CN106837045B - 一种双通道电流采样车窗纹波防夹系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双通道电流采样车窗纹波防夹系统，其包括：电流采样运放电路，低通滤波电路，处理器，以及电机驱动控制电路，电流采样运放电路通过两个采样通道分别独立的采集车窗上升、下降时车窗驱动电机的工作电流，并进行放大；低通滤波电路对经过放大的电流值进行滤波；处理器基于滤波后的电流值进行防夹计算，以判断是否防夹；电机驱动控制电路根据处理器的控制来驱动车窗驱动电机的运转。本方案能够有效解决纹波防夹在开关关闭后，采样电阻无法采集而产生的丢步问题，从而确保纹波防夹具有更高的可靠性。

Description

一种双通道电流采样车窗纹波防夹系统

技术领域

本发明涉及汽车的电子技术，具体涉及车窗的防夹技术。

背景技术

随着汽车技术的飞速发展，大多数汽车具有一键升窗功能。然而，关于车窗夹伤人的报道也层出不穷，车窗防夹保护也因此被提出。

目前，汽车电动车窗防夹技术主流是霍尔防夹技术和纹波防夹技术。霍尔防夹技术具有高的可靠性，然而却因所用元器件与线束较多，并且需在电机上安装磁环，无疑增加了成本。纹波防夹技术降低了成本和系统复杂度，但却有一个弊端：每当开关关闭，电机存在惯性会继续运转，而此时采样电阻无法采集，会产生丢步。

发明内容

针对汽车电动车窗防夹技术所存在的问题，需要一种新的汽车电动车窗防夹技术。

为此，本发明所要解决的技术问题是提供一种双通道电流采样车窗纹波防夹系统，提高汽车电动车窗防夹的可靠性。

为了解决上述技术问题，本发明提供的双通道电流采样车窗纹波防夹系统包括：

电流采样运放电路，所述电流采样运放电路通过两个采样通道分别独立的采集车窗上升、下降时车窗驱动电机的工作电流，并进行放大；

低通滤波电路，所述低通滤波电路对经过放大的电流值进行滤波；

处理器，所述处理器基于滤波后的电流值进行防夹计算，以判断是否防夹；

电机驱动控制电路，所述电机驱动控制电路根据处理器的控制来驱动车窗驱动电机的运转。

在本防夹系统中，所述电流采样运放电路包括并列设置的车窗上升电流采用电路、车窗下降电流采用电路，两者分别连接车窗驱动电机。

在本防夹系统中，所述车窗上升电流采用电路包括第一继电器、第一采样电阻以及第一运放电路，所述第一继电器的一端连接车窗驱动电机，另一端与第一采样电阻连接，所述第一采样电阻连接于第一运放电路。

在本防夹系统中，所述车窗下降电流采用电路包括第二继电器、第二采样电阻以及第二运放电路，所述第二继电器的一端连接车窗驱动电机，另一端与第二采样电阻连接，所述第二采样电阻连接于第二运放电路。

在本防夹系统中，所述处理器基于采样电流值确定当前电流值和电流纹波数，再基于电流纹波数来确定车窗驱动电机的位置，以此来判断是否防夹。

在本防夹系统中，所述处理器在计算确定电流纹波数时，通过实时采样的电流值进行计算补偿。

在本防夹系统中，所述处理器通过通过构建模拟多种力的合力作为防夹力，并据此形成对应的控制指令，以控制电机驱动控制电路。

本发明提供的车窗纹波防夹方案能够有效解决纹波防夹在开关关闭后，采样电阻无法采集而产生的丢步问题，从而确保纹波防夹具有更高的可靠性；并且本方案还能够有效的保护继电器与电机，延长使用寿命。

再者，本发明提供的车窗纹波防夹方案，其整体硬件电路元器件少，一个处理器同时控制四门窗，节约了生产成本；十二位AD采样精度高；32位处理器处理数据速度快；在解决丢步问题的同时，还具有高速稳定可靠的特性。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明提供的双通道电流采样车窗纹波防夹系统的系统框图；

图2为本发明实例中双通道电流采样车窗纹波防夹系统的电路图；

图3为本发明实例中电流采样运放电路的原理图；

图4为本发明实例中电流纹波图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1，所示为本方案提供的双通道电流采样车窗纹波防夹系统的系统框图。

由图可知，该车窗纹波防夹系统100主要由电流采样运放电路110、低通滤波电路120、处理器130和电机驱动控制电路140配合组成。

其中，电流采样运放电路110连接车窗驱动电机，其通过两个采样通道分别独立的采集车窗上升、下降时车窗驱动电机的工作电流，并进行放大。

低通滤波电路120连接于电流采样运放电路110，用于对经过放大的电流值进行滤波。

处理器130，其连接于低通滤波电路120。该处理器130基于滤波后的电流值进行防夹计算，以判断是否防夹，并形成对应的控制数据。

电机驱动控制电路140受控于处理器130，并驱动连接车窗驱动电机，该电机驱动控制电路140根据处理器的控制来驱动车窗驱动电机的运转，实现防夹。

本双通道电流采样车窗纹波防夹系统中，通过在电流采样运放电路中将上升与下降的采样电阻独立分开，每个车窗的上升与下降采用两个不同的采样通道。这样每当开关关闭时，电流就不会在继电器与电机之间形成回路，从而能够在开关关闭时采样到电流，有效避免产生丢步的问题，从而确保纹波防夹具有更高的可靠性。

针对上述的双通道电流采样车窗纹波防夹系统方案，以下通过一具体实例来说明。

参见图2，其所示为本实例中双通道电流采样车窗纹波防夹系统的具体组成电路。

由图可知，该双通道电流采样车窗纹波防夹系统具体为相应的电路，主要由继电器1、采样电阻2、电阻3、电阻4、电阻5、运算放大器6、电阻7、电阻8、电容9、32为处理器10、继电器11、采样电阻12、电阻13、电阻14、电阻15、运算放大器16、电阻17、电阻18、电容19、Mos管20、Mos管21配合构成。

其中，继电器1的一端连接车窗驱动电机22，另一端连接采样电阻2的一端和电阻4的一端，采样电阻2的另一端接地；电阻4的另一端连接运算放大器6的同相输入端，电阻3的一端连接运算放大器6的反相输入端，另一端接地；电阻5的一端连接运算放大器6的同相输入端，另一端接地；运算放大器6的输出端连接电阻7和电阻8的一端，电阻7的另一端连接运算放大器6的反相输入端，电阻8的另一端连接到电容9的一侧和32为处理器10一输入端，电容9的另一侧接地。

继电器11的一端连接车窗驱动电机22，另一端连接采样电阻12的一端和电阻14的一端，采样电阻12的另一端接地；电阻14的另一端连接运算放大器16的同相输入端，电阻13的一端连接运算放大器16的反相输入端，另一端接地；电阻15的一端连接运算放大器16的同相输入端，另一端接地；运算放大器16的输出端连接电阻17和电阻18的一端，电阻17的另一端连接运算放大器16的反相输入端，电阻18的另一端连接到电容19的一侧和32为处理器10另一输入端，电容19的另一侧接地。

32为处理器10的一输出端连接Mos管20的G端，Mos管20的S端接地，Mos管20的D端连接到继电器1；32为处理器10的另一输出端连接Mos管21的G端，Mos管21的S端接地，Mos管21的D端连接到继电器11。

进一步参见图3，据此构成的通道电流采样车窗纹波防夹电路中，继电器1、采样电阻2以及由电阻3、电阻4、电阻5、运算放大器6以及电阻7构成的第一运放电路连接配合构成车窗上升电流采用电路，作为用于第一采样通道，采用车窗上升时车窗驱动电机的工作电流并进行放大；同时由采样电阻2采样车窗下降过程中开关关闭后的电流纹波。

而继电器11、采样电阻12以及由电阻13、电阻14、电阻15、运算放大器16以及电阻17构成的第二运放电路连接配合构成车窗下降电流采用电路，作为用于第二采样通道，采用车窗下降时车窗驱动电机的工作电流并进行放大；同时由采样电阻12采样车窗上升过程中开关关闭后的电流纹波。

由此构成的车窗上升电流采用电路和车窗下降电流采用电路，两者之间并列设置构成电流采样运放电路。

再者，在上述双通道电流采样车窗纹波防夹电路中，电阻8与电容9配合构成第一低通滤波电路，连接车窗上升电流采用电路和32为处理器10，对该电路采集并放大车窗上升时车窗驱动电机的工作电流进行滤波。

同时，电阻18与电容19配合构成第二低通滤波电路，连接车窗下降电流采用电路和32为处理器10，对该电路采集并放大车窗下降时车窗驱动电机的工作电流进行滤波。

再者，在上述通道电流采样车窗纹波防夹电路中，Mos管20与继电器1配合构成第一电机驱动控制电路，连接电机22和32为处理器10，在32为处理器10的控制下驱动电机22运转。

同时，Mos管21与继电器11配合构成第二电机驱动控制电路，连接电机22和32为处理器10，在32为处理器10的控制下驱动电机22运转。

由此，本实例提供的双通道电流采样车窗纹波防夹电路中，主要包括电流采样运放电路、低通滤波电路、32位处理器以及电机驱动控制电路。

该防夹电路进行防夹控制的工作流程如下：

首先由电流采样电路分别独立的实时采集车窗上升、下降时车窗驱动电机的工作电流，并进行放大；

接着，由低通滤波电路对采集到的电流值进行滤波后，输送到32位处理器处理；

接着，在经过32位处理器处理，得到两个参数：电流纹波数以及当前电流值，32位处理器利用这两个参数来计算判断是否防夹。

然后，32位处理器处理通过电机驱动控制电路控制电机的运转。如出现防夹，则处理器控制电机停止，并反转下降一段安全距离。

其中，电流采样运放电路是整个电路中最重要的部分之一，它的性能决定了采样纹波的可靠性以及位置的准确性。

为此，如图2和图3所示，本实例中电流采样运放电路采用两个不同的采样通道，将上升与下降的采样电阻与运放电路独立分开，同时相应的继电器一端接电机，另一端接到采样电阻。这样每当开关关闭时，电流就不会在继电器与电机之间形成回路，从而能够在开关关闭时采样到电流纹波，几乎不会产生丢步问题。具体下：

参见图3，车窗上升时，继电器11闭合，接通12V电源B，电流从继电器11的12V依次流经电机22→继电器1→采样电阻2→地A；

车窗上升过程中开关关闭，残留电流就会如图3中尖头B所指，从采样电阻12流到地B，通过采样电阻12就能采样到开关关闭后的电流纹波，也就不会产生丢步。再者，车窗上升开关关闭后采样到的残留电流纹波如图4所示。

车窗下降时，则情况相反，继电器1闭合，接通12V电源A，电流从继电器1的12V依次流经电机22→继电器11→采样电阻12→地B；

车窗下降过程中开关关闭，残留电流就会如图3中尖头A所指，从采样电阻2流到地A，通过采样电阻2就能采样到开关关闭后的电流纹波，也就不会产生丢步。

其中，32位处理器是整个电路中数据处理和控制中心，完整整个电路的运行控制。

在本电路中，每当电机运转时，电流采样运放电路就会进行采样。32位处理器进行差分运算，根据采样得到的电流值得到纹波数，从而知道电机位置。

另外需要指出的，如果车窗在上升或下降过程中，多次停顿，一般纹波防夹车窗的电机位置误差就会越来越大，而本方案由于采用双通道独立采样方法很好的抑制了误差的产生。

同时，本32位处理器在处理过程中，利用实时采样的电流与电压进行算法计算补偿，将纹波防夹的位置精确度提高到一个新的高度。

本32位处理器将进一步基于电流纹波数以及当前电流值这两个参数来判断是否防夹，并以此来驱动电机驱动控制电路来控制电机的运转。

本32位处理器具体通过构建模拟多种力的合力作为防夹力，当模拟外力大于此防夹力时就会出现防夹反转，这样使车窗具有较强的抗干扰性与可靠性，对不同环境具有自适应性。

这里的防夹力的合力包括了冲击力、车窗玻璃与胶条之间的摩擦力、颠簸路面的补偿力、电机启动力、车窗速度的惯性力等。而外力为当前力与构建的跟踪力之差。

据此，本实例提供的双通道电流采样车窗纹波防夹电路，其在实际应用时，整个控制过程分为两个部分：参数的设定与学习和车窗的正常工作与控制。

由于不同的车窗具有不同的高度，由此需要实际测量车窗的高度输入进电路，进行参数的设定。车窗在生产出厂时，首次运转并不具备防夹功能，要进行学习初始化。此时，车窗只能手动。当车窗从顶部运行到底部，再从底部运行到顶部实现初始化过程，也就具备了防夹功能。当车窗快速上升到防夹区内，碰到障碍物会停止并反转到安全距离。而当碰到的障碍物产生的力缓慢变大时，防夹力也会随之变大，这样就适应了因胶条老化等环境影响。

通过上述实例可见，本方案提供的双通道电流采样车窗纹波防夹系统相对于现有的纹波防夹电路方案，能够最大程度上的抑制开关关闭时电机产生的丢步，解决纹波防夹的通病问题。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.双通道电流采样车窗纹波防夹系统，其特征在于，所述防夹系统包括：

电流采样运放电路，所述电流采样运放电路通过两个采样通道分别独立的采集车窗上升、下降时车窗驱动电机的工作电流，并进行放大；所述电流采样运放电路中将上升与下降的采样电阻独立分开，每个车窗的上升与下降采用两个不同的采样通道，使得开关关闭时，电流就不会在继电器与电机之间形成回路，从而能够在开关关闭时采样到电流；

低通滤波电路，所述低通滤波电路对经过放大的电流值进行滤波；

处理器，所述处理器基于滤波后的电流值进行防夹计算，以判断是否防夹；

电机驱动控制电路，所述电机驱动控制电路根据处理器的控制来驱动车窗驱动电机的运转。

2.根据权利要求1所述的双通道电流采样车窗纹波防夹系统，其特征在于，所述电流采样运放电路包括并列设置的车窗上升电流采用电路、车窗下降电流采用电路。

3.根据权利要求2所述的双通道电流采样车窗纹波防夹系统，其特征在于，所述车窗上升电流采用电路包括第一继电器、第一采样电阻以及第一运放电路，所述第一继电器与第一采样电阻连接，所述第一采样电阻连接于第一运放电路。

4.根据权利要求2所述的双通道电流采样车窗纹波防夹系统，其特征在于，所述车窗下降电流采用电路包括第二继电器、第二采样电阻以及第二运放电路，所述第二继电器与第二采样电阻连接，所述第二采样电阻连接于第二运放电路。

5.根据权利要求1所述的双通道电流采样车窗纹波防夹系统，其特征在于，所述处理器基于采样电流值确定当前电流值和电流纹波数，再基于电流纹波数来确定车窗驱动电机的位置，以此来判断是否防夹。

6.根据权利要求1所述的双通道电流采样车窗纹波防夹系统，其特征在于，所述处理器在计算确定电流纹波数时，通过实时采样的电流值进行计算补偿。

7.根据权利要求1所述的双通道电流采样车窗纹波防夹系统，其特征在于，所述处理器通过通过构建模拟多种力的合力作为防夹力，并据此形成对应的控制指令，以控制电机驱动控制电路。