CN105730389A - 基于速度检测的电动天窗自适应防夹方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于速度检测的电动天窗自适应防夹方法，检测天窗在运行时相邻位置的阻力差值是否大于或等于设定的防夹力阈值，当阻力差值大于或等于设定的防夹力阈值时，则微控制器MCU判断为防夹，控制电机反转到指定位置；当阻力差值小于设定的防夹力阈值时，则微控制器MCU判断为不防夹，控制电机继续转到指定位置。本发明采用相邻位置阻力差值来计算防夹力，防夹力比较稳定；采用自适应算法与学习和标定算法相结合，对天窗机构的精度要求较低；只记录防夹区域阻力突变的位置信息，节省存储空间，计算量较小，对MCU要求较低；使用多种附加条件综合共同判断防夹力，抗干扰能力强，可靠性高。

Description

基于速度检测的电动天窗自适应防夹方法

技术领域

本发明涉及电动车窗防夹技术领域，特别是涉及一种基于速度检测的电动天窗自适应防夹方法。

背景技术

如图1所示，现有防夹天窗控制器一般由霍尔传感器、微控制器(MCU)、输入输出电路、电机驱动电路(继电器或MOS管)、电源电路、外壳、连接器以及天窗电机等部分构成。

现有产品的实现方案有以下几种：a)基于电流检测的防夹控制器的防夹方案，在天窗运行过程中检测电机电流，如果电流超过一定范围，则认为防夹，这种方法相对来说成本较高，对天窗机械结构要求较高；b)存储式防夹算法，在天窗运行过程中记录整个天窗运行阻力变化，如果下一次阻力变化超过上一次记录的内容，则认为防夹，这种方案对MCU要求高，需要存储大量的数据；c)标定式防夹算法，天窗出厂前标定天窗阻力，如果在运行过程中天窗阻力超过标定值，则认为防夹，这种方案对MCU要求高，需要标定及存储大量的数据。现有的方案中都是采用单一的算法进行计算，控制精度低，对MCU要求高，每种方案都存在一定的缺陷，防夹力过大，容易夹伤乘车人员，可靠性差。

目前，有部分专利也致力于解决防夹力过大或者防夹力不可靠的问题。如申请号为CN201310450546.2的发明专利申请中公开了一种车窗开闭控制系统及方法，通过检测车外温度，判断在温度极低的环境中，在车窗缝隙中存在冰霜冻住车窗的情况，从而判断车窗受到阻碍时所处区域是否为车窗防夹区域；通过检测车窗电机温度防止反复打开和闭合车窗而导致车窗电机过热；在车窗长期使用后，车窗的运转机构的耐久性会受到影响，设置防夹累计次数的参数，从而避免车窗耐久性对车窗是否防夹的影响。这篇专利中虽然采用了监测环境温度、电机温度和防夹累计次数从一定程度上避免了冰霜、电机过热和耐久性对防夹的影响，上述防夹控制器中都没有考虑振动路面、电机温度突变、电源电压、老化以及速度变化对防夹控制的影响，防夹力不可靠，容易出现误防夹，产品性能不可靠。

又例如，申请号为CN201410842604.0的中国专利申请中公开了一种应用于汽车自动天窗的防夹方法及防夹控制器，其技术方案为判断阻力增量值是否大于设定的阈值，当阻力增量值大于设定值的阈值时控制器控制天窗向打开的方向运动，直至天窗完全打开。其中，阻力增量值为车速转换成的阻力值加上天窗打开过程中电机阻力值增量，电机阻力值增量等于天窗打开过程中所对应的电机阻力值减去天窗正常打开过程中所对应的初始阻力值。上述专利申请公开了采用阻力的绝对增量值判断是否防夹，同时考虑了车速对防夹的影响，并结合自适应学习单元不断对正常打开所对应的阻力值进行调整和校准，但是，上述申请中采用的是绝对增量值进行判断，由于电机温度、天窗老化、室外温度等多方面影响，不同时间、不同环境中测量得到的防夹力大小不同，防夹力不可靠，容易出现误防夹，产品性能不可靠。

另外，还有无防夹功能的天窗控制器，只有开关窗功能，没有防夹功能，没有一键开关功能，存在安全隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中算法单一，防夹力过大或防夹力不可靠，容易夹伤乘车人员的不足，本发明提供一种基于速度检测的电动天窗自适应防夹方法。

本文发明描述一种自适应防夹方法：

天窗防夹可以用以下公式描述：

Fm×C＝Ff+Fp(1)

其中：Fm——电机转动扭矩，

Ff——天窗运行过程中摩擦力，

Fp——天窗防夹力，

C——电机常数。

电机转速与电机扭矩可以用以下公式描述：

Sm＝Fm×C+B(2)

其中：Sm——电机转速，

Fm——电机扭矩，

C——电机常数，

B——电机常数。

本防夹方法采用间接检测天窗运行速度的的检测方式。

天窗电机输出齿与机械传动机构是一个互锁的惯性系统，在天窗正常运行时阻力变化将反应到电机转速上。

防夹原理：由防夹公式(1)和(2)可知，通过检测电机转速变化可以间接检测到天窗运行阻力变化，由此可以判断天窗是否防夹。

本防夹方法主要是检测天窗在运行时相邻位置的电机转速变化差值来检测天窗是否防夹，由防夹原理可知，相邻位置转速差可以转换为阻力差值，即阻力差与转速差是等价的，相邻位置指在ECU控制单元能分辨的最小单位到天窗最大行程之间，具体根据防夹需要来确定。

本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种基于速度检测的电动天窗自适应防夹方法，ECU控制单元检测天窗在运行时的防夹力是否大于等于设定的防夹力阈值，当运行时的防夹力大于或等于设定的防夹力阈值时，则ECU控制单元判断为防夹，控制电机反转到指定位置；当防夹力小于设定的防夹力阈值时，则ECU控制单元判断为不防夹，控制电机按原来的转动方向继续转到指定位置。

自适应防夹算法：

防夹算法根据天窗运行过程中相邻位置的阻力差值判断是否防夹，如果阻力差值大于等于防夹力阈值，判断天窗防夹，天窗电机将反转，将天窗开窗到指定位置。防夹力阈值是综合各种条件共同计算得出。

优点：天窗环境温度变化会引起天窗整体运行阻力变化，但相邻位置的阻力变化不大，防夹算法检测是相邻位置的转速变化差，不是检测天窗绝对阻力变化，因此防夹算法对环境温度变化引起的阻力变化有适应能力。

对天窗老化，天窗变形，风阻引起的天窗阻力变化有适应能力。当上述阻力变化发生时，相邻阻力变化不大，因此对上述阻力变化有一定的适应能力。

对于输入信号不限于转速信号，也可以是电流电压信号或功率信号。

具体的，所述防夹力指天窗在运行时相邻位置的阻力差值，防夹力阈值指天窗运行的阻力阈值。

进一步，具体包括以下步骤：

步骤1：ECU控制单元接收天窗Hall传感器检测的电机转速信号，计算天窗当前的运行方向和天窗的位置，判断天窗是否在防夹区域，如果天窗在防夹区域，则启用防夹功能，如果天窗不在防夹区域将不启动防夹功能，ECU控制单元控制电机按原来的转动方向继续转到指定位置；

步骤2：当天窗在防夹区域，ECU控制单元进行防夹力计算，所述防夹力计算包括ECU控制单元检测天窗在运行时相邻位置的电机转速差值，将相邻位置的电机转速差值根据公式转换为阻力差值，阻力差值作为天窗在运行时的防夹力；

步骤3：ECU控制单元将计算获得的阻力差值与设定的防夹力阈值进行比较，判断是否防夹。

为了提高防夹的可靠性，防夹方法由多种判断条件综合来判断天窗是否防夹。

进一步，步骤2还包括步骤2-1，防夹力校正，所述防夹力校正包括ECU控制单元根据电机工作电压和/或电机工作温度对阻力差值进行校正，校正后的阻力差值作为天窗在运行时的防夹力。

天窗电机转速与电机工作电压成正比关系，防夹力计算使用电机转速检测天窗阻力变化，电机工作电压变化会影响到电机转速，通过电源电压检测来检测电机工作电压的变化。

由于电机工作温度变化影响电机常数C，所以防夹力计算需要电机温度参于计算，消除或减少电机温度对防夹力的影响。电机工作温度数据是基于电机温升模型的软件计算方法得到。电机工作温度是指实际工作过程中实时的电机线圈温度。

进一步，电机工作温度计算为：所述电机工作温度指电机的实时温度，由电机环境温度传感器检测电机工作环境温度，ECU控制单元根据电机工作电压、电机工作电流计算电机的实时温度。

进一步，步骤2-1的防夹力校正还包括ECU控制单元根据车速和车辆振动对阻力差值进行校正。根据车辆速度与天窗速度来检车辆是否有较大振动，作为防夹力计算的一个附加参数，减少由于振动路面对防夹力的影响。

进一步，还包括电机温度保护功能，当ECU控制单元检测到电机工作温度高于一定温度值T1时，ECU控制单元禁止电机运行以保护电机；当ECU控制单元检测到电机工作温度降到一定温度值T2时，重新允许电机操作。电机温度保护功能可以防止电机过热损坏，以及对防夹力的影响。

进一步，所述防夹力阀值由防夹力计算模块计算产生，防夹力阀值根据天窗阻力阀值、电机工作电压、电机工作温度、车速信号及车辆振动数据综合计算产生。消除或减少天窗阻力变化、电机工作电压、电机工作温度、车速信号及车辆振动等因素对防夹力的影响。

进一步，天窗运行阻力阀值指ECU控制单元在天窗运行中检测到天窗相邻位置的阻力变化差值，差值大于一定阻力值则认为防夹，这个阻力值简称为阻力阀值；

ECU控制单元通过学习或标定的方法将天窗防夹区域阻力阀值及其位置保存在EEPROM内，学习或标定只记录大于阻力阀值的数据及位置作为防夹力计算的一部份，防夹力更为稳定，减少误防夹，上述方法不需记录所有天窗位置的阻力差值，可以节省MCU的RAM及EEPROM，降低对MCU的要求，降低控制器成本。

进一步，还包括步骤4，ECU控制单元判断电机是否转动到指定位置，如果转动到指定位置则结束，如果没有转动到指定位置则重复步骤1-步骤3，直至电机转动到指定位置。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种基于速度检测的电动天窗自适应防夹方法，采用相邻位置阻力差值来计算防夹力适应各种不同的情况，防夹力比较稳定；防夹力计算采用自适应算法与学习和标定算法相结合，对天窗机构的精度要求较低，提高防夹力的精度和准确度；只记录防夹区域阻力突变的位置信息，节省存储空间，计算量较小，对MCU要求较低；使用电机工作电压、电机工作温度、阻力阈值以及速度和振动检测等多种附加条件综合共同判断防夹力，抗干扰能力强，提高了可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是现有技术中防夹天窗控制器的结构示意图；

图2是本发明的防夹方法流程图；

图3是本发明防夹方法的一种防夹天窗控制系统的结构示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图2所示，本发明的一种基于速度检测的电动天窗自适应防夹方法，ECU控制单元检测天窗在运行时的防夹力是否大于等于设定的防夹力阈值，当运行时的防夹力大于或等于设定的防夹力阈值时，则ECU控制单元判断为防夹，控制电机反转到指定位置；当防夹力小于设定的防夹力阈值时，则ECU控制单元判断为不防夹，控制电机按原来的转动方向继续转到指定位置。

所述防夹力指天窗在运行时相邻位置的阻力差值，防夹力阈值指天窗运行的阻力阈值。

具体包括以下步骤：

步骤1：ECU控制单元接收天窗Hall传感器检测的电机转速信号，计算天窗当前的运行方向和天窗的位置，判断天窗是否在防夹区域，如果天窗在防夹区域，则启用防夹功能，如果天窗不在防夹区域将不启动防夹功能，ECU控制单元控制电机按原来的转动方向继续转到指定位置；

步骤2：当天窗在防夹区域，ECU控制单元进行防夹力计算，所述防夹力计算包括ECU控制单元检测天窗在运行时相邻位置的电机转速差值，将相邻位置的电机转速差值根据公式转换为阻力差值，阻力差值作为天窗在运行时的防夹力；

步骤3：ECU控制单元将计算获得的阻力差值与设定的防夹力阈值进行比较，判断是否防夹。

步骤2还包括步骤2-1，防夹力校正，所述防夹力校正包括ECU控制单元根据电机工作电压和/或电机工作温度对阻力差值进行校正，校正后的阻力差值作为天窗在运行时的防夹力。

所述电机工作温度指电机的实时温度，由电机环境温度传感器检测电机工作环境温度，ECU控制单元根据电机工作电压、电机工作电流计算电机的实时温度。

步骤2-1的防夹力校正还包括ECU控制单元根据车速和车辆振动对阻力差值进行校正。

还包括电机温度保护功能，当ECU控制单元检测到电机工作温度高于一定温度值T1时，ECU控制单元禁止电机运行以保护电机；当ECU控制单元检测到电机工作温度降到一定温度值T2时，重新允许电机操作。

所述防夹力阀值由防夹力计算模块计算产生，防夹力阀值根据天窗阻力阀值、电机工作电压、电机工作温度、车速信号及车辆振动数据综合计算产生。

天窗运行阻力阀值指ECU控制单元在天窗运行中检测到天窗相邻位置的阻力变化差值，差值大于一定阻力值则认为防夹，这个阻力值简称为阻力阀值；

ECU控制单元通过学习或标定的方法将天窗防夹区域阻力阀值及其位置保存在EEPROM内，学习或标定只记录大于阻力阀值的数据及位置作为防夹力计算的一部份。

还包括步骤4，ECU控制单元判断电机是否转动到指定位置，如果转动到指定位置则结束，如果没有转动到指定位置则重复步骤1-步骤3，直至电机转动到指定位置。

如图3所示，基于上述方法的一种防夹控制系统，包括天窗电机，用于驱动电机的继电器，继电器与电机控制系统连接，继电器还用于控制电源与电机的通断，Hall传感器用于检测电机转速信号输入到ECU，通过ECU内部的电机转速信号处理模块进行处理，电机转速信号处理指程序将Hall信号数据变换处理，将两路脉冲宽度信号转换为速度数据、方向数据和电流数据，处理后的转速信号分为三路，一路用于天窗位置处理模块根据电机转速信号处理模块的处理结果判断天窗的位置及方向，反馈至电机控制系统，一路用于直接输入到防夹力计算模块，一路提供给历史数据模块进行保存，历史数据是一个先进先出数组，保存一段距离的Hall数据信息N个数据，最新一个数据保存在顶端，旧的数据顺序保存在下端；历史数据模块输出的信号分为三路，一路直接提供给防夹力计算模块，一路提给天窗振动检测模块，一路提供给自适应防夹算法模块；检测的车速信号通过车速信号处理模块后分为两路，一路提供给防夹力计算模块，一路提供给天窗振动检测模块；天窗振动检测模块将天窗振动检测模块提供的数据与历史数据模块提供的数据进行综合处理，处理后的结果提供给防夹力计算模块减少由于振动路面对防夹力的影响；天窗电机环境温度传感器将检测到的电机环境温度提供给ECU控制单元的电机线圈温度计算模块，电机线圈温度计算模块根据电机工作电压、电机工作电流计算电机线圈的实时温度，即电机工作温度；电机工作温度一路提供给防夹力计算模块，一路提供给电机温度保护模块，电机温度保护模块根据温度值提供给电机控制系统过热保护或正常温度工作的信号；防夹力计算模块根据各个模块提供的电机转速信号、电机工作电压、电机工作温度、历史数据以及天窗振动检测信号进行防夹力计算；还包括用于存储天窗所需数据的EEPROM(非易失性存储器)和数据标定及学习模块，在ECU学习或标定数据时将天窗阻力数据和标定数据写入EEPROM，在天窗运行时读取EEPROM数据参与天窗控制及防夹力计算，同时，按照一定规则将EEPROM中存储的数据进行更新，以便下次判断时使用，使防夹力更加稳定；自适应防夹算法模块根据历史数据和防夹力计算模块提供的防夹力计算相邻位置防夹力阈值和防夹力，通过比较防夹力阈值和防夹力的大小判断是否防夹，以提供给电机控制系统信号，控制电机的转动方向。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种基于速度检测的电动天窗自适应防夹方法，其特征在于：ECU控制单元检测天窗在运行时的防夹力是否大于等于设定的防夹力阈值，当运行时的防夹力大于或等于设定的防夹力阈值时，则ECU控制单元判断为防夹，控制电机反转到指定位置；当防夹力小于设定的防夹力阈值时，则ECU控制单元判断为不防夹，控制电机按原来的转动方向继续转到指定位置。

2.如权利要求1所述的基于速度检测的电动天窗自适应防夹方法，其特征在于：所述防夹力指天窗在运行时相邻位置的阻力差值，防夹力阈值指天窗防夹时相邻位置的阻力差阈值。

3.如权利要求2所述的基于速度检测的电动天窗自适应防夹方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤1：ECU控制单元接收天窗Hall传感器检测的电机转速信号，计算天窗当前的运行方向和天窗的位置，判断天窗是否在防夹区域，如果天窗在防夹区域，则启用防夹功能，如果天窗不在防夹区域将不启动防夹功能，ECU控制单元控制电机按原来的转动方向继续转到指定位置；

步骤2：当天窗在防夹区域，ECU控制单元进行防夹力计算，所述防夹力计算包括ECU控制单元检测天窗在运行时相邻位置的电机转速差值，将相邻位置的电机转速差值根据公式转换为阻力差值，阻力差值作为天窗在运行时的防夹力；

步骤3：ECU控制单元将计算获得的阻力差值与设定的防夹力阈值进行比较，判断是否防夹。

4.如权利要求3所述的基于速度检测的电动天窗自适应防夹方法，其特征在于：步骤2还包括步骤2-1，防夹力校正，所述防夹力校正包括ECU控制单元根据电机工作电压和/或电机工作温度对阻力差值进行校正，校正后的阻力差值作为天窗在运行时的防夹力。

5.如权利要求4所述的基于速度检测的电动天窗自适应防夹方法，其特征在于：所述电机工作温度指电机的实时温度，由电机环境温度传感器检测电机工作环境温度，ECU控制单元根据电机工作电压、电机工作电流计算电机的实时温度。

6.如权利要求4所述的基于速度检测的电动天窗自适应防夹方法，其特征在于：步骤2-1的防夹力校正还包括ECU控制单元根据车速和车辆振动对阻力差值进行校正。

7.如权利要求4所述的基于速度检测的电动天窗自适应防夹方法，其特征在于：还包括电机温度保护功能，当ECU控制单元检测到电机工作温度高于一定温度值T1时，ECU控制单元禁止电机运行以保护电机；当ECU控制单元检测到电机工作温度降到一定温度值T2时，重新允许电机操作。

8.如权利要求1所述的基于速度检测的电动天窗自适应防夹方法，其特征在于：所述防夹力阀值由防夹力计算模块计算产生，防夹力阀值根据天窗阻力阀值、电机工作电压、电机工作温度、车速信号及车辆振动数据综合计算产生。

9.如权利要求2或8所述的基于速度检测的电动天窗自适应防夹方法，其特征在于：天窗运行阻力阀值指ECU控制单元在天窗运行中检测到天窗相邻位置的阻力变化差值，差值大于一定阻力值则认为防夹，这个阻力值简称为阻力阀值；

ECU控制单元通过学习或标定的方法将天窗防夹区域阻力阀值及其位置保存在EEPROM内，学习或标定只记录符合设计规则的阻力阀值数据及位置数据作为防夹力计算的一部分。

10.如权利要求3所述的基于速度检测的电动天窗自适应防夹方法，其特征在于：还包括步骤4，ECU控制单元判断电机是否转动到指定位置，如果转动到指定位置则结束，如果没有转动到指定位置则重复步骤1-步骤3，直至电机转动到指定位置。