CN104533208A - 一种防夹电动车窗实验数据采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防夹电动车窗实验数据采集系统，包括摇窗电机及电机驱动电路模块和霍尔传感器模块；还包括硬件平台和上位机；所述的硬件平台分别与所述的电机驱动电路模块和霍尔传感器模块相连，接收所述的霍尔传感器模块输出信号和所述的电机驱动电路模块输出的摇窗电机工作电流的反馈电流，利用所述的反馈电流计算电动车窗夹力的大小，利用霍尔传感器模块输出信号计算车窗运动方向和车窗位置；所述的上位机包括硬件平台控制器；所述的硬件平台控制器与所述的硬件平台相连，产生控制所述的硬件平台的控制命令，向所述的硬件平台发出控制命令和接收由所述的硬件平台输出的关于电动车窗夹力的大小和车窗运动方向和车窗位置的数据并保存。

Description

一种防夹电动车窗实验数据采集系统

技术领域

本发明涉及电动车窗防夹系统领域，特别涉及一种防夹电动车窗实验数据采集系统。

背景技术

电动车窗通过车载电机来驱动车窗升降，车窗上升过程中向上推动的力量最强可达52.6kg，最弱亦达16.6kg。因此，电动车窗存在着夹伤人的危险，其具备防夹功能就成为一种需要，尤其对儿童更为必要。

防夹算法发挥作用的前提是一个合理准确的防夹阈值，但由于设计者很难对极大影响车窗材料性能的所有环境因素进行测试，如:

1)车窗钢架结构的制造公差和使用过程中升降架的变形；

2)玻璃上升过程中与橡胶材料之间的摩擦系数随环境温度、湿度等的变化；

3)车辆行驶过程中路面的颠簸。

4)防夹算法本身存在缺陷，使得设计者很难确定合理的防夹阈值，导致车窗防夹功能在某些情况下(如外界气候条件恶劣以及汽车行驶路面不佳等)失效。

由电机原理可知，电机的转矩和电流值之间存在着线性关系，当电机的电流变大时，转矩相应增大，说明车窗上升时所受的阻力变大(可能遇到障碍物)。因此通过检测电机的电流，可以准确的获知夹物力的大小，同时结合霍尔传感器输出脉冲信号判断车窗位置。防夹车窗控制系统通过一定的算法(如幅值法、斜率法、积分法等)结合电机电流和霍尔输出脉冲信号分别进行防夹判断和位置探测。

dSPACE实时仿真系统是由德国dSPACE公司开发的一套基于MATLAB/Simulink的控制系统开发及半实物仿真的软硬件工作平台，实现了和MATLAB/Simulink/RTW的完全无缝连接。dSPACE实时系统拥有实时性强，可靠性高，扩充性好等优点。dSPACE硬件系统中的处理器具有高速的计算能力，并配备了丰富的I/O支持，用户可以根据需要进行组合；软件环境的功能强大且使用方便，包括实现代码自动生成/下载和试验/调试的整套工具。dSPACE软硬件目前已经成为进行快速控制原型验证和半实物仿真的首选实时平台。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种实验数据采集系统，为防夹电动窗的正常工作提供合理准确的防夹阈值实验数据，避免车辆电动窗防夹系统因温度、湿度、结冰等多种环境因素造成的错误判断。

为解决以上问题，本发明提供以下技术方案：一种防夹电动车窗实验数据采集系统，包括摇窗电机及电机驱动电路模块和霍尔传感器模块；还包括硬件平台和上位机；

所述的硬件平台分别与所述的电机驱动电路模块和霍尔传感器模块相连，接收所述的霍尔传感器模块输出信号和所述的电机驱动电路模块输出的摇窗电机工作电流的反馈电流，利用所述的反馈电流计算电动车窗夹力的大小，利用霍尔传感器模块输出信号计算车窗运动方向和车窗位置；

所述的上位机包括硬件平台控制器；所述的硬件平台控制器与所述的硬件平台相连，产生控制所述的硬件平台的控制命令，向所述的硬件平台发出控制命令和接收由所述的硬件平台输出的关于电动车窗夹力的大小和车窗运动方向和车窗位置的数据并保存。

本发明中通过硬件平台利用霍尔传感器和检测到摇窗电机的电流大小，对电动车窗防夹控制进行模拟，为防夹电动窗的正常工作提供合理准确的防夹阈值实验数据，避免车辆电动窗防夹系统因多种环境因素造成的错误判断。

在实际实验过程中保证：

(1)在探测区域4-200mm内精确的探测并迅速释放障碍物。

(2)保证被夹障碍物最大受力小于100。

(3)消除电动窗防夹系统机械参数及电气参数随着使用时间变化(如老化、变形、磨损等)对防夹算法的影响。

(4)消除环境的变化(温度、湿度、结冰等)对防夹算法的影响。

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为本发明的结构框图。

图2为本发明的电机驱动芯片VNH2SP30的端口定义。

具体实施方式

实施例1，如图1所示，本实施例是一种防夹电动车窗实验数据采集系统，包括摇窗电机4及电机驱动电路模块3-1和霍尔传感器模块3-2硬件平台2和上位机1以及为摇窗电机4及电机驱动电路模块3-1和霍尔传感器模块3-2硬件平台2提供电源的电源模块5，上位机1为一台单独有电源的计算机，如一台安装在工作台上的台式电脑，也可以是一台笔记本电脑，它们通过通信接口有线或者无线的方式与硬件平台2通信连接。

硬件平台2，在本实施例中采用的是dSpace硬件平台，包含ds1401PWM和ds1401A/D。dSpace硬件平台分别与电机驱动电路模块3-1和霍尔传感器模块3-2相连，接收霍尔传感器模块3-2输出信号和电机驱动电路模块3-1输出的摇窗电机4工作电流的反馈电流，利用反馈电流计算电动车窗夹力的大小，利用霍尔传感器模块3-2输出信号计算车窗运动方向和车窗位置；并对电机驱动电路模块3-1进行控制。上位机1包括硬件平台控制器1-1、编译器1-2和仿真模块1-3三个部分；硬件平台控制器1-1与所述的硬件平台2相连。

ds1401A/D将接收到的由电机驱动电路模块3-1和霍尔传感器模块3-2发送的模拟信号转换成数字信号，电机驱动电路模块3-1发送的是关于摇窗电机4电枢电流成正比的电流信号，可以折算成摇窗电机4的输出扭矩，也就是摇窗时，玻璃窗运动过程中的阻力，目前，汽车车窗上升过程中所采到的阻力一般在100N以下，如果超过100N则可以定义有障碍物夹在车窗上，此时，在上位机中，仿真模块1－3将出现车窗有障碍物被夹的仿真结果，此时，经过编译器1－2编译，硬件平台控制器1-1将产生控制信号，通过dSpace硬件平台的ds1401PWM产生脉冲信号控制电机驱动电路模块3-1停止电机工作，这些仿真是在车窗上升过程中，在4-200mm阶段进行的。

上位机1通过部署硬件平台控制器1-1，本实施例中为dSpaceControlDesk、编译器1-2、仿真模块1－3在本实施例中是Matlab/Simlink，在线实验框图搭建上位机软件平台，负责控制参数调节以及仿真分析。上位机1输出端口与dSpace硬件平台2相连，负责控制指令的下达；上位机1输入端口与dSpace硬件平台2相连，获取实验数据的输出，并对这些数据进行保存。

本实施例采用的dSpace硬件平台：负责数据采集和根据上位机的仿真结果执行防夹算法，并根据算法的运行结果给电机驱动电路模块3-1控制指令。dSpace硬件平台2与外围电路相连，通过A/D、D/A通道进行通信。外围电路：包括电机驱动电路模块3-1以及霍尔传感器模块3-2。电机驱动电路模块3-1接受dSpace硬件平台2的控制信号控制摇窗电机4作出相应动作，并输出反馈电流，通过该反馈电流可以计算出电动车窗夹力的大小。同时霍尔传感器3-2通过对摇窗电机4的反馈电流进行采样，确定车窗运动方向以及车窗位置，并输出霍尔信号到dSpace硬件平台2。

本实验选用ST公司的VNH2SP30作为电机驱动电路模块3-1，它是一款专门为驱动车窗电机所设计的全桥马达驱动器，其最大特点是能够反馈车窗电机电流。图2示出了VNH2SP30电机驱动芯片的端口定义。其中，INA和INB端口控制车窗电机转动方向；ENA/DIAGA和ENB/DIAGB为电机驱动芯片VNH2SP30的故障诊断脚；PWM端口用于控制电机转动速度；CS端口为电流输出脚，其电流值与芯片VNH2SP30工作电流即电机电枢电流成正比，输出电流经采样电阻由dSpace硬件平台2的模数转换模块2－1的ADC端口采集，当车窗位于防夹区域内且采样值大于门槛值时，即可认为车窗处于堵转状态，执行防夹算法。也就是，在上升时，摇窗电机4由dSpace硬件平台2控制，上位机的仿真模块1-3在接收到由dSpace硬件平台2获取的有关摇窗电机4输出的扭矩大小以及由霍尔传感器3-2所检测到的车窗位置等数据，通过仿真，仿真时加入具体的车窗的数据，判断是否会有障碍物被夹，上位机1根据这些情况通过dSpace硬件平台2对摇窗电机4的工作进行控制。摇窗电机4本身负责电动车窗的运动控制，其输入端口与外围电路3相连，接收电机驱动电路模块3-1的控制信号，并输出反馈电流至电机驱动电路模块3-1以及霍尔传感器模块3-2。

电源模块5：负责dSpace硬件平台2、霍尔传感器3－2以及摇窗电机4的电源供应。

连接好dSpace硬件平台2与霍尔传感器3－2、电机驱动电路模块3-1以及上位机。通过dSpace提供的实时硬件接口库RTI，在上位机中对防夹算法进行仿真，同时保存由dSpace硬件平台2所采集的数据，供以后使用。

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，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种防夹电动车窗实验数据采集系统，包括摇窗电机及电机驱动电路模块和霍尔传感器模块；其特征在于：还包括硬件平台(2)和上位机(1)；

所述的硬件平台(2)分别与所述的电机驱动电路模块(3-1)和霍尔传感器模块(3-2)相连，接收所述的霍尔传感器模块(3-2)输出信号和所述的电机驱动电路模块(3-1)输出的摇窗电机(4)工作电流的反馈电流，利用所述的反馈电流计算电动车窗夹力的大小，利用霍尔传感器模块(3-2)输出信号计算车窗运动方向和车窗位置；

所述的上位机包括硬件平台控制器(1-1)；所述的硬件平台控制器(1-1)与所述的硬件平台(2)相连，产生控制所述的硬件平台(2)的控制命令，向所述的硬件平台(2)发出控制命令和接收由所述的硬件平台(2)输出的关于电动车窗夹力的大小和车窗运动方向和车窗位置的数据并保存。

2.根据权利要求1所述的防夹电动车窗实验数据采集系统，其特征在于：所述的上位机中还包括编译器(1-2)和仿真模块(1-3)；

所述的硬件平台控制器(1-1)将接收到的关于电动车窗夹力的大小和车窗运动方向和车窗位置的数据输出到所述的仿真模块(1-3)进行仿真，仿真结果的中间代码由所述的编译器(1－2)编译，并将编译结果保存和输出到所述的硬件平台控制器(1-1)。

3.根据权利要求2所述的防夹电动车窗实验数据采集系统，其特征在于：所述的仿真模块(1-3)由Matlab/Simlink实现。

4.根据权利要求3所述的防夹电动车窗实验数据采集系统，其特征在于：所述的编译器(1－2)为C编译器，对matlab/Simlink中搭建在线实验框图生成中间代码编译，形成模型实时代码。

5.根据权利要求1至4中任一所述的防夹电动车窗实验数据采集系统，其特征在于：所述的硬件控制平台(2)为dSpace硬件平台，包括模数转换模块(2－1)和脉宽调制模块(2－2)，所述的模数转换模块(2－1)将接收到由电机驱动电路模块(3-1)输出的摇窗电机(4)工作电流的反馈电流，和霍尔传感器模块(3-2)输出的信号转换成数字信号；所述的脉宽调制模块(2－2)产生所述的电机驱动电路模块(3-1)所述的脉冲信号。

6.根据权利要求5所述的防夹电动车窗实验数据采集系统，其特征在于：所述的电机驱动电路模块(3-1)为VNH2SP30电机驱动芯片。

7.根据权利要求6所述的防夹电动车窗实验数据采集系统，其特征在于：所述的电机驱动芯片VNH2SP30的CS端口为电流输出脚，其电流值与所述的摇窗电机电枢电流成正比。