CN105667405A - 一种采用双步进电机拖动汽车电动迎宾踏板的方案 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制系统，尤其是一种采用双步进电机拖动汽车电动迎宾踏板的方案。该控制系统包括双步进电机的控制电路和控制算法，双步进电机的控制电路有电源转换模块、信号采集模块、单片机模块、转速位置检测模块、电机驱动模块和过流检测模块，电源供电模块为电路各模块供电，单片机接收信号采集模块发送的开关门信号，进运算发出控制信息给电机驱动模块，驱动模块控制电机1与电机2，转速位置检测模块检测电机1与电机2的转速和位置信息发送给单片机，单片机根据该信息进行误差修正，该控制系统能够采用两个步进电机拖动汽车迎宾踏板，适用于汽车迎宾踏板和其他电机拖动物体升降场合。

Description

一种采用双步进电机拖动汽车电动迎宾踏板的方案

技术领域

本发明涉及一种控制系统，尤其是一种采用双步进电机拖动汽车电动迎宾踏板的方案。

背景技术

汽车电动迎宾踏板是较大型号汽车上安装的方便乘客上下汽车踩踏的辅助装置，它根据开关门状态伸展和收缩。踏板的运动主要靠安装在汽车底部的电机来拖动传动机构实现。电机带动减速传动机构输出力矩，拖动踏板支架，支架拖着踏板伸展和收缩。为了保证踏板收缩后不会下滑，传动机构安装了自锁的蜗杆，当电机走完行程后，通过蜗杆的自锁固定踏板位置。目前市面上的电动踏板全部采用单电机拖动方式，但该种方案所需的电机体积大、成本高，且踏板较长，长时间单边受力，会导致踏板一边下垂造成行车安全隐患，电机的传动机构同样由于一端受力，导致传动机构的严重变形甚至卡死等各种问题。

如果采用两个小电机同步驱动方式，可以减小电机和传动机构的体积，降低成本，防止单边受力导致传动系统变形卡死，彻底解决踏板单边下垂等问题。但面对面的两个电机位置要保证高度的精确，因为传动机构安装了自锁的蜗杆，即只能由电机驱动踏板，如果踏板一侧出现扭力，只会崩断传动机构中的自锁蜗杆，而不能通过传动机构的旋转消除该力的作用。

机械的精度刚度，安装的紧密性，电机启动运行和停止过程中的不完全同步，受到外部力的作用，长期的累积误差等等，都对双电机方式造成困扰。

现有双电机拖动技术有功率同步，转矩同步，转速同步，但在位置上并不能满足如此苛刻的条件，在类似控制升降的场合一般采用两个伺服电机，但伺服电机价格非常高，控制板加上两个伺服电机自带的控制器，一个系统中有三块控制板，体积大成本高，不适用于汽车电动踏板。

发明内容

为了克服现有的控制系统体积大、成本高的不足，本发明提供了一种采用双步进电机拖动汽车电动迎宾踏板的方案。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种采用双步进电机拖动汽车电动迎宾踏板的方案，包括双步进电机的控制电路和控制算法，双步进电机的控制电路有电源转换模块、信号采集模块、单片机模块、转速位置检测模块、电机驱动模块和过流检测模块，电源供电模块为电路各模块供电，单片机接收信号采集模块发送的开关门信号，进运算发出控制信息给电机驱动模块，驱动模块控制电机1与电机2，转速位置检测模块检测电机1与电机2的转速和位置信息发送给单片机，单片机根据该信息进行误差修正，控制算法是汽车没有开关门动作时，电机1和电机2保持不动，有开关门动作时，霍尔传感器发出的高低电平发生变化，单片机检测到这一变化才会进行下一步动作，当有上升沿或下降沿触发芯片动作后，单片机结合触发前和触发后的开关门状态判断是否动作以及如何动作，如果两扇车门开始全为关，接收到一个开关门动作，单片机发出控制信号控制电机1和电机2放下踏板，如果初始车门状态为一开一关，还需结合当前开关门状态判断，如果初始全开，一个开关门动作，电机1和电机2保持不动，电机1和电机2运行过程中，控制器还要采集电机1和电机2的位置信息进行比较，如果有误差则进行误差补偿，如果补偿误差后误差仍然一直存在，判断此时出现误差是由于机械结构变形引起的恒定误差，丢弃此时误差信息，当踏板运行到行程或者被障碍物夹住时，电机1和电机2电流增大，触发模数转换中断，关断电机供电，控制芯片读取电机1和电机2运行的步数，判断是否达到行程，如果没达到行程，此时是夹住障碍物，电机1和电机2往回走一段距离，以便清除障碍物，如果达到行程，则不再动作。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括电机1和电机2分别通过驱动机构与支架固定连接，踏板底端分别与两个支架固定连接。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括电机1和电机2为步进电机，电机1和电机2的旋转方向相反，转速相同。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括电机1和电机2采用12V汽车电瓶供电，空载时电流0.25A，拖动踏板时运转时电流0.3A，堵转时控制板电流1A，运行到行程后断开电流，如果出现丢步或过冲进行计算补偿，如果检测到1A的电流持续，启动防夹功能。

本发明的有益效果是，该控制系统能够采用两个步进电机拖动汽车迎宾踏板，并有效解决双电机同步协调运行问题，完成汽车电动踏板的自动伸缩及防夹等功能，适用于汽车迎宾踏板和其他电机拖动物体升降场合。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的控制单个踏板的控制系统模型图；

图2是本发明的控制程序流程图；

图3是本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1是本发明的单侧双步进电机的控制电路图，图2是本发明的控制程序流程图，图3是本发明的结构示意图，一种采用双步进电机拖动汽车电动迎宾踏板的方案，包括双步进电机的控制电路和控制算法，双步进电机的控制电路有电源转换模块、信号采集模块、单片机模块、转速位置检测模块、电机驱动模块和过流检测模块，电源供电模块为电路各模块供电，单片机接收信号采集模块发送的开关门信号，进运算发出控制信息给电机驱动模块，驱动模块控制电机1与电机2，转速位置检测模块检测电机1与电机2的转速和位置信息发送给单片机，单片机根据该信息进行误差修正，控制算法是汽车没有开关门动作时，电机1和电机2保持不动，有开关门动作时，霍尔传感器发出的高低电平发生变化，单片机检测到这一变化才会进行下一步动作，当有上升沿或下降沿触发芯片动作后，单片机结合触发前和触发后的开关门状态判断是否动作以及如何动作，如果两扇车门开始全为关，接收到一个开关门动作，单片机发出控制信号控制电机1和电机2放下踏板，如果初始车门状态为一开一关，还需结合当前开关门状态判断，如果初始全开，一个开关门动作，电机1和电机2保持不动，电机1和电机2运行过程中，控制器还要采集电机1和电机2的位置信息进行比较，如果有误差则进行误差补偿，如果补偿误差后误差仍然一直存在，判断此时出现误差是由于机械结构变形引起的恒定误差，丢弃此时误差信息，当踏板运行到行程或者被障碍物夹住时，电机1和电机2电流增大，触发模数转换中断，关断电机供电，控制芯片读取电机1和电机2运行的步数，判断是否达到行程，如果没达到行程，此时是夹住障碍物，电机1和电机2往回走一段距离，以便清除障碍物，如果达到行程，则不再动作，电机1和电机2分别通过驱动机构与支架固定连接，踏板底端分别与两个支架固定连接，电机1和电机2为步进电机，电机1和电机2的旋转方向相反，转速相同，电机1和电机2采用12V汽车电瓶供电，空载时电流0.25A，拖动踏板时运转时电流0.3A，堵转时控制板电流1A，运行到行程后断开电流，如果出现丢步或过冲进行计算补偿，如果检测到1A的电流持续，启动防夹功能。

控制器采集车门开关门信号，发出对应的控制信息驱动电机工作，同时接受步进电机的位置信息，检测电路电流，进行电机的误差补偿，自动开停，过流中断保护等功能，采集开关门信号采用霍尔磁感应传感器或截取门灯电路信号，只要有一个车门打开，控制器控制电机拖动踏板伸出，如果两扇门全部关闭，电机拖动踏板紧贴着车身收起，开关门没有变化，不管车门是否关闭，电机保持不动。采集步进电机位置信息的传感器为安装在步进电机轴上的绝对式编码器，电路采集绝对式编码器上刻的表示角度的二进制数码，位置检测电路读取编码器上的信息，进行处理后输送给控制芯片。控制器给驱动电机1和驱动电机2发出相同频率的脉冲信号，经电机驱动电路控制电机运行。驱动电机1和驱动电机2的控制脉冲顺序相互对称，以保证面对面的驱动电机1和驱动电机2转动方向相同。

控制芯片根据驱动电机1和驱动电机2反馈的位置信号，计算驱动电机1和驱动电机2实际行走的步数，与发送的步数进行对比，如果发生丢步或过冲，对其进行补偿。当驱动电机1和驱动电机2一直丢步时，根据驱动电机1和驱动电机2的丢步情况判断丢步原因。当两边电机同时不断丢步，判断电动踏板被障碍物卡主，此时进入防夹子程序，控制电机回转一段微小距离，方便清除障碍物。如果一边丢步，补偿步数后检测到该边继续丢步，判断此时是两边出现机械结构的位置误差，放弃补偿其丢失的步数达到修正该误差的目的。执行电机采用步进电机，并集成步进电机驱动装置，电源转换模块，防止电源尖峰和浪涌的保护模块，过流保护模块，电流检测模块，转子位置检测模块，MCU控制模块，过压欠压保护模块。

传感器输出信号定义：关门时，车门上的磁铁接近霍尔传感器的感应装置，霍尔传感器输出低电平0，开门时磁铁远离，霍尔传感器输出高电平1。不管门是开着还是关闭，电机都不运动，只有MCU检测到霍尔传感器的输出发生变化时，才会控制电机转动。因为两边的车门需要四个电机，且拖动方向不一样，为了方便安装，该电机传动机构在制造的时候就设计成左右不同的结构。以一侧电机为例，一边电机顺时针转动为向上，一边电机逆时针转动为向上，给步进电机发出的控制信号顺序方向相反A-B-C和C-B-A。一边有两个车门控制一侧的运动，任意一个车门打开时，踏板就要放下供乘客踩踏，此时靠支架机械结构固定踏板位置。两个车门闭合，支架收缩，踏板升上，此时靠电机传动装置中的自锁蜗杆固定踏板位置，阻止踏板落下。为保证系统的可靠性，装置要能自行调节，当电机动作出现和开关门指令不对应时能很快纠正，一次开关门信号就能自行纠正上次的位置错误。防夹和过流保护功能，当电机过流中断但是没有达到预期的位置时，判断有障碍物夹住，一旦被夹，电机关断延时后往回走一段很小的路程来预留出清除障碍物的空隙。电机的启动电流和堵转电流相差不大，电机启动过流保护功能后，会造成一启动时被误判为堵转，造成电机无法启动，要在电机启动时间段内关断过流中断。电机换向时要关断电机并延时，不能立即反向运转。

电流保护，当电流达到预设的值时，MCU控制电路关断电机供电。复位开关，当控制器出现故障不能正常工作时，此时就需要有按钮能手动把踏板收上去，保证行车安全，因为只需控制踏板往上这一个方向，可采用按钮的方式接通辅助电路给步进电机发向上的脉冲，驱动电机收缩。灯条，夜间上下车门尤其容易发生绊倒，必须在踏板上安装灯条照明，灯条同样能起装饰作用。车门打开时，踏板上的灯条打开，关门时灯条关闭，如果出现维修汽车车门一直处于打开状态，如果没有关断灯条电源，会耗尽汽车电瓶的电量，需调用定时器来关闭灯条，设定10秒没有开关门信号，触发定时器中断，关断灯条供电。该控制系统能够采用两个步进电机拖动汽车迎宾踏板，并有效解决双电机同步协调运行问题，完成汽车电动踏板的自动伸缩及防夹等功能，适用于汽车迎宾踏板和其他电机拖动物体升降场合。

Claims (4)

1.一种采用双步进电机拖动汽车电动迎宾踏板的方案，其特征是，包括双步进电机的控制电路和控制算法，双步进电机的控制电路有电源转换模块、信号采集模块、单片机模块、转速位置检测模块、电机驱动模块和过流检测模块，电源供电模块为电路各模块供电，单片机接收信号采集模块发送的开关门信号，进运算发出控制信息给电机驱动模块，驱动模块控制电机1与电机2，转速位置检测模块检测电机1与电机2的转速和位置信息发送给单片机，单片机根据该信息进行误差修正，控制算法是汽车没有开关门动作时，电机1和电机2保持不动，有开关门动作时，霍尔传感器发出的高低电平发生变化，单片机检测到这一变化才会进行下一步动作，当有上升沿或下降沿触发芯片动作后，单片机结合触发前和触发后的开关门状态判断是否动作以及如何动作，如果两扇车门开始全为关，接收到一个开关门动作，单片机发出控制信号控制电机1和电机2放下踏板，如果初始车门状态为一开一关，还需结合当前开关门状态判断，如果初始全开，一个开关门动作，电机1和电机2保持不动，电机1和电机2运行过程中，控制器还要采集电机1和电机2的位置信息进行比较，如果有误差则进行误差补偿，如果补偿误差后误差仍然一直存在，判断此时出现误差是由于机械结构变形引起的恒定误差，丢弃此时误差信息，当踏板运行到行程或者被障碍物夹住时，电机1和电机2电流增大，触发模数转换中断，关断电机供电，控制芯片读取电机1和电机2运行的步数，判断是否达到行程，如果没达到行程，此时是夹住障碍物，电机1和电机2往回走一段距离，以便清除障碍物，如果达到行程，则不再动作。

2.根据权利要求1所述的一种采用双步进电机拖动汽车电动迎宾踏板的方案，其特征是，电机1和电机2分别通过驱动机构与支架固定连接，踏板底端分别与两个支架固定连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种采用双步进电机拖动汽车电动迎宾踏板的方案，其特征是，电机1和电机2为步进电机，电机1和电机2的旋转方向相反，转速相同。

4.根据权利要求1或2所述的一种采用双步进电机拖动汽车电动迎宾踏板的方案，其特征是，电机1和电机2采用12V汽车电瓶供电，空载时电流0.25A，拖动踏板时运转时电流0.3A，堵转时控制板电流1A，运行到行程后断开电流，如果出现丢步或过冲进行计算补偿，如果检测到1A的电流持续，启动防夹功能。