CN104062926A

CN104062926A - 电动气弹簧控制装置

Info

Publication number: CN104062926A
Application number: CN201410332637.0A
Authority: CN
Inventors: 王一环
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-07-14
Filing date: 2014-07-14
Publication date: 2014-09-24

Abstract

本发明涉及一种控制装置，特别是涉及一种电动气弹簧控制装置，采用嵌入式MCU及外围电路，将其外围工作电路与通信接口电路，稳压保护电路，无线发射与接收电路，警示及报警电路，电机驱动电路，电机运行状态检测电路，电吸锁状态检测及驱动控制电路，通过PCB板安装形成一个整体电路板，以连接器形成接口与外部设备相连，控制程序，设立参数，各种数表则存储在MCU中的Flash及外围电路1的EEPRQM器件中。与现有技术相比，本发明的优点在于：采用本发明提供的电动气弹簧控制装置，能实现对电动气弹簧的多种有效控制，使其达到预期的功能和目标，拓宽电动气弹簧在各个领域里的应用范围，促进电动气弹簧的推广和应用。

Description

电动气弹簧控制装置

技术领域

本发明涉及一种控制装置，特别是涉及一种电动气弹簧控制装置。

背景技术

气弹簧大约在上世纪80年代开始，逐步广泛地应用在汽车、飞机、火车、机械、电子、五金、医疗器械和家具等行业中用于门、窗、盖、罩等设备的开启、关闭和支撑。但是，这种仍需要人工用手稍施外力才能开启，全程使用外力才能闭合，已无法满足社会不断进步和发展需要。针对以上问题，本发明人曾发明了一种“电动气弹簧” 以替代常规气弹簧，专利号：ZL 201320487225.5。但为了更好的拓宽电动气弹簧的应用领域，实现通过对电动气弹簧的各种控制来完成预期的动作目标，使其达到多种功能性要求，必须需要与之相匹配的控制装置来完成，因此，设计一个电动气弹簧的控制装置就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是：提供一种电动气弹簧控制装置，为电动气弹簧提供动力源、驱动控制和通信接口等，从而实现对电动气弹簧的控制，使其达到预期的动作目标和功能，拓宽电动气弹簧的应用范围。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：该电动气弹簧控制装置，其特征在于：包括

MCU微处理器及外围电路，该电路采用嵌入式微处理器系统，以MCU作为控制主体，辅以外围电路，用于处理外来信号，并对电动气弹簧的驱动电机发出动作指示，是整个电动气弹簧控制装置的中央处理器，连接着电路各部分；电机驱动电路，其信号输入端与MCU微处理器及外围电路相连，其信号输出端与电机运行状态检测电路的输入端相连，为电动气弹簧提供动力源，用于控制电动气弹簧驱动电机运动时的电流电压，从而控制电动气弹簧的驱动电机的转速.；电机运行状态检测电路，它与MCU微处理器及外围电路和电机驱动电路相连接，为电动气弹簧的驱动控制，用以判断电动气弹簧驱动电机的转速和旋转方向，以决定电动气弹簧活塞杆的运动方向、运动速度和启停位置，并通过电机传感器输出的信号由MCU处理检测、逻辑判断与控制，电机的堵转、阻断和解除，以实现电动气弹簧柔性智能化；通信接口电路与MCU微处理器及外围电路相连，用于将所述电动气弹簧电气控制装置和其它电气控制装置进行通信，可适合于汽车行业总线通讯和控制，也适合于其他电磁控制、无线控制、光敏控制、时间控制，温度控制和数字程序控制等等通信接口。

作为改进，本发明还可以包括稳压保护电路，它包含直流电压稳压电路、电源过载及温度保护电路，保证本控制器能够在各种复杂供电环境下稳定可靠的工作，本电路采用TVS瞬态电压抑制浪涌电流吸收以及噪声滤波技术，对本控制器电子设备提供纯净的供电电源，并对所供电器件提供可靠的电气隔离等保护措施，并控制本装置的电磁辐射水平符合国家标准和相关规范。

再改进，本发明还可以包括:

无线发射与接收电路，它包含门卫检测电路在内，基于KEELOQ改进算法的免持式被动无钥门禁（PKE）超低频无线识别和唤醒技术，本电路采用PKE智能钥匙系统，以低频唤醒方式触发rovcu休眠状态进入工作状态，在通过软件解密算法并实施身份识别后，决定是否进入操作等待状态，或实现用户的操作动作，以节约能源和确保门禁的安全；

警示及报警电路，为电动气弹簧启动前提供灯光与声音警示和关闭确认后解除警示，为整个控制电路出现故障或电动气弹簧的运行过程中出现突发事件而发出报警。

再改进，本发明还可以包括:

电吸锁状态检测及驱动控制电路，通过对电吸锁设备检测，电吸锁关闭状态和开启状态的逻辑关系，以电吸锁解锁或上锁动作，配合电动气弹簧活塞杆来回运动实行联动控制，如使用在汽车尾门上，则配合尾门的开启或关闭实行联动控制，满足整过尾门控制系统在开启至关闭特别时刻的动作要求。

上述各功能电路即：MCU微处理器及外围电路，电机驱动电路，电机运行状态检测电路，通信接口电路，稳压保护电路，无线发射与接收电路，警示及报警电路，电吸锁状态检测及驱动控制电路均可采用本领域内实现上述各功能的常规电路结构来实现。

与现有技术相比，本发明优点在于：采用本发明提供的电动气弹簧控制装置，能实现对电动气弹簧的多种有效控制，使其达到预期的功能和目标，拓宽电动气弹簧在各个领域里的应用范围，促进电动气弹簧的推广和应用。

附图说明

图1 是本发明电动气弹簧控制装置的控制原理框图。

图2 是本发明电动气弹簧控制装置的控制模型示意图。

图3 是本发明电动气弹簧控制装置电机驱动方案及电流取样方法。

图4 是本发明电动气弹簧控制装置供电稳压保护电路原理图。

图5 是本发明电动气弹簧控制装置采用自适应调节的原理框图。

图6 是本发明电动气弹簧控制装置的PKE模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步详细说明：

如图1所示电动气弹簧控制装置的控制原理框图， MCU微处理器及外围电路1与通信接口电路2，稳压保护电路3，无线发射与接收电路4，警示及报警电路5，电机驱动电路6，电机运行状态检测电路7，电吸锁状态检测及驱动控制电路8，通过PCB板安装形成一个整体电路板，以连接器形成接口与外部设备相连。控制程序，设立参数，各种数表则存储在MCU中的Flash及外围电路1的EEPRQM器件中，其中MCU微处理器及外围电路1，采用嵌入式微处理器系统，以MCU作为控制主体，辅以外围电路，用于处理外来信号，并对电动气弹簧的驱动电机发出动作指示，是整个电动气弹簧控制装置的中央处理器，连接着电路各部分；电机驱动电路6，其信号输入端与MCU微处理器及外围电路1相连，其信号输出端与电机运行状态检测电路7的输入端相连，为电动气弹簧提供动力源，用于控制电动气弹簧驱动电机运动时的电流电压，从而控制电动气弹簧的驱动电机的转速；所述电机运行状态检测电路7，它与MCU微处理器及外围电路1和电机驱动电路6相连接，为电动气弹簧的驱动控制，用以判断电动气弹簧驱动电机的转动的速度和旋转的方向，以决定电动气弹簧的运动方向、运动速度和启停位置，并通过电机传感器输出的信号由MCU处理检测、逻辑判断与控制，电机的堵转、阻断和解除，已实现电动气弹簧柔性智能化；通信接口电路2与MCU微处理器及外围电路1相连，用于将所述电动气弹簧电气控制装置和其它电气控制装置进行通信，可适合于汽车行业总线通讯和控制，也适合于其他电磁控制、无线控制、光敏控制、时间控制，温度控制和数字程序控制等等通信接口；稳压保护电路3和MCU微处理器及外围电路1连接，它包含直流电压稳压电路、电源过载及温度保护电路，保证本控制器能够在各种复杂供电环境下稳定可靠的工作，本电路采用TVS瞬态电压抑制浪涌电流吸收以及噪声滤波技术，对本控制器电子设备提供纯净的供电电源，并对所供电器件提供可靠的电气隔离等保护措施，并控制本装置的电磁辐射水平符合国家标准和相关规范；无线发射与接收电路4和MCU微处理器及外围电路1相连，它包含门卫检测电路在内，基于KEELOQ改进算法的免持式被动无钥门禁（PKE）超低频无线识别和唤醒技术，本电路采用PKE智能钥匙系统，以低频唤醒方式触发rovcu休眠状态进入工作状态，在通过软件解密算法并实施身份识别后，决定是否进入操作等待状态，或实现用户的操作动作，以节约能源和确保门禁的安全；警示及报警电路5，为电动气弹簧启动过程中前提供灯光与声音警示和关闭确认后解除警示，为整个控制电路出现故障或电动气弹簧的运行过程中出现突发事件而发出报警；电吸锁状态检测及驱动控制电路8连接在MCU微处理器及外围电路1上，通过对电吸锁设备检测，电吸锁关闭状态和开启状态的逻辑关系，以电吸锁解锁或上锁动作，配合电动气弹簧活塞杆来回运动实行联动控制，如使用在汽车尾门上，则配合尾门的开启或关闭实行联动控制，满足整过尾门控制系统在开启至关闭特别时刻的动作要求。

本实施例中图2为电动气弹簧控制装置的控制模型示意图。图中电机4与螺杆5刚性连接，电机转动驱动螺母6在丝杠上往复运动。设工作行程为X（mm）.丝杆每转一圈螺母移动螺距为L（mm/转），则有完成行程丝杆总转速为

N=

图中2、3为霍尔编码器输出信号端口，设编码器线数为R，则在总行程中，2或3的编码输出波形个数有

C=R.N=R. (个）

因而检测出C的个数，即可定位6的具体位置。反之，在给输出电机1的控制信号的同时记录2或3的波形个数，使之与设定值相等便停止1供电，即可把6停止在预定位置。

本实施例中图3为电动气弹簧控制装置电机驱动电路模块示意图，装置中采用专用集成器件U₁和U₂组成H桥式驱动，PWM控制脉冲加载在1N₁和1N₂端口上，通过调整1N₁和1N₂的电平组合，控制电机的正反转和运转速度，同时通过R₁R₂组合的电路取出电流采样值送A/D控制电路进行速度调节控制。

本实施例中图4为电动气弹簧控制装置供电稳压保护电路原理图，图中由FS自恢复熔丝和TVS1形成一次瞬态电压抑制，C1、C2、L、R组浪涌电流吸收和噪声滤去，TVS2为二次瞬态电压抑制，由此引出低电流负载供电输出，稳压器则负责为MCU及装置中的逻辑电路提供稳定的工作电压。

本实施例中图5为电动气弹簧控制装置采用自适应调节的原理框图，电动气弹簧控制装置中的PID调节过程，将从电机运行状态检测电路7采样到的电流值送A/D变换，得到数字值作为比较值，经与存储在EEPROM设定值进行比较后，选定参数表中的p,i,d参数做出PID调节运算，并进行运算结果变换成PWM输出再送到电机驱动电路6驱动电机，以此完成控制器对电动气弹簧的闭环控制。

本实施例中图6为电动气弹簧控制装置的PKE模块示意图。图中装置的MCU与UHF接收10，LF发射/接受器，组成基站，遥控器则为一个应答器，基站单元发送一条低频指令，搜寻并唤醒一定范围内的有效应答器，应答器收到指令后进行数据字段验证，如果接受到的命令有效，PKE应答器将返回一个信号，加密信号传递到基站，基站单元在收到报文后进行解码，如果识别成功，基站将继续解码，将收到的控制指令转换驱动电动气弹簧的活塞杆执行伸、缩、停等指令动作。

Claims

1.一种电动气弹簧控制装置，其特征在于：包括

MCU及外围电路（1），通信接口电路(2)，稳压保护电路(3)，无线发射与接收电路(4)，警示及报警电路(5)，电机驱动电路(6)，电机运行状态检测电路(7)和电吸锁状态检测及驱动控制电路（8）；并通过PCB板安装形成一个整体电路板，以连接器形成接口与外部设备相连，控制程序，设立参数，各种数表则存在MCU中的Flash及外围电路（1）的EEPRQM器件中；MCU微处理器及外围电路（1），采用嵌入式微处理器系统，以MCU作为控制主体，辅以外围电路，用于处理外来信号，并对电动气弹簧的驱动电机发出动作指示；电机驱动电路(6)，其信号输入端与MCU微处理器及外围电路（1）相连，其信号输出端与电机运行状态检测电路(7)的输入端相连，为电动气弹簧提供动力源，用于控制电动气弹簧驱动电机运动时的电压，从而控制电动气弹簧的驱动电机的转动速度；电机运行状态检测电路(7)，它与MCU微处理器及外围电路和电机驱动电路相连接，为电动气弹簧的驱动控制，用以判断电动气弹簧驱动电机的转动的速度和转动的方向，以决定电动气弹簧的运动方向、运动速度和启停位置，并通过电机传感器输出的信号由MCU处理检测、逻辑判断与控制，电机的堵转、阻断和解除，已实现电动气弹簧柔性智能化；通信接口电路(2)与MCU微处理器及外围电路（1）相连，用于将所述电动气弹簧电气控制装置和其它电气控制装置进行通信，可适合于汽车行业总线通讯和控制，也适合于其他电磁控制、无线控制、光敏控制、时间控制，温度控制和数字程序控制等等通信接口。

2.根据权利要求1所述的电动气弹簧控制装置，其特征在于：还包括

稳压保护电路(3)，它包含直流电压稳压电路、电源过载及温度保护电路，保证本控制器能够在各种复杂供电环境下稳定可靠的工作，本电路采用TVS瞬态电压抑制浪涌电流吸收以及噪声滤波技术，对本控制器电子设备提供纯净的供电电源，并对所供电器件提供可靠的电气隔离等保护措施，并控制本装置的电磁辐射水平符合国家标准和相关规范。

3.根据权利要求1所述的电动气弹簧控制装置，其特征在于：还包括

无线发射与接收电路(4)，它包含门卫检测电路在内，基于KEELOQ改进算法的免持式被动无钥门禁（PKE）超低频无线识别和唤醒技术，本电路采用PKE智能钥匙系统，以低频唤醒方式触发rovcu休眠状态进入工作状态，在通过软件解密算法并实施身份识别后，决定是否进入操作等待状态，或实现用户的操作动作，以节约能源和确保门禁的安全；

警示及报警电路(5)，为电动气弹簧启动前提供灯光与声音警示和关闭确认后解除警示，为整个控制电路出现故障或电动气弹簧的运动过程中出现突发事件而发出报警。

4. 根据权利要求1所述的电动气弹簧控制装置，其特征在于：还包括

电吸锁状态检测及驱动控制电路（8），通过对电吸锁设备检测，电吸锁关闭状态和开启状态的逻辑关系，以电吸锁解锁或上锁动作，配合电动气弹簧活塞杆来回运动实行联动控制，如使用在汽车尾门上，则配合尾门的开启或关闭实行联动控制，满足整过尾门控制系统在开启至关闭特别时刻的动作要求。