CN103711402B - 汽车电动车窗的防夹控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于汽车领域，提供了一种汽车电动车窗的防夹控制方法及系统，所述方法包括如下步骤：检测电动车窗对应的坐位的压力传感器的值，当该压力传感器的值超出阈值时，开启汽车电动车窗防夹功能;确定汽车电动车窗处于自动关闭过程中；通过霍尔脉冲的个数获取电动车窗的位置；在该电动车窗的位置处于防夹区域时，依据该电动车窗电机的纹波电流获取电机的转速信息、位置信息和加速度信息；通过该电机的转速信息和纹波电流判断车窗是否遇到障碍物，当遇到障碍物时，将电机停转。本发明提供的技术方案具有防夹功能。

Description

汽车电动车窗的防夹控制方法及系统

技术领域

本发明属于汽车领域，尤其涉及一种汽车电动车窗的防夹控制方法及系统。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，越来越多的先进科学技术被用于生活，新科技的运用使人们的生活变得更加便捷、和谐、安全。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。为了方便驾驶员和乘客，大量汽车采用电动车窗，许多汽车车窗都不具有防夹功能，容易造成对乘员尤其是儿童的伤害。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种汽车电动车窗的防夹控制方法，旨在解决现有技术中汽车车窗不具有防夹功能，容易对乘员尤其是儿童的伤害问题。

一方面，提供一种汽车电动车窗的防夹控制方法，所述方法包括如下步骤：

检测电动车窗对应的坐位的压力传感器的值，当该压力传感器的值超出阈值时，开启汽车电动车窗防夹功能;

确定汽车电动车窗处于自动关闭过程中；

通过霍尔脉冲的个数获取电动车窗的位置；

在该电动车窗的位置处于防夹区域时，依据该电动车窗电机的纹波电流获取电机的转速信息、位置信息和加速度信息；

通过该电机的转速信息和纹波电流判断车窗是否遇到障碍物，当遇到障碍物时，将电机停转。

可选的，所述方法将电机停转后，还包括：

将电机反转。

可选的，所述依据该电动车窗电机的纹波电流获取电机的转速信息、位置信息和加速度信息；通过该电机的转速信息和纹波电流判断车窗是否遇到障碍物具体包括：

检测电动车窗的直流电动机电流的交流分量即纹波电流，对纹波电流进行滤波，根据滤波后的纹波电流的变化判断电动车窗是否遇到障碍物。

可选的，所述方法在确定汽车电动车窗处于自动关闭过程之前还包括：

检测车内的温度，依据该温度控制电动车窗的开度。

第二方面，提供一种汽车电动车窗的防夹控制系统，所述系统包括：

控制器、串口通讯、单片机最小系统、电机驱动模块、步进电机、压力传感器、驱动电流检测模块、温度检测模块、数码管显示模块、独立按键控制模块和报警电路；

其中，控制器通过串口通讯与单片机最小系统连接，电机驱动模块与驱动电流检测模块步进电机连接；

单片机最小系统连接还分别与电机驱动模块、驱动电流检测模块、温度检测模块、数码管显示模块、独立按键控制模块、压力传感器、报警电路连接；

压力传感器，用于检测电动车窗对应的坐位的压力传感器的值；

单片机最小系统，用于当该压力传感器的值超出阈值时，开启汽车电动车窗防夹功能；

驱动电流检测模块，用于依据该电动车窗电机的纹波电流获取电机的转速信息、位置信息和加速度信息；通过该电机的转速信息和纹波电流判断车窗是否遇到障碍物；

单片机最小系统，用于在驱动电流检测模块判断车窗遇到障碍物时，将判断结果传递给控制器；

控制器，用于控制电动车窗停止或反向。

在本发明实施例中，本发明提供的技术方案能够使汽车电动车窗具有防夹功能，所以其具有防夹功能，不会对乘员尤其是儿童进行伤害。

附图简要说明

图1是本发明提供的汽车电动车窗的防夹控制方法的流程图；

图2是本发明提供的霍尔信号检测车窗防夹控制系统的结构图；

图3是本发明提供的电流纹波检测车门防夹控制系统图；

图4是本发明提供的汽车电动车窗的防夹控制系统的结构图。

实施本发明的方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本申请的防夹设计方案采用检测电机驱动电路反馈电路的变化情况，并根据该反馈回来的电流进行处理并判断来实现车窗的防夹功能，该技术方案确保防夹效果可靠，成本较低，稳定性好。

所谓车窗防夹，就是指在车窗上升过程中有物体被夹住，当夹住物体并达到一定力度后，让车窗自动停止或回落，用以防止物体（由于是人）被夹伤。本申请采用检测电机驱动反馈电流方式来确定车窗在上升过程中是否遇到障碍物或者堵转。

此外，为了使车窗更具人性化，本控制系统还增加了车内温度检测并且由车内温度控制车窗的开度（即车窗相对全关状态时，车窗玻璃所在的位置相对车窗可移动的距离）。本申请采用了数字化温度传感器对温度进行控制，以其测量精度高，操作简单。可运行性强，价格低廉等优点，特别适用于生活，医疗，工业生产等方面的温度测量及控制。将该温度检测加入到控制系统中，提高了司机何乘客的乘车舒适度，享受到了科技进步带了的方便，使汽车车窗更智能化和人性化。

本发明具体实施方式提供一种汽车电动车窗的防夹控制方法，该方法如图1所示，包括如下步骤：

100、检测电动车窗对应的坐位的压力传感器的值，当该压力传感器的值超出阈值时，开启汽车电动车窗防夹功能;

101、确定汽车电动车窗处于自动关闭过程中；

102、通过霍尔脉冲的个数获取电动车窗的位置；

103、在该电动车窗的位置处于防夹区域时，依据该电动车窗电机的纹波电流获取电机的转速信息、位置信息和加速度信息；

104、通过该电机的转速信息和纹波电流判断车窗是否遇到障碍物，当遇到障碍物时，将电机停转。

可选的，上述方法在104之后，还可以包括：

将电机反转，这样能更好的避免人物被夹伤。

本发明提供的方法中的100是为了检测其对应位置是否有人，因为汽车和普通的设备不同，只有在坐位有人的情况下，才可能出现夹手的事件，所以检测位置是否有人非常的重要。

可选的，上述102的实现方法具体可以为，其中，该霍尔信号检测车窗防夹控制系统的结构如图2所示；

车窗控制器的霍尔元件检测电机轴上的多级磁环的磁极位置，每经过一个磁极发出一个脉冲，由于此时车窗的位置转换为霍尔信号脉冲的个数，所以能够通过霍尔信号脉冲的个数获取车窗的位置。

在直流量中带有一些交流成分，这种叠加在直流稳定量上的的交流分量就称之为纹波。电机的交流成分，即所谓的电机“纹波”的频率则充分体现了电机速度。对纹波电流进行滤波根据滤波后的电流变化，就可以对电动车窗是否遇到障碍物做出判断。

可选的，上述103、104的实现方法具体可以为，其中用电流纹波检测车门防夹控制系统如图3所示，

检测电动车窗的直流电动机电流的交流分量即纹波电流，对纹波电流进行滤波，根据滤波后的纹波电流的变化判断电动车窗是否遇到障碍物。

1）电流纹波中包括以下信息：转速信息、积分之后的位置信息、微分之后的加速度信息；

2）用取样电阻进行电机电流检测，并对检测到的纹波电流进行滤波处理，根据滤波后的电流可以判断夹物力的大小。对某种类型车窗背景力进行标定（演示过程中用手作为夹物力），在此基础上根据标准要求，确定防夹力与电机电流（滤波后）的对应关系，检测电机电流（滤波后）的改变作为防夹判据；

3）通过对这种形态的纹波电流进行计算机的数字化处理，可将其视为脉冲信号，对此脉冲信号进行处理和使用，可检测出车窗的位置和电机的速度，同时电机的速度可用于防夹的冗余判断。

方案论证：

通过电机转速或电流的变化就可以判断车窗是否遇到障碍物，通过电机所转的圈数可以判断车门的位置。虽然去掉了电流检测单元，简化了部分电路结构，免除了因为处理电流噪声所带来的麻烦，但是增加了霍尔元件和霍尔传感处理单元，即在成本上和软件处理上增加了。硬件结构和软件设计便宜、简单，在成本上和设计难度。

可选的，上述方法在101之前还可以包括：

检测车内的温度，依据该温度控制电动车窗的开度。

此种方法可以在温度较高时直接通过控制电动车窗的开度来防止人物被夹。

各个主要功能模块选择

（1）温度采集方案选择

方案一：采用双端集成电路温度传感器AD590采集温度或者热电偶，由AD590的官方资料可知该温度传感器可采集的温度范围-55摄氏度至+150摄氏度，热电偶的温度采集范围更大。但电路组成比较复杂，成本较高，与单片机不能直接连接。

方案二：采用DS18B20数字温度传感器，由DS18B20的官方资料可知该温度传感器采集温度范围为-55摄氏度至+125摄氏度，直接输出数字量，可与单片机直接相连，电路连接简单。

方案论证：方案一需要增加模数转换电路，无疑增加了成本高，且电路繁多，不方便与单片机进行连接，减少了单片机的可用接口；编程上又增加了一部分模数转换的工作量，增加了硬件上和软件设计的难度。方案二在电路只需要一个元件，成本低，精确度高，温度测量范围较宽；单总线的连接方式特别适合与单片机连接，且硬件电路简单，芯片使用方便，所以选择方案二。

（2）数据显示方案选择

方案一：采用1602或者12864液晶显示数据，显示内容丰富，外边显示美观华丽，容量大。但成本高。

方案二：采用数码管显示采集到的温度，显示清晰，且价格便宜，与单片机连接电路相对简单，但显示容量有限。

方案论证：方案一中的1602或者12864液晶显示虽然可以显示的内容丰富，容量大，但液晶显示价格较贵。方案一中数码管价格便宜，显示清晰；虽然显示的字符有限，但软件编程简单，减少了编程难度。且在本设计中需要显示的温度亦不需要很多内容。所以应选测方案二。

（3）电机的选择

方案一：采用直流电机，起动和调速性能好，调速范围广平滑，过载能力较强，受电磁干扰影响小，速度较高。

方案二：采用步进电机，由于没有电刷等接触装置，可靠性较高，电机的寿命寿命长。

方案论证：方案一中直流电机控制相对简单，但是定位精度不高，对速度要求高，稳定性也较差。方案二用步进电机作为车窗的动力源，可实现精确定位控制，可靠性高，寿命长，力矩大，在电机停电状态时的锁定力矩使适合用在车窗控制系统中。因此应选择方案二。

（4）驱动电机模块的选择

方案一：采用继电器对步进电机的通或者断进行控制，通过开关的切换对步进电机进行控制。此方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢，易损坏，寿命较短，可靠性不高。

方案二：采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高。用该芯片作为步进电机驱动，操作方便、精确度高、稳定性好等优点。且由L298N结合单片机可实现对步进电机精确控制。

方案论证：综合上述两种种方案的优缺点，因此决定采用L298N控制直流电机。

（5）A/D模块的选择

方案一：采用ADC0809作为转换芯片的模数转换电路，有八通道模数转换器，但需要用外部提供时钟来工作，一般用500kHZ（比如可以在51单片机晶振是12MHZ时，经过51单片机的ALE引脚经过LS74HS74双D触发器组成的四分频电路后的频率给0809，使其工作）。

方案二：采用ADC0804作为转换芯片的模数转换电路，ADC0804是单通道，采集差分信号比较方便；0804可以外接RC产生时钟也可以外接时钟。

方案比较：模数转换芯片ADC0809和ADC0804都是8位A/D转换器，转换后的数字量介于0～255之间；ADC0804转换所需时间较ADC0809短；转换误差、模拟输入电压范围都为0～+5V。综合比较硬件电路的设计连接，成本的高低，故选择方案二作为本设计的A/D模块。

22..33总体方案的设计

本设计主要由六个硬件电路组成，其中一个电路为DS18B20温度数据采集，一个电路为数码管温度显示、一个电路为步进电机驱动电路、一个为电流检测单元电路（包括了一个A/D转换电路、电压采样电路和电流滤波电路），一个独立按键电路以及发光二极管报警电路。模块由STC89C52系列单片机作为控制器，并加以各种辅助电路来完成整体硬件的设计。结构框图如图4所示：包括：控制器、串口通讯、单片机最小系统、电机驱动模块、步进电机、压力传感器、驱动电流检测模块、温度检测模块、数码管显示模块、独立按键控制模块和报警电路；

其中，控制器通过串口通讯与单片机最小系统连接，电机驱动模块与驱动电流检测模块步进电机连接；

单片机最小系统连接还分别与电机驱动模块、驱动电流检测模块、温度检测模块、数码管显示模块、独立按键控制模块、压力传感器、报警电路连接；

压力传感器，用于检测电动车窗对应的坐位的压力传感器的值；

单片机最小系统，用于当该压力传感器的值超出阈值时，开启汽车电动车窗防夹功能；

驱动电流检测模块，用于依据该电动车窗电机的纹波电流获取电机的转速信息、位置信息和加速度信息；通过该电机的转速信息和纹波电流判断车窗是否遇到障碍物；

单片机最小系统，用于在驱动电流检测模块判断车窗遇到障碍物时，将判断结果传递给控制器；

控制器，用于控制电动车窗停止或反向。

本领域技术人员可以理解，本发明实施例提供的技术方案全部或部分步骤是可以通过程序指令相关的硬件来完成。比如可以通过计算机运行程序来完成。该程序可以存储在可读取存储介质，例如，随机存储器、磁盘、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的具体实施方式之内所作的等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种汽车电动车窗的防夹控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

检测电动车窗对应的座位的压力传感器的值，当该压力传感器的值超出阈值时，开启汽车电动车窗防夹功能;

确定汽车电动车窗处于自动关闭过程中；

通过霍尔脉冲的个数获取电动车窗的位置；

在该电动车窗的位置处于防夹区域时，依据该电动车窗电机的纹波电流获取电机的转速信息、位置信息和加速度信息；

通过该电机的转速信息和纹波电流判断车窗是否遇到障碍物，当遇到障碍物时，将电机停转；

所述依据该电动车窗电机的纹波电流获取电机的转速信息、位置信息和加速度信息；通过该电机的转速信息和纹波电流判断车窗是否遇到障碍物具体包括：

检测电动车窗的直流电动机电流的交流分量即纹波电流，对纹波电流进行滤波，根据滤波后的纹波电流的变化判断电动车窗是否遇到障碍物。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法将电机停转后，还包括：

将电机反转。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法在确定汽车电动车窗处于自动关闭过程之前还包括：

检测车内的温度，依据该温度控制电动车窗的开度。

4.一种汽车电动车窗的防夹控制系统，其特征在于，所述系统包括：

控制器、串口通讯、单片机最小系统、电机驱动模块、步进电机、压力传感器、驱动电流检测模块、温度检测模块、数码管显示模块、独立按键控制模块和报警电路；

其中，控制器通过串口通讯与单片机最小系统连接，电机驱动模块与驱动电流检测模块及步进电机连接；

单片机最小系统还分别与电机驱动模块、驱动电流检测模块、温度检测模块、数码管显示模块、独立按键控制模块、压力传感器和报警电路连接；

压力传感器，用于检测电动车窗对应的座位的压力传感器的值；

单片机最小系统，用于当该压力传感器的值超出阈值时，开启汽车电动车窗防夹功能；

驱动电流检测模块，用于依据该电动车窗电机的纹波电流获取电机的转速信息、位置信息和加速度信息；通过该电机的转速信息和纹波电流判断车窗是否遇到障碍物；

单片机最小系统，还用于在驱动电流检测模块判断车窗遇到障碍物时，将判断结果传递给控制器；

控制器，用于控制电动车窗停止或反向。