刻的统计个数值发送到车窗位置计算单元，车窗位置计算单元将不同采样时刻对应的霍尔计数器统计的个数进行记录并保存在预设的车窗位置数组中；②根据步骤①记录的不同采样时刻的电机电流值和霍尔计数器的统计个数值分别对应绘制电流曲线、车窗位置霍尔计数值曲线和电流差分曲线；③对电流曲线、车窗位置霍尔计数值曲线和电流差分曲线进行分析，确定整个车窗玻璃上升过程中的入槽电流和触顶电流，并将两者的电流值进行平均，得到电机电流阈值；④当车窗位置霍尔计数值曲线连续一段时间以上数据都不变，认为车窗玻璃已经静止，将此刻的霍尔计数器计数所得到的值为车窗高度阈值。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明的车窗控制器中设置有防夹参数自动匹配单元，在进入防夹参数自动匹配过程中，令车窗玻璃自动下降到底，然后再自动上升到顶，在车窗玻璃从底到顶的过程中，防夹参数自动匹配单元对电机电流和车窗高度两个防夹参数进行自动匹配，得到电机电流阈值和车窗高度阈值，因此本发明是当一个车窗控制器初次安装到车窗上时对防夹参数进行初始化，之后可以根据匹配得到的防夹参数判断车窗的实时运动状态，无需用户干预，使用方便，与现有技术相比不需要基于特定型号的车窗预先进行大量实验，匹配流程短，速度快，自动化程度高，因此有效减少汽车车窗的生产时间。2、本发明设置有判断单元，判断单元对匹配完成的防夹参数的有效性进行判断，当判断得知匹配完成的防夹参数是有效的，完成车窗玻璃初始化过程；当判断得出车窗发生了夹持，令车窗回退到底停止，此时匹配完成的防夹参数是无效的，车窗仍然处于未匹配状态，等待下一次重新自动匹配，直到获得防夹参数是有效为止，本发明在车窗匹配期间也具有一定程度的防夹功能，因此使得车窗在全生命周期都具有了防夹功能，提高了安全性，另外本发明的防夹参数匹配过程与正常的车窗升降功能融合一体，操作简单，当车窗需要重新进行匹配时，用户也可以自行完成车窗的匹配，因此能够有效延长车窗进行专业维护的间隔。3、本发明的车窗防夹控制系统采用了通用化的、基于主流防夹硬件的设计，使用时无需改动硬件，可以广泛应用于其他采用相同硬件结构的车窗上，可移植性好。本发明可以广泛应用在汽车的车窗智能控制中。

附图说明

图1是本发明的车窗防夹参数自动匹配时的流程示意图；

图2是本发明的车窗防夹控制系统的结构示意图；

图3是本发明车窗一个完整的上升过程的电机电流曲线、车窗位置霍尔计数值曲线和电流差分曲线示意图；

图4是图3在车窗到达顶部的情况下，自动匹配所需的几个关键点在车窗运行数据曲线上的位置分布的放大示意图；

图5是本发明车窗发生夹持时的车窗运行数据三种曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明的电动车窗防夹参数自动匹配方法，包括以下步骤：

1、如图2所示，设置一车窗防夹控制系统，它包括一设置在车窗玻璃下部用于控制车窗玻璃运动的电机1，电机1的输入电路上设置一用于获取电机电流的采样电阻作为电流传感器2，电流传感器2将采样电阻两端的电压值通过一电流采集器3发送到车窗控制器（图中未示出），由车窗控制器根据欧姆定律计算出电机电流值；电机1的输出端设置一霍尔传感器4，霍尔传感器4用于获取车窗玻璃运动距离的方波脉冲信号，方波脉冲信号通过一霍尔计数器5进行计数后发送到车窗控制器，车窗玻璃上升时霍尔计数器加1，车窗玻璃下降时霍尔计数器减1，车窗玻璃到底时霍尔计数器置0；车窗控制器中设置有电流计算单元、车窗位置计算单元、防夹参数自动匹配单元、中断单元和判断单元。

2、当一个车窗控制器初次安装到车窗上时，将车窗控制器通电，中断单元定时发送中断请求信号分别到电流采集器3和霍尔计数器5，直到车窗控制器断电，中断单元才停止工作。

3、按下车窗玻璃的自动上升按钮，启动防夹参数自动匹配过程，防夹参数自动匹配单元令车窗玻璃自动下降到底，然后再自动上升到顶（如图2中的箭头①②所示），在车窗玻璃从底到顶的过程中，防夹参数自动匹配单元对电机电流和车窗高度两个防夹参数进行自动匹配，得到电机电流阈值和车窗高度阈值，具体过程为：

1）车窗玻璃从底到顶自动上升过程中，车窗控制器的中断单元定时（本发明的中断间隔设置为10ms，但是不限于此，可以根据实际需要进行确定）发送定时中断请求信号分别到电流采集器3和霍尔计数器5，电流采集器3响应中断请求定时通过电流传感器2采集电机1采样电压值，并将采样电压通过电流传感器2发送到电流计算单元，电流计算单元将采样电阻两端的电压值除以采样电阻阻值转换为电机电流，电流计算单元将不同采样时刻的电机电流进行记录并保存在预设的电流数组中；霍尔计数器5响应中断请求定时统计霍尔传感器4中所采集的方波脉冲信号的个数，并将不同采样时刻的统计个数值发送到车窗位置计算单元，车窗位置计算单元根据预设的公式（由于不同车窗电机转动与车窗高度的关系不唯一，所以可以根据实际需要进行确定，在此不作限制）得到车窗位置值，车窗位置计算单元将不同采样时刻对应的霍尔计数器统计的个数进行记录并保存在预设的车窗位置数组中；其中，电流数组和车窗位置数组的长度在本发明的实施例中设置为15个元素，采用先进先出的方式进行存储，使得各数组中始终保存着最新的15个数，但是不限于此，可以根据实际需要进行确定。

2）根据步骤1）记录的不同采样时刻的电机电流值和霍尔计数器的统计个数值分别对应绘制电流曲线、车窗位置霍尔计数值曲线，并绘制电流差分曲线，电流差分曲线反映电流曲线的变化率，电流差分曲线的具体绘制过程为：将电机电流值通过采用后一采样点减去间隔一点的前一采样点的方法进行绘制。

如图3所示，x轴为车窗玻璃由底部到顶部上升过程中的采样时间，y轴对于不同的曲线有不同的意义：电流曲线中y坐标表示不同采样时刻电机电流大小，车窗位置曲线y坐标是车窗由底到当前采样时刻所经历的方波脉冲个数，电流差分曲线中y坐标为某一采样时刻的后一采样点减去间隔一点的前一采样点的电流差值。电流曲线和电流差分曲线的纵坐标为若干个～几百个10mA，车窗位置霍尔计数值曲线的纵坐标为若干个～几百个位置个数值，仅仅考虑坐标数值大小，电流与位置都是10²量级的，两者比较接近，作图时比例也合适，为了方便三种曲线的对比分析，本发明忽略三种曲线的纵坐标单位，将三种曲线放置在一个坐标系中，本发明实施例中的同一条曲线上相邻两个点的x坐标的差值都是10ms，从图4中可以看到三种曲线比较有特点的部分都集中在曲线后半部分，因此将图3的后半部分放大得到图4，本发明通过图4详细说明防夹参数自动匹配参过程。

3）如图4所示，对电流曲线、车窗位置霍尔计数值曲线和电流差分曲线进行分析，确定整个车窗玻璃上升过程中的入槽电流（A*点对应的电流）和触顶电流（B*点对应的电流），并将两者的电流值进行平均，得到电机电流阈值（虚线L1对应的电流）。

根据电流曲线，通过对当前采样点电流值和历史数据（当前采样点之前的采样点的电流值）的比较，找出电机启动过程完成后到车窗玻璃接触窗顶摩擦条时为止（图5中的A*点），整个车窗玻璃上升过程电流的最大值I_max（A*所对应的电机电流），由于A*点对应的是车窗玻璃接触窗顶摩擦条的时机，因此I_max反映了车窗玻璃正常运行未遇到障碍时的最大电流。由于I_max是通过不断的比较直接在电流曲线上得到的，因此确定I_max的重点是A*的确定，A*确定的过程为：

电流差分曲线反映了电流曲线的变化率，在车窗玻璃正常上升的过程中，由于电流的变化十分小，因此变化率的值也非常小，都在零附近波动（如图4所示），只有在遇到夹持物或者是到达了车窗顶部，才会有明显的变增大，通过设定一个合理的电流变化率阈值（该阈值为经验值，通过采集若干次到顶的电流差分曲线，由实际曲线统计出来，如图4所示中的虚线L2所示，通常取比电流差分曲线的A点所对应的最值点小10%-20%即可)，当电流差分曲线首次超过预设的电流变化率阈值时，如果由车窗位置霍尔计数值曲线判断出车窗此时已经处于接近顶部的位置了，取出用于计算该采样时刻点在电流曲线上的两点中的后一点，即为A*（电流差分曲线上第k个点是由电流曲线上的第k个点和第k-2个点相减得到的，当根据设定的电流变化率阈值判断出A*点已经出现时，可以读到A*点所对应的采样时刻编号，如果为k，那么就找到电流曲线上采样时刻编号为k的那个数值即为A*）。

根据所采用的车窗顶摩擦条的高度（车窗运动方向），测量出车窗玻璃在顶部摩擦条中运行的时间T,得出从A*之后经过T时间的采样时刻对应的电流（如图4所示B*点），称为触顶电流I_top，计算I_max与I_top的平均值，该值为电机电流阈值，在车窗玻璃上升过程中电流始终处于电机电流阈值以下，只有在到顶或者是发生了夹持，电流曲线才可能超过电机电流阈值。

4）当车窗位置霍尔计数值曲线连续一段时间（50ms）以上数据都不变，认为车窗玻璃已经静止了（如图4中所示的C’），将此刻的霍尔计数器计数所得到的值为车窗阈值高度L。在电机电流阈值和车窗高度阈值两个防夹参数都获得之后，防夹参数匹配完成，之后车窗防夹功能生效，在以后的车窗正常运行中便具有了防夹功能。

4、为了能够让车窗在全生命周期内都具有防夹的功能，即在防夹参数匹配未完成的情况下，车窗也带有一定的防夹功能，因此在防夹参数匹配过程中，判断单元对步骤4匹配完成的防夹参数的有效性进行判断，计算车窗玻璃从入槽电流所对应的采样时刻（A*点）到车窗到顶这一段时间，车窗上升的高度值h1，当h1处于预设的摩擦条宽度范围内，可以判断得出此时车窗到顶，认为通过步骤4匹配完成的防夹参数是有效的，完成车窗玻璃初始化过程；当h1远远小于摩擦条的宽度（如图6中的h2），可以判断得出车窗发生了夹持，此时令车窗回退到底停止（如图2中的箭头③④所示），匹配完成的防夹参数是无效的，车窗仍然处于未匹配状态，并且将夹持之前所获得的电机电流阈值和车窗高度阈值全部清除，等待下一次的自动上升按键被按下，按照步骤2～3重新启动下一次自动匹配过程，直到获得防夹参数是有效为止，其中车窗上升的高度值h1计算过程为：

如图4所示，在车窗霍尔位置霍尔计数值曲线上，将入槽电流所对应的采样时刻（A*点）对应的车窗位置（如图4所示的A’）的y坐标取出来，然后将车窗静止时（如图4所示的C’）的y坐标取出来，计算C’点所对应的y坐标与A’点所对应的y坐标之间的差值h1，h1的大小应该近似于车窗的摩擦条宽度W（在无法通过电机电流阈值和车窗高度阈值进行夹持和到顶的区分的情况下，考虑到多数车窗的摩擦条的宽度都位于一个很有限的区间之内，通过设定一个和摩擦条的宽度相关的阈值W对车窗的运动状态进行判断）。如图5所示，当车窗发生夹持时，可以采用上述h1的计算方法同样检测到对应的E’点和F’点，通过计算得到E’点和F’点的坐标差值h2非常小，因为h1反应了车窗夹到物体之后，继续运行的距离，考虑到一般夹到的物体的可能变形量，显然h2要远远小于车窗摩擦条的宽度，另外，当夹到的物体的变形量为0时，此时h2=0。

5、在车窗完成匹配后的正常上升运行过程中，当车窗控制器检测到电机电流大于电机电流阈值时，即认为电机产生了赌转，此时检查车窗高度的位置，若处于防夹区间内时，则判定车窗发生夹持，立即回退一段距离；若处于顶区以内时，则等待车窗位置静止一段时间后，将车窗停住，认为车窗已经到顶，本发明中定义L-W以下的为防夹区间，L-W以上为顶区。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中方法的各实施步骤等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (2)

1.一种电动车窗防夹参数自动匹配方法，其包括以下步骤：

1）设置包括有电机、电流传感器、霍尔传感器、电流采集器、霍尔计数器和车窗控制器的车窗防夹控制系统，车窗控制器中设置有电流计算单元、车窗位置计算单元、防夹参数自动匹配单元、中断单元和判断单元；

2）当一个车窗控制器初次安装到车窗上时，将车窗控制器通电，中断单元定时发送中断请求信号分别到电流采集器和霍尔计数器，直到车窗控制器断电，中断单元才停止工作；

3）按下车窗玻璃的自动上升按钮，启动防夹参数自动匹配过程，防夹参数自动匹配单元令车窗玻璃自动下降到底，然后再自动上升到顶，在车窗玻璃从底到顶的过程中，防夹参数自动匹配单元对电机电流和车窗高度阈值两个防夹参数进行自动匹配，得到电机电流阈值和车窗高度阈值；

4）判断单元对步骤3）匹配完成的防夹参数的有效性进行判断，判断过程为：计算车窗玻璃从入槽电流所对应的采样时刻至车窗到顶这一段时间，车窗上升的高度值h1，当h1处于预设的摩擦条宽度范围内，判断得出此时车窗到顶，认为通过步骤3）匹配完成的防夹参数是有效的，完成车窗玻璃初始化过程；当h1远远小于摩擦条的宽度，判断得出车窗发生了夹持，令车窗回退到底停止，此时匹配完成的防夹参数是无效的，车窗仍然处于未匹配状态，将夹持之前所获得的电机电流阈值和车窗高度阈值全部清除，等待下一次的自动上升按键被按下，按照步骤2）～3）重新启动下一次自动匹配过程，直到获得防夹参数是有效为止；

5）在车窗完成匹配后的正常上升运行过程中，当车窗控制器检测到电机电流大于电流阈值时，认为电机产生了赌转，此时检查车窗高度的位置，若处于防夹区间内时，则判定车窗发生夹持，立即回退一段距离；若处于顶区以内时，则等待车窗位置静止一段时间后，将车窗停住，认为车窗已经到顶。

2.如权利要求1所述的一种电动车窗防夹参数自动匹配方法，其特征在于：所述步骤3）的具体实施过程如下：

①车窗玻璃从底到顶自动上升过程中，中断单元定时发送定时中断请求信号分别到电流采集器和霍尔计数器，电流采集器响应中断请求定时通过电流传感器采集电机采样电压值，并将采样电压通过电流传感器发送到电流计算单元，电流计算单元将采样电阻两端的电压值除以采样电阻阻值转换为电机电流，电流计算单元将不同采样时刻的电机电流进行记录并保存在预设的电流数组中；霍尔计数器响应中断请求定时统计霍尔传感器中所采集的方波脉冲信号的个数，并将不同采样时刻的统计个数值发送到车窗位置计算单元，车窗位置计算单元将不同采样时刻对应的霍尔计数器统计的个数进行记录并保存在预设的车窗位置数组中；

②根据步骤①记录的不同采样时刻的电机电流值和霍尔计数器的统计个数值分别对应绘制电流曲线、车窗位置霍尔计数值曲线和电流差分曲线；

③对电流曲线、车窗位置霍尔计数值曲线和电流差分曲线进行分析，确定整个车窗玻璃上升过程中的入槽电流和触顶电流，并将两者的电流值进行平均，得到电机电流阈值；

④当车窗位置霍尔计数值曲线连续一段时间以上数据都不变，认为车窗玻璃已经静止，将此刻的霍尔计数器计数所得到的值为车窗高度阈值。

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