CN106899255A - 一种闭合部件防夹检测方法及装置 - Google Patents

一种闭合部件防夹检测方法及装置 Download PDF

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CN106899255A CN201710203125.8A CN201710203125A CN106899255A CN 106899255 A CN106899255 A CN 106899255A CN 201710203125 A CN201710203125 A CN 201710203125A CN 106899255 A CN106899255 A CN 106899255A
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Abstract

本发明公开了一种闭合部件防夹检测方法及装置，所述方法包括：实时获取PWM信号的占空比和电机的转速；判断第一时刻的占空比是否大于或等于预设最大占空比；若是，则根据所述电机的转速变化，确定等效占空比；根据所述等效占空比和预先得到的无障碍占空比，获得所述闭合部件在所述第一时刻的防夹力；比较所述防夹力与预先得到的防夹力阈值；当所述防夹力大于所述防夹力阈值时，发送防夹信号，所述防夹信号用于控制所述电机停止或反转。本发明使用PWM占空比信号作为判断闭合部件阻力变化的依据，即使在占空比饱和时仍能够准确得出闭合部件的防夹力，无需增加额外的电流采样电路来判断闭合部件是否遇到障碍物的阻碍，降低了硬件成本。

Description

一种闭合部件防夹检测方法及装置
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种闭合部件防夹检测方法及装置。
背景技术
随着汽车电子系统的发展，微控制器(MCU)的性能与功能也越发强大，车辆的闭合部件也由早期的人力驱动，逐渐发展为使用开关来控制电机启停驱动。得力于传感器与控制器的高度集成化，为了提升乘坐者的舒适与便利性，使得对于控制系统提出了更高的要求，即一键开关的功能，使得只需要一次按键就可以使系统运行到指定的位置。但是由于闭合部件在闭合过程中是不需要用户持续施加命令的，这就对于安全性能提出了更高的要求，需要控制系统能够检测出障碍物，做出防夹反转的判断。
目前，对闭合部件的控制主要是使用继电器来控制驱动电机正反转与启停。而随着功率器件的发展，在高端产品中逐渐使用固态MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField Effect Transistor,金属氧化物半导体场效应晶体管)开关来代替传统继电器开关以获取更长的寿命、更小的噪声等效果。并且，得益于电力半导体原件的高度集成化和功率三极管优秀的开关特性，使用全控电力半导体器件组成的PWM(Pulse-Width Modulation，脉冲宽度调制)驱动系统控制输入电机的电压，可以实现对于电机转速的调节，能够控制电机运行于设定的恒定转速，从而带来最优化的用户体验。
防夹检测，即检测闭合部件运动轨迹上的障碍物，主要运用在需要具备一键自动关闭功能的车窗、天窗和后备尾门等闭合部件上，一般以闭合部件的防夹力来进行判断。对于传统的继电器控制方案，即开环控制方案，电机转速是随着供电电源的电压及负载大小而随之变化的，这使得在不同电压下防夹力的一致性很难保证，并且对于不同硬度的物体防夹力的差异也无法控制。而对于闭环调速控制系统，电机转速变化又不能够准确的反映出电机闭合部件系统阻力特性的变化。
现有技术方案是通过采集电机运行的电流来实现防夹检测。具体的，当闭合部件遇到障碍物时，电机的电流会增大；当检测到的电流增大量超过预设的阈值时，说明闭合部件遇到障碍物，则发送控制命令控制电机反转。但该技术方案需要额外的电流采样电路，增加了硬件成本。
发明内容
为了解决现有技术中硬件成本增加的问题，本发明提供了一种闭合部件防夹检测方法及装置。
本发明实施例提供的闭合部件防夹检测方法，包括：
实时获取PWM信号的占空比和电机的转速，所述PWM信号用于控制所述电机转动以带动闭合部件动作；
判断第一时刻的占空比是否大于或等于预设最大占空比；
若是，则根据所述电机的转速变化，确定等效占空比；其中，所述转速变化为所述电机在第二时刻的转速与所述电机在第一时刻的转速之差，所述第二时刻早于所述第一时刻，所述第二时刻的占空比大于或等于所述预设最大占空比，所述第三时刻的占空比小于所述预设最大占空比，所述第三时刻是与所述第二时刻相邻的前一时刻；当所述PWM信号的占空比等于所述等效占空比且所述电机转速为目标转速时，所述电机的电磁转矩等于所述第一时刻所述电机的电磁转矩；
根据所述等效占空比和预先得到的无障碍占空比，获得所述闭合部件在所述第一时刻的防夹力；
比较所述防夹力与预先得到的防夹力阈值；
当所述防夹力大于所述防夹力阈值时，发送防夹信号，所述防夹信号用于控制所述电机停止或反转。
可选的，所述根据所述电机的转速变化，确定等效占空比，具体包括：
依据公式得到所述等效占空比D等效；
其中，Ke为所述电机的感应电动势系数，Φ为所述电机的磁通量，D0为所述预设最大占空比，Uin为所述电机的输入电压，Δω为所述转速变化。
可选的，所述方法还包括：
若所述第一时刻的占空比小于所述预设最大占空比，则根据所述第一时刻的占空比和所述无障碍占空比，获得所述防夹力。
可选的，所述电机通过蜗杆齿轮传动系统带动所述闭合部件移动，获得所述防夹力的方法，具体为：
获取生成所述PWM信号的电源电压；
依据公式得到所述防夹力Fobstacle；
其中，i为所述蜗杆齿轮传动系统中涡轮蜗杆的传动比；l为所述蜗杆齿轮传动系统中齿轮齿条的啮合半径；η为所述涡轮蜗杆的传动效率；Ke为所述电机的感应电动势系数；Ω为所述电机的预设目标转速；U为所述电源电压；D'为所述无障碍占空比；Ra为电枢等效电阻；当所述第一时刻的占空比小于所述预设最大占空比时，D”为所述第一时刻的占空比；当所述第一时刻的占空比大于或等于所述预设最大占空比时，D”为所述等效占空比。
可选的，在获得所述防夹力之前，所述方法还包括：
获得所述闭合部件在所述第一时刻的开关度；
根据所述开关度，从无障碍占空比集合中确定所述无障碍占空比；所述无障碍占空比集合保存有开关度与无障碍占空比的对应关系。
可选的，在比较所述防夹力与所述防夹力阈值之前，所述方法还包括：
获取影响因素在所述第一时刻的参数集合以及所述闭合部件在所述第一时刻的开关度；所述影响因素影响所述闭合部件的开关度与所述PWM信号的占空比之间的对应关系；
以所述参数集合中至少一个参数为依据，从至少两个预先标定的防夹力阈值中确定所述防夹力阈值。
可选的，所述方法还包括：
当所述防夹力小于或等于所述防夹力阈值且所述第一时刻的占空比小于所述预设最大占空比时，判断所述参数集合中每个参数是否均满足相应的预设要求；
当所述每个参数均满足所述相应的预设要求时，根据所述开关度和所述第一时刻的占空比更新所述无障碍占空比集合。
本发明实施例提供的闭合部件防夹检测装置，包括：参数获取模块、第一判断模块、等效获取模块、力获取模块、比较模块和信号发送模块；
所述参数获取模块，用于实时获取PWM信号的占空比和电机的转速，所述PWM信号用于控制所述电机转动以带动闭合部件动作；
所述第一判断模块，用于判断第一时刻的占空比是否大于或等于预设最大占空比；
所述等效获取模块，用于当所述第一判断模块的判断结果为是时，根据所述电机的转速变化，确定等效占空比；其中，所述转速变化为所述电机在第二时刻的转速与所述电机在第一时刻的转速之差，所述第二时刻早于所述第一时刻，所述第二时刻的占空比大于或等于所述预设最大占空比，所述第三时刻的占空比小于所述预设最大占空比，所述第三时刻是与所述第二时刻相邻的前一时刻；当所述PWM信号的占空比等于所述等效占空比且所述电机转速为目标转速时，所述电机的电磁转矩等于所述第一时刻所述电机的电磁转矩；
所述力获取模块，用于根据所述等效占空比和预先得到的无障碍占空比，获得所述闭合部件在所述第一时刻的防夹力；
所述比较模块，用于比较所述防夹力与预先得到的防夹力阈值；
所述信号发送模块，用于当所述比较模块的比较结果为所述防夹力大于所述防夹力阈值时，发送防夹信号，所述防夹信号用于控制所述电机停止或反转。
可选的，所述等效获取模块，具体用于：
依据公式得到所述等效占空比D等效；
其中，Ke为所述电机的感应电动势系数，Φ为所述电机的磁通量，D0为所述预设最大占空比，Uin为所述电机的输入电压，Δω为所述转速变化。
可选的，所述力获取模块，还用于当所述第一判断模块的判断结果为否时，根据所述第一时刻的占空比和所述无障碍占空比，获得所述防夹力。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
本发明实施例提供的闭合部件防夹检测方法及装置，在输出PWM信号控制电机转动带动闭合部件运动的过程中，实时获取该PWM信号的占空比以及电机的转速。PWM信号在第一时刻的占空比大于或等于预设最大占空比时，占空比饱和，即使闭合部件的阻力增加引起电机转速下降PWM信号的占空比仍然保持预设最大占空比输出，则根据电机的转速变化(即从占空比饱和时刻开始电机转速的变化量)，以与第一时刻电机负载相同、电机的电磁转矩不变为依据，假设占空比无限制，确定电机以目标转速动作时的等效占空比，根据等效占空比和预先得到的无障碍占空比获得闭合部件在第一时刻的防夹力，即闭合部件在运动过程中除摩擦力和风阻力之外受到的阻力。当占空比不饱和时，根据第一时刻的占空比和预先得到的无障碍占空比获得闭合部件在第一时刻的防夹力。然后，比较防夹力与预先得到的防夹力阈值的大小，其中防夹力阈值代表了闭合部件正常工作时其受到的除摩擦力和风阻力之外阻力。当防夹力大于防夹力阈值时，发送防夹信号以控制电机停止或反转，防止闭合部件在运动过程中夹住异物。本发明实施例使用PWM信号的占空比作为判断闭合部件阻力变化的依据，即使在占空比饱和时仍能够准确得出闭合部件的防夹力，无需增加额外的电流采样电路来判断闭合部件是否遇到障碍物的阻碍，降低了硬件成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为现有的电机传动结构示意图；
图2为占空比未饱和时电机转速与PWM信号占空比的特性曲线；
图3为占空比饱和时电机转速与PWM信号占空比的特性曲线；
图4为本发明提供的闭合部件防夹检测方法实施例的流程示意图；
图5为闭合部件受力情况的示意图；
图6为本发明提供的闭合部件防夹检测装置实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1举例示出了闭合部件驱动结构，即电机传动结构。电机10转动通过电机轴20带动与其连接的蜗杆30。蜗杆30进而带动齿轮40以使闭合部件50动作。现有的电机闭环控制方法，通过使用全控电力半导体器件组成的PWM驱动系统控制输入电机10的电压而实现对于电机10转速的调节。PWM控制是以控制方波占空比的形式来控制电机10的输入电压，从而大于或等于控制电机10转速的目的。当电机10的转速与目标转速存在偏差时，就会随之调节PWM信号的占空比从而使电机10的转速保持在目标转速。相比较开环控制，闭环控制不仅能够增加用户的舒适性(稳定的转速带来的更小的噪声)，还能够提高防夹系统的防夹性能，避免不同转速下防夹力的不一致性，从而带来最优化的用户体验。然而，对于闭环调速控制来说，电机10的转速变化不能够准确的反映出闭合部件50阻力的变化。因此，需要通过采用一个新的特征作为防夹检测的依据，即一种新的防夹检测的方法。
一种现有的防夹检测方法是以电机10运行的电流为依据进行判断的。当闭合部件50遇到障碍物时，电机10的电流会增大。因此，若检测电机10的电流增大量超过阈值，则控制电机10反转。但该方案需要额外的电流采样电路，增大硬件成本。
为此，本发明实施例给出了一种基于PWM信号占空比的、适用于闭环控制系统的防夹检测方法及装置。从图2所示的电机10转速与PWM信号占空比的特性曲线可看出，当闭合部件50遇到障碍物时，闭环控制系统会增大PWM信号的占空比以使闭合部件50维持在恒定的目标速度。这样，当检测PWM信号占空比的变化超过设定的阈值时，说明闭合部件50在移动过程中遭遇到障碍物的阻碍，给出命令来控制电机10停止或反转，从而实现防夹。然而，在进行占空比调整时，理想状态下占空比的实际值不会大于100％，而受控制设备的限制，其所能达到的预设最大占空比还可能会小于100％。当占空比未饱和(即占空比小于预设最大占空比)时，可以通过上述方法实现对闭合部件的防夹检测。而当占空比饱和(即占空比大于或等于预设最大占空比)时，即使闭合部件50的阻力增大引起电机10转速下降，PWM信号的占空比仍保持在预设最大占空比。此时，电机10转速占空比的特性曲线如图3所示。为了实现防夹检测，则需要根据电机10的转速变化，假设占空比没有限制，确定闭合部件50受力状态不变、电机转速不变时，PWM信号的等效占空比。以等效占空比为依据确定占空比的变化是否超过设定的阈值，来判断闭合部件50在移动过程中是否遭遇到障碍物的阻碍，给出命令来控制电机10停止或反，从而实现防夹。可以理解的是，本发明实施例提供的基于PWM信号占空比的、适用于闭环控制系统的防夹检测方法无需添加额外的电流采样电路，从而可节约硬件成本。
基于上述思想，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面以闭合部件是车辆的天窗为例结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
方法实施例：
参见图4，该图为本发明实施例提供的闭合部件方剂检测方法实施例的流程示意图。
本实施例提供的闭合部件防夹检测方法，包括：
S401：实时获取PWM信号的占空比和电机的转速，所述PWM信号用于控制所述电机转动以带动闭合部件动作。
PWM控制是通过控制方波的占空比来控制电机输入电压，从而达到控制电机转速的目的。当电机的实际转速与目标转速存在偏差时，转速控制器就会随之调节PWM信号占空比从而使电机转速保持在目标转速。
转速控制的目的是为了使电机稳定的运行在一个预设的转速下带动天窗运动，通过控制电机的转速来达到更好的舒适性与防夹性能。合理的转速可以带来更小的震动与噪声，同时在电机启动与关闭过程中可以加入软启动和软停止(软启动和软停止是指在启动及停止的过程中均匀的上升和下降)的功能来解决或减小系统的异响。由于系统采用PWM控制电机输入电压的方式来进行转速调节，引入了一个新的控制量—占空比，在不增加硬件成本的同时使得防夹检测的设计可以更加灵活。
可以理解的是，电机的转速可以根据接收到的霍尔传感器根据电机转子位置生成的霍尔信号得到。根据接收到的霍尔信号的个数和时间，可以确定出电机的转速。
S402：判断第一时刻的占空比是否大于或等于预设最大占空比；若是，则执行步骤S403。
这里需要说明的是，预设最大占空比为电机控制系统所能输出的最大占空比。一般，预设最大占空比为100％，然而在某些情况下，受控制设备以及实际设定的影响，PWM信号的占空比最大值无法到达100％。本领域技术人员可以根据实际情况具体设定预设最大占空比，这里不再一一列举。
当第一时刻的占空比未饱和，即第一时刻的占空比小于预设最大占空比(预设的控制系统可以输出的最大占空比)时，可以直接通过占空比的变化来判断天窗是否受到障碍物的阻碍。而当第一时刻的占空比饱和，即第一时刻的占空比等于预设最大占空比时，即使闭合部件的阻力增大引起电机转速下降，PWM信号的占空比无法超过预设最大占空比。为了实现占空比饱和时的防夹检测，假设占空比无限制且闭合部件受力不变，利用从占空比饱和时刻开始电机的转速变化，得到保持电机以目标转速动作所需的占空比(即等效占空比)。然后，以等效占空比为依据，确定PWM信号占空比的变化是否超过设定的阈值，以此来判断闭合部件在移动过程中是否遭遇到障碍物的阻碍。
S403：根据所述电机的转速变化，确定等效占空比。
其中，所述转速变化为所述电机在第二时刻的转速与所述电机在第一时刻的转速之差，所述第二时刻早于所述第一时刻，所述第二时刻的占空比大于或等于所述预设最大占空比，所述第三时刻的占空比小于所述预设最大占空比，所述第三时刻是与所述第二时刻相邻的前一时刻；当所述PWM信号的占空比等于所述等效占空比且所述电机转速为目标转速时，所述电机的电磁转矩等于所述第一时刻所述电机的电磁转矩。
可以理解的是，PWM信号的占空比从第二时刻开始饱和，第一时刻的占空比饱和且电机转速低于期望的目标转速，而在与第二时刻相邻的前一时刻，即第三时刻，PWM信号的占空比未饱和。在以等效占空比输出PWM信号控制电机以目标转速动作时电机的电磁转矩等于在第一时刻电机的电磁转矩。
天窗平稳运行时，电机的电枢电流不变，由直流电机的电势平衡方程可得出电机输出转矩平衡方程：
其中，Eb-emf＝KeΦω，Uin＝UDPWM，Te为电机电磁转矩，ω为电机转速，U为电源电压，Uin为电机输入电压，Eb-emf为电枢反电动势，Ra为电枢等效电阻(包括绕组电阻、热敏电阻、电源内阻及其它回路电阻等)，Kt为转矩系数，Ke为感应电动势系数，Φ为电机磁通量，DPWM为PWM信号的占空比。
假设天窗稳定运行时，天窗所受的阻力是固定的，忽略电机内部摩擦消耗，即电机输出的转矩Te固定，Uin-Eb-emf为定值。当电机输入电压Uin过小或期望的目标转速过大时，会出现PWM信号占空比饱和的情况。当占空比输出饱和时，电机的转速必然是低于目标转速的，并且此时电机转速是随着负载的变化而变化的。因此，当占空比饱和时，需根据电机的转速变化来拟合出占空比无限制、非饱和状态下的等效占空比，从而确定出占空比的变化。
作为一个示例，步骤S403具体包括：依据以下公式(2)，得到所述等效占空比D等效；
其中，Ke为所述电机的感应电动势系数，Φ为所述电机的磁通量，D0为所述预设最大占空比，Uin为所述电机的输入电压，Δω为所述转速变化。
在实际操作过程中，电机的转速变化可以根据每两个相邻采样点之间的转速差异，从占空比输出饱和时(即第二时刻)的转速与下一个采样点的转速差开始，累加得到。具体的，
其中，ω0为上述第二时刻电机的转速，ωk为第一时刻电机的转速，ωx为第二时刻与第一时刻之间第x个采样点采样得到的电机转速。
公式(2)可以根据以下过程推导得出：
首先，由公式(1)可知，在占空比饱和、天窗未到受障碍物阻碍时，电机的电磁转矩Te1为：
其中，ω'为占空比饱和、天窗未到受障碍物阻碍(第二时刻)时电机转速。
而在占空比饱和、天窗受到障碍物阻碍时，电机的输入电压不变、转速下降，其电磁转矩Te2变为：
其中，ω”为占空比饱和、天窗受到障碍物阻碍(第一时刻)时电机转速。
结合公式(4)和公式(5)，可得出障碍物带来的电机电磁转矩变化ΔTe：
其次，当占空比未饱和时，由于采用闭环控制，电机转速依然会保持在目标转速。当防夹事件发生、天窗受到障碍物阻碍时，为使电机大于或等于目标转速，PWM信号的占空比会改变。
假定电机的转速由于闭环转速控制而保持不变，可得障碍物带来的电磁转矩变化ΔTe为：
其中，D等效为第一时刻PWM信号的等效占空比，D0为预设最大占空比。
最后，假设天窗受到障碍物的阻力不变，结合公式(6)和公式(7)，得到以下公式(8)。由以下公式(8)，可以推导出公式(2)。
其中，Δω＝ω'-ω”为从占空比开始饱和的时刻开始电机的转速变化，ω'为第二时刻电机的转速，ω”为第一时刻电机的转速。
S404：根据所述等效占空比和预先得到的无障碍占空比，获得所述闭合部件在所述第一时刻的防夹力。
在本实施例的一些可能的实现方式中，若在步骤S402中的判断结果为否，即占空比未饱和时，则根据所述第一时刻的占空比和所述无障碍占空比，获得所述防夹力。
由于天窗的受力情况受到车况(如车速和装置老化)以及天气因素(如气温和风速等)的影响，因此需要根据在相同情况下天窗系统无障碍正常运行时的占空比数据(即无障碍占空比)来判断在第一时刻天窗的运行状况。
在本实施例的一些可能的实现方式中，为了提高防夹检测的准确性，所述方法在获得防夹力之前还可以包括获取无障碍占空比的步骤，具体包括：获得所述闭合部件在所述第一时刻的开关度；根据所述开关度，从无障碍占空比集合中确定所述无障碍占空比；所述无障碍占空比集合保存有开关度与无障碍占空比的对应关系。
可以理解的是，闭合部件的开关度可以根据接收到的霍尔传感器以电机转子位置为依据生成的霍尔信号得到。根据接收到的霍尔信号的个数，可以得出电机转子转动的角度，又已知电机的结构以及电机与闭合部件之间的传导关系，可确定出闭合部件(如天窗)的开关度，得到其第一时刻的开关度。
在天窗的正常无障碍移动过程中，受各种因素的影响不同的开关度时天窗的受力情况会存在差异，电机的负载随之变化。为了使电机以预设的目标转速运动，PWM信号的占空比也会随之变化，如图2中PWM信号占空比集合所示。因此，开关度与PWM信号占空比之间存在有对应关系，无障碍占空比集合中保存有闭合部件开关度与无障碍占空比这一对应关系，需要根据天窗在第一时刻的开关度从无障碍占空比集合中确定天窗在该开关度时电机正常运转所需的PWM信号占空比，即无障碍占空比。
需要说明的是，为了节省存储介质，如EEROM(Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器)的存储空间，在存储无障碍占空比集合时，可以将天窗在相邻两段开关度的占空比之间的差值存储在EEROM中，相当于存储了占空比的微分。在以天窗开关度为依据确定无障碍占空比时，通过数据重建，将天窗在占空比未饱和(具体开关度根据EEROM中存储的占空比微分情况确定)时获得的占空比与相应的一个或多个开关度段的差值进行求和，从而得到天窗在该开关度时的无障碍占空比。
通过上述获取无障碍占空比的步骤，就能准确的得知在无障碍的情况下天窗移动到开关度时对应的PWM信号占空比，即无障碍占空比。由于PWM信号的占空比与其输出至电机的功有关，因此根据等效占空比或第一时刻的占空比和无障碍占空比的区别，可以得出第一时刻为了使电机以预设的转速运动PWM信号输出功的变化，进而可以推导出电机的负载变化以及天窗的实际受力情况，得到天窗的防夹力(为克服天窗在运动过程中除摩擦力和风阻力之外受到的阻力所施加的力)。
作为一个示例，获得所述防夹力的方法，具体为：获取生成所述PWM信号的电源电压；依据以下公式(9)，得到所述防夹力Fobstacle；
其中，i为所述蜗杆齿轮传动系统中涡轮蜗杆的传动比；l为所述蜗杆齿轮传动系统中齿轮齿条的啮合半径；η为所述涡轮蜗杆的传动效率；Ke为所述电机的感应电动势系数；Ω为所述电机的预设目标转速；U为所述电源电压；D'为所述无障碍占空比；Ra为电枢等效电阻；当所述第一时刻的占空比小于所述预设最大占空比时，D”为所述第一时刻的占空比；当所述第一时刻的占空比大于或等于所述预设最大占空比时，D”为所述等效占空比。
图5示出了天窗的受力情况。
当天窗正常运动时，天窗的防夹力Fobstacle＝0，天窗的受力平衡公式为：
Fm＝Ff+Fv+Fw (10)
其中，Fm为电机提供给天窗的驱动力，Ff为天窗系统的摩擦力，Fv为天窗震动造成天窗阻力增加的部分，Fw为天窗所受风阻阻力。
当天窗遇到障碍物时，天窗的受力平衡公式为：
Fm'＝Ff+Fv+Fw+Fobstacle (11)
结合公式(10)和公式(11)可知，
Fobstacle＝Fm'-Fm (12)
从图1中可看出，蜗杆齿轮传动系统将电机输出的转矩转换为天窗往返运动的驱动力，因此，
其中，Fm为齿条用于驱动天窗运动的驱动力，l为齿轮齿条啮合半径，i为蜗轮蜗杆的传动比，η为蜗轮蜗杆的传动效率。
假设天窗在正常运行和遇到障碍物时的运动状态相同，电机输出扭矩的变化完全是由障碍物引起的。则由上面的公式(12)和公式(13)结合公式(1)可得出公式(9)。
S405：比较所述防夹力与预先得到的防夹力阈值。
可以理解的是，防夹力阈值表征了天窗正常运动时防夹力的大小。
由于在天窗的实际运行过程中，会受到不同程度的外界干扰，例如电源电压波动、气温变化以及车辆高速行驶过程中风阻、震动带来的阻力特性的变化等。因此，天窗在不同外界和内部环境中正常运动所需的防夹力不同，不同外界和内部环境影响开关度与PWM信号占空比之间的对应关系。为了提高防夹检测的准确性，需要在占空比未饱和的情况下，依据影响因素在第一时刻的参数集合(如温度、风速、障碍物的硬度、天窗运动的开关度、电源电压等)根据经验标定天窗在不同开关度不同影响因素下的防夹力阈值。
具体的，在本实施例的一些可能的实现方式中，在步骤S405之前还包括：获取影响因素在所述第一时刻的参数集合以及所述闭合部件在所述第一时刻的开关度；所述影响因素影响所述闭合部件的开关度与所述PWM信号的占空比之间的对应关系；以所述参数集合中至少一个参数为依据，从至少两个预先标定的防夹力阈值中确定所述防夹力阈值。
然后，通过比较得到的防夹力与防夹力阈值来判断天窗是否处于正常工作状态，即天窗是否遇到障碍物。当防夹力大于防夹力阈值时，代表了天窗系统需提供更大的力以促使天窗运行状态正常，说明天窗遇到了障碍物，需触发防夹策略。
S406：当所述防夹力大于所述防夹力阈值时，发送防夹信号，所述防夹信号用于控制所述电机停止或反转。
在本实施例的一些可能的实现方式中，所述方法还包括以下步骤：
首先，当所述防夹力小于或等于所述防夹力阈值且所述第一时刻的占空比小于所述预设最大占空比时，判断所述参数集合中每个参数是否均满足相应的预设要求；其次，当所述每个参数均满足所述预设要求时，根据所述开关度和所述第一时刻的占空比更新所述无障碍占空比集合。
当防夹力小于或等于防夹力阈值时，说明天窗处于正常运动状态。然而，随着装置老化等因素的影响，天窗系统在正常运行过程中的防夹力也会随之变化。因此，为了后续防夹判断的准确性，可以根据占空比未饱和时天窗在第一时刻的实际运行状态，更新无障碍占空比集合，以提高防夹力计算的准确性和防夹力阈值标定及确定的准确性。
举例而言，所述影响因素可以包括环境条件、气候变化、装置老化等多种变量以及扰动下的阻力特性变化等。这些影响因素都会对闭合部件的开关度与PWM信号的占空比之间的对应关系造成影响。
需要说明的是，由于某些特别的影响因素可能是在一定情况下对天窗的运行造成影响，如车速、电源电压突变和气温异常等，但天窗在一般条件下实际的正常运行的状态其实没有变化；而有些影响因素会长期的、多次的对其受力情况造成影响，如装置老化等。因此，需要根据实际情况，有选择的对无障碍占空比集合进行更新。具体的，根据实际情况，即判断影响因素的参数是否均满足相应的预设要求，即确定天窗是否在一般正常条件下运行。
当参数集合中每个参数均满足相应的预设要求时，说明在第一时刻天窗的运行状态会多次出现，可以为后续判断天窗的防夹力提供依据。此时，根据第一时刻天窗的开关度和所述第一时刻的占空比更新所述无障碍占空比集合，以获得准确的无障碍占空比，进而得到准确的防夹力。
举例而言，若获取到的参数集合包括温度、车速和电源电压时，当温度低于0摄氏度、车速不为0、电源电压大于16V或电源电压小于9.5V时，天窗处于特殊的运行状态，为保证无障碍占空比的准确性，就不更新无障碍占空比集合。只有当温度大于0摄氏度、车速为0、电源电压在9.5V至16V之间时，才根据天窗在第一时刻的开关度和所述第一时刻的占空比更新所述无障碍占空比集合。当然，本领域技术人员也可以根据实际情况和具体需求，确定何时可以更新无障碍占空比集合，再以此为依据来具体设定参数需满足的预设要求，还可以根据实验确定出预设要求的具体条件，这里不再一一列举。
可以理解的是，当EEROM中存储的是占空比的微分(即天窗在相邻的两个开关度时占空比的差值)时，是根据天窗在第一时刻的开关度和第一时刻的占空比更新天窗在第一时刻的开关度和前一开关度之间以及天窗在第一时刻的开关度和后一开关度之间的差值。
这样，在闭合部件的整个生命周期中，都能够得到闭合部件在正常运行时保存有闭合部件开关度与PWM信号占空比对应关系的无障碍占空比集合，该无障碍占空比集合可以通过如图2所示的PWM信号占空比曲线来表示，从而准确的得到闭合部件的防夹力，最终得到稳定的防夹性能。
本实施例提供的闭合部件防夹检测方法，在输出PWM信号控制电机转动带动闭合部件运动的过程中，实时获取该PWM信号的占空比以及电机的转速。当PWM信号在第一时刻的占空比大于或等于预设最大占空比时，占空比饱和，即使闭合部件的阻力增加引起电机转速下降PWM信号的占空比仍然保持预设最大占空比输出，则根据电机的转速变化(即从占空比输出饱和时刻开始电机转速的变化量)，以与在第一时刻电机负载相同、电机的电磁转矩不变为依据，假设占空比无限制，确定电机以目标转速动作时的等效占空比，根据等效占空比和预先得到的无障碍占空比获得闭合部件在第一时刻的防夹力，即闭合部件在运动过程中除摩擦力和风阻力之外受到的阻力。当占空比不饱和时，根据第一时刻的占空比和预先得到的无障碍占空比获得闭合部件在第一时刻的防夹力。然后，比较防夹力与预先得到的防夹力阈值的大小，其中防夹力阈值代表了闭合部件正常工作时其受到的除摩擦力和风阻力之外阻力。当防夹力大于防夹力阈值时，发送防夹信号以控制电机停止或反转，防止闭合部件在运动过程中夹住异物。本实施例使用PWM信号的占空比作为判断闭合部件阻力变化的依据，即使在占空比饱和时仍能够准确得出闭合部件的防夹力，无需增加额外的电流采样电路来判断闭合部件是否遇到障碍物的阻碍，降低了硬件成本。
基于上述实施例提供的闭合部件防夹检测方法，本发明实施例还提供了一种闭合部件防夹检测装置。
装置实施例：
参见图6，该图为本发明提供的闭合部件防夹检测装置实施例的结构示意图。
本实施例提供的闭合部件防夹检测装置，包括：参数获取模块100、第一判断模块200、等效获取模块300、力获取模块400、比较模块500和信号发送模块600；
所述参数获取模块100，用于实时获取PWM信号的占空比和电机的转速，所述PWM信号用于控制所述电机转动以带动闭合部件动作；
所述第一判断模块201，用于判断第一时刻的占空比是否大于或等于预设最大占空比；
所述等效获取模块300，用于当所述第一判断模块200的判断结果为是时，根据所述电机的转速变化，确定等效占空比；其中，所述转速变化为所述电机在第二时刻的转速与所述电机在第一时刻的转速之差，所述第二时刻早于所述第一时刻，所述第二时刻的占空比大于或等于所述预设最大占空比，所述第三时刻的占空比小于所述预设最大占空比，所述第三时刻是与所述第二时刻相邻的前一时刻；当所述PWM信号的占空比等于所述等效占空比且所述电机转速为目标转速时，所述电机的电磁转矩等于所述第一时刻所述电机的电磁转矩；
所述力获取模块400，用于根据所述等效占空比和预先得到的无障碍占空比，获得所述闭合部件在所述第一时刻的防夹力；
所述比较模块500，用于比较所述防夹力与预先得到的防夹力阈值；
所述信号发送模块600，用于当所述比较模块500的比较结果为所述防夹力大于所述防夹力阈值时，发送防夹信号，所述防夹信号用于控制所述电机停止或反转。
在本实施例的一些可能的实现方式中，所述等效获取模块300，具体用于：依据公式以下(2)，得到所述等效占空比D等效；
其中，Ke为所述电机的感应电动势系数，Φ为所述电机的磁通量，D0为所述预设最大占空比，Uin为所述电机的输入电压，Δω为所述转速变化。
在本实施例的一些可能的实现方式中，所述力获取模块400，还用于当所述第一判断模块200的判断结果为否时，根据所述第一时刻的占空比和所述无障碍占空比，获得所述防夹力。
在本实施例的一些可能的实现方式中，所述电机通过蜗杆齿轮传动系统带动所述闭合部件移动，
所述参数获取模块100，还用于获取生成所述PWM信号的电源电压；
所述力获取模块400，具体用于：依据以下公式(9)，得到所述防夹力Fobstacle；
其中，i为所述蜗杆齿轮传动系统中涡轮蜗杆的传动比；l为所述蜗杆齿轮传动系统中齿轮齿条的啮合半径；η为所述涡轮蜗杆的传动效率；Ke为所述电机的感应电动势系数；Ω为所述电机的预设目标转速；U为所述电源电压；D'为所述无障碍占空比；Ra为电枢等效电阻；当所述第一时刻的占空比小于所述预设最大占空比时，D”为所述第一时刻的占空比；当所述第一时刻的占空比大于或等于所述预设最大占空比时，D”为所述等效占空比。
在本实施例的一些可能的实现方式中，所述装置，还包括：占空比确定模块(未在图中示出)；
所述参数获取模块100，还用于获得所述闭合部件在所述第一时刻的开关度；
所述占空比确定模块，用于根据所述开关度，从无障碍占空比集合中确定所述无障碍占空比；所述无障碍占空比集合保存有开关度与无障碍占空比的对应关系。
在本实施例的一些可能的实现方式中，所述装置还包括：阈值确定模块(未在图中示出)；
所述参数获取模块100，还用于获取影响因素在所述第一时刻的参数集合以及所述闭合部件在所述第一时刻的开关度；所述影响因素影响所述闭合部件的开关度与所述PWM信号的占空比之间的对应关系；
所述阈值确定模块，用于以所述参数集合中至少一个参数为依据，从至少两个预先标定的防夹力阈值中确定所述防夹力阈值。
在本实施例的一些可能的实现方式中，所述装置还包括：第二判断模块和集合更新模块(均未在图中示出)；
所述第二判断模块，用于当所述比较模块的比较结果为所述防夹力小于或等于所述防夹力阈值且所述第一判断模块判断所述第一时刻的占空比小于所述预设最大占空比时，判断所述参数集合中每个参数是否均满足相应的预设要求；
所述集合更新模块，用于当所述第二判断模块判断当所述每个参数均满足所述相应的预设要求时，根据所述开关度和所述第一时刻的占空比更新所述无障碍占空比集合。
本实施例提供的闭合部件防夹检测装置，在输出PWM信号控制电机转动带动闭合部件运动的过程中，参数获取模块实时获取该PWM信号的占空比以及电机的转速。当第一判断模块判断在第一时刻PWM信号的第一时刻的占空比大于或等于预设最大占空比时，占空比饱和，即使闭合部件的阻力增加引起电机转速下降PWM信号的占空比仍然保持预设最大占空比输出，则等效获取模块根据电机的转速变化(即从占空比输出饱和时刻开始电机转速的变化量)，以与第一时刻电机负载相同、电机的电磁转矩不变为依据，假设占空比无限制，确定电机以目标转速动作时的等效占空比，力获取模块根据等效占空比和预先得到的无障碍占空比获得闭合部件在第一时刻的防夹力，即闭合部件在运动过程中除摩擦力和风阻力之外受到的阻力。当占空比不饱和时，力获取模块根据第一时刻的占空比和预先得到的无障碍占空比获得闭合部件在第一时刻的防夹力。然后，比较模块比较防夹力与预先得到的防夹力阈值的大小，其中防夹力阈值代表了闭合部件正常工作时其受到的除摩擦力和风阻力之外阻力。当防夹力大于防夹力阈值时，信号发送模块发送防夹信号以控制电机停止或反转，防止闭合部件在运动过程中夹住异物。本实施例使用PWM信号的占空比作为判断闭合部件阻力变化的依据，即使在占空比饱和时仍能够准确得出闭合部件的防夹力，无需增加额外的电流采样电路来判断闭合部件是否遇到障碍物的阻碍，降低了硬件成本。
需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种闭合部件防夹检测方法，其特征在于，所述方法包括：
实时获取PWM信号的占空比和电机的转速，所述PWM信号用于控制所述电机转动以带动闭合部件动作；
判断第一时刻的占空比是否大于或等于预设最大占空比；
若是，则根据所述电机的转速变化，确定等效占空比；其中，所述转速变化为所述电机在第二时刻的转速与所述电机在第一时刻的转速之差，所述第二时刻早于所述第一时刻，所述第二时刻的占空比大于或等于所述预设最大占空比，所述第三时刻的占空比小于所述预设最大占空比，所述第三时刻是与所述第二时刻相邻的前一时刻；当所述PWM信号的占空比等于所述等效占空比且所述电机转速为目标转速时，所述电机的电磁转矩等于所述第一时刻所述电机的电磁转矩；
根据所述等效占空比和预先得到的无障碍占空比，获得所述闭合部件在所述第一时刻的防夹力；
比较所述防夹力与预先得到的防夹力阈值；
当所述防夹力大于所述防夹力阈值时，发送防夹信号，所述防夹信号用于控制所述电机停止或反转。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述电机的转速变化，确定等效占空比，具体包括：
依据公式得到所述等效占空比D等效；
其中，Ke为所述电机的感应电动势系数，Φ为所述电机的磁通量，D0为所述预设最大占空比，Uin为所述电机的输入电压，Δω为所述转速变化。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若所述第一时刻的占空比小于所述预设最大占空比，则根据所述第一时刻的占空比和所述无障碍占空比，获得所述防夹力。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于，所述电机通过蜗杆齿轮传动系统带动所述闭合部件移动，所述获得所述闭合部件在所述第一时刻的防夹力，具体包括：
获取生成所述PWM信号的电源电压；
依据公式得到所述防夹力Fobstacle；
其中，i为所述蜗杆齿轮传动系统中涡轮蜗杆的传动比；l为所述蜗杆齿轮传动系统中齿轮齿条的啮合半径；η为所述涡轮蜗杆的传动效率；Ke为所述电机的感应电动势系数；Ω为所述电机的预设目标转速；U为所述电源电压；D'为所述无障碍占空比；Ra为电枢等效电阻；当所述第一时刻的占空比小于所述预设最大占空比时，D”为所述第一时刻的占空比；当所述第一时刻的占空比大于或等于所述预设最大占空比时，D”为所述等效占空比。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获得所述闭合部件在所述第一时刻的防夹力之前，所述方法还包括：
获得所述闭合部件在所述第一时刻的开关度；
根据所述开关度，从无障碍占空比集合中确定所述无障碍占空比，所述无障碍占空比集合保存有开关度与无障碍占空比的对应关系。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在比较所述防夹力与所述防夹力阈值之前，所述方法还包括：
获取影响因素在所述第一时刻的参数集合以及所述闭合部件在所述第一时刻的开关度；所述影响因素影响所述闭合部件的开关度与所述PWM信号的占空比之间的对应关系；
以所述参数集合中至少一个参数为依据，从至少两个预先标定的防夹力阈值中确定所述防夹力阈值。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述防夹力小于或等于所述防夹力阈值且所述第一时刻的占空比小于所述预设最大占空比时，判断所述参数集合中每个参数是否均满足相应的预设要求；
当所述每个参数均满足所述相应的预设要求时，根据所述开关度和所述第一时刻的占空比更新所述无障碍占空比集合。
8.一种闭合部件防夹检测装置，其特征在于，所述装置包括：参数获取模块、第一判断模块、等效获取模块、力获取模块、比较模块和信号发送模块；
所述参数获取模块，用于实时获取PWM信号的占空比和电机的转速，所述PWM信号用于控制所述电机转动以带动闭合部件动作；
所述第一判断模块，用于判断第一时刻的占空比是否大于或等于预设最大占空比；
所述等效获取模块，用于当所述第一判断模块的判断结果为是时，根据所述电机的转速变化，确定等效占空比；其中，所述转速变化为所述电机在第二时刻的转速与所述电机在第一时刻的转速之差，所述第二时刻早于所述第一时刻，所述第二时刻的占空比大于或等于所述预设最大占空比，所述第三时刻的占空比小于所述预设最大占空比，所述第三时刻是与所述第二时刻相邻的前一时刻；当所述PWM信号的占空比等于所述等效占空比且所述电机转速为目标转速时，所述电机的电磁转矩等于所述第一时刻所述电机的电磁转矩；
所述力获取模块，用于根据所述等效占空比和预先得到的无障碍占空比，获得所述闭合部件在所述第一时刻的防夹力；
所述比较模块，用于比较所述防夹力与预先得到的防夹力阈值；
所述信号发送模块，用于当所述比较模块的比较结果为所述防夹力大于所述防夹力阈值时，发送防夹信号，所述防夹信号用于控制所述电机停止或反转。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述等效获取模块，具体用于：
依据公式得到所述等效占空比D等效；
其中，Ke为所述电机的感应电动势系数，Φ为所述电机的磁通量，D0为所述预设最大占空比，Uin为所述电机的输入电压，Δω为所述转速变化。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述力获取模块，还用于当所述第一判断模块的判断结果为否时，根据所述第一时刻的占空比和所述无障碍占空比，获得所述防夹力。
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