CN105102831B - 用于无传感器远程释放致动系统的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于配置控制器以操作电机来定位座椅的方法，其中所述控制器包括集成的电流传感器，所述座椅包括操作中耦合至电机的锁扣，所述方法包括确定一个或多个操作状态下电机的工作曲线，其中所述工作曲线表示所述锁扣触发期间的电机电流值，并且其中所述锁扣触发包括一个锁扣拉紧状态和一个锁扣开锁状态的至少之一。所述方法进一步包括分析所述工作曲线以使所述曲线与所述锁扣的位置相关联。所述方法进一步包括给所述控制器加载指令以使得能够把所述集成的电流传感器测量的实时电流与所存储的工作曲线比较，其中，所述分析使得能够实时确定锁扣状态。

Description

用于无传感器远程释放致动系统的系统和方法

背景技术

本发明涉及一种用于缩回和释放线缆的远程释放致动系统。

诸如用于座椅调整的致动系统的许多传统致动系统使用外部位置传感器(例如编码器、解析器、霍尔效应传感器、电位计等等)来向控制器提供位置反馈。虽然对此目的来说操作上是足够的，但是外部位置传感器增加了系统的额外成本和重量并且往往对故障敏感。

发明内容

在一个实施例中，本发明提供了一种用于配置控制器以操作电机来定位座椅的方法，所述控制器包括集成的电流传感器，所述座椅包括操作中耦合至电机上的锁扣。所述方法包括确定在一个或多个工作状态下所述电机的所述工作曲线，其中所述工作曲线表示所述锁扣触发期间的电机电流值，并且其中锁扣触发(activation)包括一个锁扣拉紧状态和一个锁扣释放状态至少之一。所述方法进一步包括分析所述工作曲线以使所述曲线与所述锁扣的位置相关。所述方法还包括用指令加载所述控制器以使得能够把所述集成电流传感器测量的实时电流与所述所存储的工作曲线比较，其中所述分析使得能够实时确定所述锁扣状态。

在另一个实施例中，本发明提供一种用于控制所述电机操作来定位座椅的方法。所述座椅包括操作中耦合至所述电机的锁扣。所述电机包括带有集成的电流传感器的控制器和在锁扣工作期间所述电机的预定工作曲线。该方法包括，启动所述电机的操作以及从所述电流传感器获取实时电机电流值。所述方法包括把电机电流值与所述预定工作曲线比较。所述方法还包括确定所述锁扣是否已经被释放，基于所述确定终止或者继续所述电机的操作。

在另一个实施例中，本发明提供一种用于释放汽车座椅锁扣的远程释放致动系统。所述座椅锁扣被耦合至线缆上，包括一个锁扣拉紧状态与一个锁扣释放状态的至少之一。所述系统包括齿轮组件，所述齿轮组件包括含有传动装置的齿轮箱。所述齿轮组件被耦合至所述线缆。偏压元件被配置为将所述线缆偏压到第一位置。电机具有操作中耦合至所述齿轮组件的输出轴。所述电机进一步包括具有固态开关的电源与提供流向所述电机的电流的测量值的集成电流传感器。控制器具有加载有电机的工作曲线的存储器，并且被配置为把所述电流传感器获取的电流和所述工作曲线做比较，并且在不使用位置传感器的情况下确定所述锁扣的状态。

附图说明

图1是远程释放致动系统的透视图。

图2是图1中的远程释放致动系统中电机组件的透视图。

图3是图2中的电机组件的另一个透视图。

图4是图1中的远程释放致动系统的局部透视图，其中去除了选择传动构件。

图5是图1中的远程释放致动系统的局部透视图，其中去除了线轴。

图6是图1中的远程释放致动系统的局部透视图，其中去除了齿轮箱盖。

图7是图1中的远程释放致动系统的另一个局部透视图。

图8是部分远程释放致动系统电路组件的示意视图。

图9是不具有图1中的远程释放致动系统的电机的电流工作曲线的曲线图。

图10是具有图1中的远程释放致动系统的电机的电流工作曲线的曲线图。

图11是体现本发明的过程步骤的流程图。

具体实施方式

在详细描述本发明的任何实施例之前，应理解，本发明的应用不局限于下面描述中阐述的或者附图中图示的结构细节和部件布置。本发明可以具有其他实施例并以各种方式实践或执行。

图1图示出无位置传感器远程释放致动系统10，其包括电机组件14、齿轮组件18和相对于系统10的近端26和远端30参照的偏压组件22。系统10在此描述为以车辆来实现，但并不限于这种应用。

参考图2和3，电机组件14包括电机34，该电机34带有输出轴38和固定于此用于共同旋转的蜗轮42。电机组件14还包括电路组件46，其细节将在下面进一步描述，电路箱壳50至少部分覆盖电路组件46以使其免受外部环境伤害。电端子54接收用于电机组件14的操作的电能，电能来源例如可直接来自车辆，诸如通过车辆的电源电路。

参考图4-6，齿轮组件18被耦合至电机组件，用于传递来自输出轴38的动力。如图4所示，齿轮组件18的齿轮箱58包含与输入齿轮66一体形成的太阳轮62，输入齿轮被配置为啮合蜗轮42。参考图5，太阳轮62连同行星轮70和齿圈74一起形成行星齿轮传动装置78。定位在齿圈74上的推力面82在当蜗轮42驱动传动装置78时转动。推力面82啮合并转动线轴86，线轴86基本上与太阳轮62同轴安装，如图6所示。同样参考图7，线轴86固定线缆94的近端90，由此线缆在工作期间绕着线轴86缠绕或解绕。

再次参考图1，线缆94的远端98被耦合至座椅锁扣(未示出)，使得缠绕线轴86的动作使线缆94缩回齿轮箱58并使锁扣从第一锁定位置移动到第二缩回位置，以及在某些实施例中，移动到第三缩回位置。例如在众多汽车座椅应用中看到的，两级锁扣是指具有两个分立锁扣的机构或者带有两个不同锁扣级(stages)或位置的单个锁扣，使得经由单一线缆的致动而被连续释放。这种锁扣可使座椅从直立位置移动到折叠位置以及从折叠位置移动到″倒伏″位置。

偏压组件22包括压缩弹簧形式的偏压构件102、柱塞106和壳体110，壳体110同轴封装弹簧102、柱塞106和一部分线缆94。柱塞106包括孔114，线缆94的一部分通过该孔并固定用于随之移动。柱塞106包括提供表面120的凸缘118，弹簧102在表面120上接合使得当柱塞106从壳体110的远端122向近端126运动时线缆94的缩回压缩弹簧102。在线缆94缩回到齿轮箱58期间，弹簧压缩偏压柱塞106并且相应地将线缆94偏压到第一位置。在替选实施例中，如前所述的偏压组件22被替换为扭簧形式(未示出)的偏压构件，所述偏压构件位于齿轮箱58内并与太阳轮62同轴安装。

参考图2、3和8，电路组件46进一步包括联接到电端子54的电源，该电源采用电池130形式。控制器134控制对电机34的供电。电机驱动器140包括诸如固态开关(例如MOSFET)的开关150，开关150具有用于从控制器134接收信号来控制开关打开或闭合操作的闸。电机驱动器140包括靠近电子开关以提供对流向电机34的电流的测量的集成式电流传感器146。电流传感器146提供反馈，控制器134处理该反馈以确定流经电子开关的电流电平。控制器134包括用于执行实时计算(例如控制算法)的处理器和用于存储信息(例如电机参数)的存储器。

电机34的电流电平随着电机34所驱动的对应负载(座椅锁扣位置)的变化而变化。正如接下来进一步描述的，控制器134通过比较来自传感器146的实时电流测量值和先前生成的表示通过其行进路线对座椅锁扣进行解锁的电流波形来释放锁扣。

图9图示出用于解锁两级锁扣的作为时间函数电机电流的的电流波形或者分布曲线(profile)158。如图所示，在两级锁扣从锁定位置(A)运动到第一开锁位置(B)时以及从第一开锁位置(B)运动到第二开锁位置(D)时，电机电流值不同，其中在第一开锁位置(B)座椅背板是折叠的，并且在第二开锁位置(D)整个座椅向前倒伏。当锁扣从第一位置运动到第二位置和/或第三位置时，电机所汲取的电流值是唯一性的并且取决于锁扣和工作状态二者。

参考图11，为了在操作期间利用电机的电流波形的特性，控制器134被配置为在电机组件14的测试过程期间记录来自电流传感器146的测量电流(步骤200)。尤其是，对于标示的锁扣机械装置，在整个运动范围内，测量和记录来自集成式电流传感器146的电流。由于来自锁扣的负载发生变化，操作温度、操作寿命和/或所供应的电压可以改变电机的电流分布曲线158，对多个操作状态的各种组合完成测试。来自不同操作状态下测试的所记录的电流分布曲线提供了数据集合，所述数据集合表示锁扣释放期间的电机操作特性。

一旦由控制器134记录，电机电流数据集合被分别分析(例如，使用外部计算机)以确定其如何与物理锁扣位置相关(步骤204)。电流数据表现了作为时间函数的可识别特性(例如，峰值、谷值和平稳段)。这些特性不仅包括随时间变化的电流值还包括特定时间段内的电流电平改变(即，电流斜率，di/dt)，并且这些特性与电机操作过程期间锁扣的特定位置直接相关。再次参考图9，电流分布曲线158的分析展示出两级锁扣的第一级在时间A处被拉紧并且在时间B处被释放。紧随着第一级锁扣的释放，第二级在时间C处被拉紧随后在时间D处被释放。因此这种分析建立了考虑了各种操作状态的、用于锁扣的电机34的工作曲线。这保存在控制器存储器154内。

用指令加载处理器以使得能够利用模式识别技术比较实时电流和所存储的信息(例如，计算电流关于时间的变化率)(步骤208)。在替选实施例中，在硬件(例如模拟电路)中计算电流变化率而不是使用处理器计算该变化率。

在操作中，当用户输入来定位座椅(例如，通过按钮)，控制器134操作电源130来为电机34提供电力(步骤212)并使蜗轮42转动。蜗轮42驱动传动装置78，该传动装置78转动线轴86以使线缆94缠在上面，使其缩回齿轮箱58。当线缆94缩回齿轮箱58时，偏压组件22的柱塞106随线缆94运动，柱塞106在弹簧室110内滑动时压缩弹簧102。

当线缆94缩回时，其通过一级或多级触发锁扣。控制器134从存储器154获取工作曲线信息并且考虑到操作时间，把电流传感器146实时获取的电流测量值(步骤216)和电机34的整个操作期间所存储的工作曲线信息作比较(步骤220)。控制器134识别将锁扣拉紧至释放点的时间和锁扣已经被释放的时间(例如，当单级锁扣已经被释放或者当两级锁扣的第一和第二级均已被释放时)(步骤224)。控制器134继续操作电机34并且测量电流(步骤216)。在步骤224确定锁扣已被释放之后，控制器134控制电源130从电机34去除电力，终止蜗轮42的转动(步骤228)。没有电力被供应到电机组件14，线轴86可自由转动，并且，在线缆94展开回到第一位置时，在弹簧102的偏压力下以相反方向转动。因此线缆94从缩回位置运动到第一位置而不需来自电机34的协助。

再次参考图9，没有本发明的控制系统，在两级锁扣的第二锁扣(或者位置)完全释放后不久，线缆到达其行程末端。当第二级在时间D处被释放之后，没有适当控制，电机34保持供电并且进行到时间E处的失速(stall)状态(通过锁扣行程末端的″硬停机″)。失速状态会损坏并且降低电机34的寿命。尤其是，在时间E处，电机进入限流状态并且如图所示的时滞后只有控制器在时间F处使电机34停机。此后不久电机在时间G处完全停止。

在图10图出带有控制器134和实现本发明的方法的电机34的所记录的电流分布曲线162。在实时比较了所测量的电流和所存储的信息之后，确定由控制器134来释放锁扣，所存储的信息来自测试，该测试识别当在给定工作状态下与锁扣的对应物理释放相匹配的电流的电平、变化率和定时。在失速状态出现之前，电流分布曲线162通过使电机34在时间H处断电来消除图9中的时间E处的限流状态。通过在致动器组件10完全缩回之前停止电机34，以保护电机34防止其受到在锁扣已经被释放之后继续向电机34供电而引起的破坏性的失速电流状况的影响。尤其是，在时间H处，控制器134确定锁扣已经被释放(步骤224)并且使电机34停机(步骤228)，以允许偏压组件22在时间I处动作。紧接着线缆82回到第一位置之后，在时间J处电机34已经停止转动。

为了说明随着时间的可变性，学习算法被加载到处理器150上以补偿锁扣中的负载变化(例如，在步骤208)。学习算法基于每一致动循环结束处所测量的电流来识别电机组件14供电时间是过长还是不够，并且在随后的致动循环期间做出必要的调整。例如，如果电机34由于硬停机而在前一个致动循环中经历了电流限制，则控制器134将在接下来的致动循环中使电机34在较早的时间点断电以使电流保持在可接受的范围内。

由于能够分析电流分布曲线162来确定是否以及何时释放锁扣，所记录的工作曲线与来自传感器146的电流读数相结合，可代替传统的位置反馈信号(例如，来自编码器、解析器、霍尔效应传感器、电位计等等)，减少元件成本和潜在的故障并且在任何给定的应用中节省空间。

本发明的各个特征和优势在权利要求书中进行阐述。

Claims (17)

1.一种用于配置控制器并且操作电机来定位座椅的方法，所述控制器包括集成的电流传感器，所述座椅包括操作中耦合至所述电机的锁扣，所述方法包括：

确定一个或多个工作状态下所述电机的工作曲线，其中，所述工作曲线表示所述锁扣的触发期间的电机电流值，并且其中所述锁扣的触发包括一个锁扣拉紧状态和一个锁扣释放状态的至少之一；

分析所述工作曲线以使所述曲线与所述锁扣的位置相关联；

用指令加载所述控制器以使得能够把所述集成的电流传感器测量的实时电流与所存储的工作曲线做比较；

操作所述电机以触发所述锁扣；以及

基于所述控制器所做的所述测量的实时电流与所存储的工作曲线的比较，实时确定所述锁扣已经被释放的时间。

2.根据权利要求1所述的方法，其中用指令加载所述控制器进一步包括用下述指令加载所述控制器：被配置成允许用所述控制器调整所述电机的操作以把所述实时电流维持在可接受范围内的指令。

3.根据权利要求1所述的方法，其中确定在一个或多个工作状态下所述电机的所述工作曲线包括确定用于所述锁扣的操作负载变化的工作曲线。

4.根据权利要求1所述的方法，其中确定在一个或多个工作状态下所述电机的所述工作曲线包括确定用于所述电机的电源电压变化的工作曲线。

5.根据权利要求1所述的方法，其中确定在一个或多个工作状态下所述电机的所述工作曲线包括确定用于所述电机的操作温度变化的工作曲线。

6.根据权利要求1所述的方法，其中确定在一个或多个工作状态下所述电机的所述工作曲线包括确定用于所述电机的预计操作寿命的工作曲线。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个锁扣拉紧状态和一个锁扣释放状态至少之一包括第一锁扣拉紧状态，之后接着是第一锁扣释放状态，并且其中所述第一锁扣释放状态之后接着是第二锁扣拉紧状态。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第二锁扣拉紧状态之后接着是第二锁扣释放状态。

9.一种用于控制电机的操作来定位座椅的方法，所述座椅包括操作中耦合至所述电机的锁扣，所述电机包括带有集成的电流传感器的控制器和所述锁扣的操作期间所述电机的预定工作曲线，所述方法包括：

启动所述电机的操作；

从所述电流传感器获取实时电机电流值；

把所述电机电流值和所述预定工作曲线比较；

计算所述电机电流值的时间变化率以及把所述电机电流值的时间变化率和所述工作曲线比较；

基于所述电机电流值和所述预定工作曲线的比较以及所述电机电流值的时间变化率和所述工作曲线的比较，确定所述锁扣是否被释放；以及

基于所述确定，终止或者继续所述电机的操作。

10.根据权利要求9所述的方法，其中终止或者继续所述电机的操作是指当所述比较指示所述锁扣已经被释放时终止所述电机的操作。

11.根据权利要求9所述的方法，其中操作中耦合至所述电机的所述锁扣是两级锁扣，以及其中终止或者继续所述电机的操作是指当所述比较指示所述锁扣已在第二级被释放时终止所述电机的操作。

12.根据权利要求9所述的方法，进一步包括获取所述电机的操作时间以及把所述操作时间和所述工作曲线比较。

13.一种用于释放车辆座椅锁扣的远程释放致动系统，被耦合至线缆上的所述座椅锁扣包括一个锁扣拉紧状态和一个锁扣释放状态的至少之一，所述系统包括：

齿轮组件，所述齿轮组件包括含有传动装置的齿轮箱，所述齿轮组件被耦合至所述线缆；

偏压构件，所述偏压构件被配置为把所述线缆偏压至第一位置；以及

电机，所述电机具有操作中耦合至所述齿轮组件的输出轴，

所述电机进一步包括：

具有固态开关的电机驱动器以及提供流向所述电机的电流的测量值的集成的电流传感器；以及

加载有所述电机的工作曲线的控制器，所述工作曲线表示所述锁扣的触发期间的电机电流值，所述控制器被配置为把从所述电流传感器获取的电流和所述工作曲线比较，并且在不使用位置传感器的情况下确定所述锁扣已经被释放的时间。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述传动装置是由行星齿轮布置中的多个齿轮限定的。

15.根据权利要求13所述的系统，进一步包括操作中耦合至所述齿轮箱内的所述传动装置上的线轴，其中所述线轴固定所述线缆的一端。

16.根据权利要求13所述的系统，其中所述偏压构件采用压缩弹簧的形式。

17.根据权利要求13所述的系统，其中所述偏压构件采用位于所述齿轮箱内的扭簧的形式。