CN108798351A - 汽车车窗速度控制电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车车窗速度控制电路及方法，包括MCU控制器、车窗电机驱动电路、车窗电机转速调节电路以及位置传感器，在MCU预先写入电机运行的目标速度，当车窗运行过程中MCU根据位置信号产生的方波计算出电机运行的实际速度，并采用PID控制对电机速度进行自动调节，即当电机实际速度小于电机的目标速度时MCU增加MOSFET的占空比输出来增加电机两端的平均电压增加电机的转速，当电机实际速度大于电机的目标速度时MCU增加MOSFET的占空比输出来减小电机两端的平均电压减小电机的转速。其可以使车窗在整个行程内的运行速度保持平稳，不会因为车窗负载变化而导致车窗运行速度减慢，旨在提升车窗操作的舒适性。
Description
技术领域
本发明涉及汽车电子控制领域，特别涉及一种汽车车窗速度控制电路及方法。
背景技术
随着汽车领域技术的进步和操作舒适性需求的提高，人们在享受汽车带来的便捷的同时， 更多的考虑到车辆的舒适性和安全性。在车身组成的众多零部件中， 车窗便是重要的组成之一， 而具有防夹功能的车窗已应用于汽车上。
目前，防夹功能的车窗均具备手动升降和自动升降功能。手动升降功能即用户操作车窗控制开关时车窗进行升降运动，当用户停止操作车窗控制开关时车窗停止运行；自动升降功能即当车窗运行时即使用户停止操作车窗控制开关车窗依然朝当前运行方向运行直至运行到车窗全开或全闭位置。参见图5，目前市场上防夹功能的车窗控制电路均是采用继电器控制方式，车窗控制模块通过继电器改变电机的供电方向来实现电机的正/反转从而实现车窗的上升/下降。但是继电器控制的方式，车窗电机的转速由电机供电电源的电压决定，继电器导通时若供电电源的电压高则电机两端的电压高，电机的转速较快车窗运行较快；若供电电源的电压低则电机两端的电压低，电机的速转较慢车窗运行较慢。在车窗全程的运行过程中并不具备速度自动调节功能，车窗运行过程中如果电源电压或胶条阻力等有变化车窗的运行速度就会加快或减慢，无法实现车窗在整个运行过程中速度恒定，车辆的舒适性降低。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术对应的不足，提供一种汽车车窗速度控制电路及方法，其可以使车窗在整个行程内的运行速度保持平稳，不会因为车窗负载变化而导致车窗运行速度减慢，旨在提升车窗操作的舒适性。
本发明的目的是采用下述方案实现的：一种汽车车窗速度控制电路，包括MCU控制器、车窗电机驱动电路、车窗电机转速调节电路以及位置传感器，所述位置传感器与MCU控制器的输入端连接，位置传感器用于将输出的方波信号传递给MCU控制器，所述MCU控制器用于根据位置传感器产生的方波计算出电机运行的实际速度以及车窗的运行位置；
所述MCU控制器的输出端与车窗电机驱动电路连接，用于控制车窗电机正转、反转或停止运行，所述MCU控制器的输出端与车窗电机转速调节电路连接，所述车窗电机转速调节电路与车窗电机驱动电路连接，所述MCU控制器用于控制车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出，控制车窗电机两端的平均电压，控制车窗电机的运行速度；当MCU控制器通过位置传感器计算出车窗运行到全开或全闭位置附近前，MCU控制器通过控制车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出，使车窗电机保持设定的相对较高的第一目标速度运行直至全开或全闭位置附近；在车窗以设定的第一目标速度运行的过程中MCU控制器根据位置传感器产生的方波计算出电机运行的实际速度，并采用PID控制对电机速度进行自动调节，即当电机实际速度小于设定的第一目标速度时，MCU控制器增加车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出来增加电机两端的平均电压，增加电机的转速，使电机的实际速度等于设定的第一目标速度；当电机实际速度大于设定的第一目标速度时，MCU控制器减少车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出来减小电机两端的平均电压，减小电机的转速，使电机的实际速度等于设定的第一目标速度；
当MCU控制器通过位置传感器计算出车窗到达全开或全闭位置附近时,MCU控制器通过减少车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出，减小车窗电机两端的平均电压，使车窗电机的运行速度降低，MCU控制器控制车窗电机以设定的相对缓慢的第二目标速度运行直至全开或全闭位置；在车窗以设定的第二目标速度运行的过程中MCU控制器根据位置传感器产生的方波计算出电机运行的实际速度，并采用PID控制对电机速度进行自动调节，即当电机实际速度小于设定的第二目标速度时，MCU控制器增加车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出来增加电机两端的平均电压，增加电机的转速，使电机的实际速度等于设定的第二目标速度；当电机实际速度大于设定的第二目标速度时，MCU控制器减少车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出来减小电机两端的平均电压，减小电机的转速，使电机的实际速度等于设定的第二目标速度；
当MCU控制器通过位置传感器计算出车窗到达全开或全闭位置时,MCU控制器控制车窗电机停止运行。
位置传感器可以是霍尔传感器。霍尔传感器装在电机内部，当电机转动时,霍尔传感器会产生方波,MCU通过计算方波信号的宽度即可计算出电机的转速，同时可以通过产生的脉冲个数计算出电机转了多少圈,从而计算出车窗的位置。
MCU控制器通过计时器计算位置传感器所产生的方波信号的高电平及低电平时间，然后计算出电机转子旋转一周所需要的时间，即可计算出电机的转速。
所述车窗电机驱动电路包括用于控制车窗电机通电或断电的两个继电器，所述继电器与MCU控制器的输出端连接，所述MCU控制器用于分别控制两继电器的通电或断电，控制车窗电机正转、反转或停止运行；所述车窗电机转速调节电路包括场效应管MOSFET，所述场效应管MOSFET的栅极与MCU控制器连接，所述MCU控制器通过控制场效应管MOSFET的输出占空比来调节车窗电机两端的平均电压，控制车窗电机的运行速度。
第一继电器的公共端NM与车窗电机的一端连接，所述第二继电器的公共端NM与电机的另一端连接，所述第一继电器的常开端NO、第二继电器的常开端NO与电源的正极连接，所述第一继电器的常闭端NC、第二继电器的常闭端NC与场效应管MOSFET的漏极连接，场效应管MOSFET的源极与电源的负极连接；所述场效应管MOSFET的栅极与MCU控制器连接。当不需要电机工作时，第继电器与第二继电器均为常开状态，即两个继电器均打在下端，均与MOSFET的漏极连接。当需要电机工作时，MCU控制其中一个继电器的与电源正极连接，另一个继电器依然与MOSFET的漏极连接。
所述车窗电机驱动电路为采用四个场效应管的H桥电机驱动电路，四个场效应管的栅极分别与MCU控制器的输出端连接，所述MCU控制器用于分别控制四个场效应管的导通或断开，控制车窗电机正转、反转或停止运行；所述MCU控制器通过控制场效应管的输出占空比来调节车窗电机两端的平均电压，控制车窗电机的运行速度。电机两端的电压改变了，电流也会随之改变。
场效应管Q3和Q4可以采用自带由电机短路、断路和过电流检测功能的集成式驱动芯片；当场效应管Q3和Q4采用常规的MOSFET时，MCU控制器通过位置传感器判断电机是否转动及转动的快慢来识别电机是否短路、断路，或通过检测电机两端的电流大小来判断电机是否断路。
本发明的汽车车窗速度控制电路还包括用于检测电机端子异常的故障检测电路；所述故障检测电路包括电压检测电路，所述电压检测电路用于采集车窗电机两端的电压，并传递给MCU控制器，所述MCU控制器用于根据车窗电机两端的电压进行短路故障判断；所述电压检测电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2，所述电阻R1的一端与车窗电机的一端连接，电阻R1的另一端分别与电容C1的一端以及MCU控制器的输入端连接，电容C1的另一端接地，所述电阻R2的一端与车窗电机的另一端连接，电阻R2的另一端分别与电容C2的一端以及MCU控制器的输入端连接，电容C2的另一端接地；所述故障检测电路还包括电流采样电路，所述电流采样电路用于检测车窗电机电流，并传递给MCU控制器，所述MCU控制器用于根据车窗电机电流进行断路故障判断以及过电流检测。因为电机是有阻抗的，当电机运行时，电机两端的电压会不同，如果电机运行时电机两端的电压相同，则说明电机阻抗为0，即电机短路了。如果电机运行时检测出电机的电流为0，说明电机断路了。
一种汽车车窗速度控制方法，包括如下步骤：
1）在MCU控制器内预先设定全开或全闭位置附近前电机运行的第一目标速度以及全开或全闭位置附近后电机运行的第二目标速度；第一目标速度大于第二目标速度；
2）MCU控制器实时监测车窗操作开关的开关状态，判断操作开关是否闭合（被触发）；
21）当MCU控制器未监测到操作开关闭合（被触发）时，继续执行步骤2）；
22）当MCU控制器监测到操作开关闭合（被触发）时，判断车窗电机是否满足动作条件；当车窗电机不满足动作条件时，车窗电机动作停止；当车窗电机满足动作条件时，车窗电机作动，MCU控制器通过位置传感器实时监测车窗位置，并判断车窗是否到达设定的全开或全闭位置附近；当车窗在到达设定的全开或全闭位置附近前，MCU控制器控制车窗电机以设定的第一目标速度运行直至车窗到达全开或全闭位置附近，在车窗以设定的第一目标速度运行的过程中MCU控制器根据位置传感器产生的方波计算出电机运行的实际速度，并采用PID控制对电机速度进行自动调节，即当电机实际速度小于设定的第一目标速度时，MCU控制器增加车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出来增加电机两端的平均电压，增加电机的转速，使电机的实际速度等于设定的第一目标速度；当电机实际速度大于设定的第一目标速度时，MCU控制器减少车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出来减小电机两端的平均电压，减小电机的转速，使电机的实际速度等于设定的第一目标速度；
当车窗到达设定的全开或全闭位置附近时,MCU控制器控制车窗电机的运行速度降低，MCU控制器控制车窗电机以设定的第二目标速度运行直至车窗到达全开或全闭位置，在车窗以设定的第二目标速度运行的过程中MCU控制器根据位置传感器产生的方波计算出电机运行的实际速度，并采用PID控制对电机速度进行自动调节，即当电机实际速度小于设定的第二目标速度时，MCU控制器增加车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出来增加电机两端的平均电压，增加电机的转速，使电机的实际速度等于设定的第二目标速度；当电机实际速度大于设定的第二目标速度时，MCU控制器减少车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出来减小电机两端的平均电压，减小电机的转速，使电机的实际速度等于设定的第二目标速度；
当MCU控制器通过位置传感器计算出车窗到达全开或全闭位置时,MCU控制器控制车窗电机停止运行，控制结束。
MCU控制器通过计时器计算位置传感器所产生的方波信号的高电平及低电平时间，然后计算出电机转子旋转一周所需要的时间，即可计算出电机的转速。
步骤22）中当MCU控制器检测到继电器粘黏或车身电瓶为高电压或低电压任一故障发生时，则判断车窗电机不满足动作条件，否则，车窗电机满足动作条件；当车窗电机作动后MCU控制器检测是否有电机短路、断路、过电流、堵转以及操作开关粘黏以及车身电瓶即工作电压为高电压或低电压这些故障发生，当有上述任一故障发生，则控制车窗电机停止，控制结束；当没有故障发生，则车窗电机继续保持作动。
全开或全闭位置附近的计算公式：全开或全闭位置附近行程等于全行程*(基准电压值/实际电压值)*75%；第二目标速度等于第一目标速度*（实际电压值/基准电压值）*75%。第一目标速度是需要实车标定的值,具体要看实车车窗情况而定。
基准电压值是软件里设定的值(比如12V)，实际电压值为MCU检测的实时车身电瓶电压。
检测继电器粘黏故障的方法为：当MCU控制电机停止时,如果电机停止不了,即MCU仍能检测出电机电流,说明MCU无法控制继电器断开,此时MCU会判定为继电器粘黏,并将控制2个继电器同时导通,让电机两端的电压都为高电平,这样电机就无法动作了。当判定为继电器粘黏时，即使再操作车窗开关，MCU仍然不会控制电机动作。
车身电瓶或工作电压为高电压或低电压的故障判断是通过设置的用于检测车身电瓶或工作电压的电压检测电路实现。用于检测车身电瓶或工作电压的电压检测电路采用现有电路即可。
本发明具有的优点是：由于本汽车车窗速度控制电路设置了车窗电机转速调节电路可以控制车窗电机的运行速度，当MCU通过位置传感器计算出车窗未运行到全开或全闭位置前，MCU通过控制MOSFET恒定输出，即保持电机两端的平均电压不会改变使车窗电机保持相对较高速度的运行;当MCU判断通过位置传感器计算出车窗到达全开或全闭位置附近,MCU减小MOSFET的Duty输出,即减小电机两端的平均电压使车窗电机的运行速度降低。车窗电机运行至全开或全闭位置附近时无需提前切断电机供电，而是MCU控制电机以缓慢的速度运行至全开或全闭位置，避免出现车窗关闭不严的情况。因车窗电机运行至全开或全闭位置时运行速度低，所以当车窗运行至全开或全闭位置时玻璃与车身钣金产生的撞击声就会大大降低。同时因当车窗运行至全开或全闭位置时电机两端的平均电压减小，电机的堵转时的电流也会减小，延长了电机的使用寿命。
在车窗运行过程中MCU控制器用于根据位置传感器产生的方波计算出电机运行的实际速度，并采用PID控制对电机速度进行自动调节，即当电机实际速度小于电机的目标速度时，MCU控制器增加车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出来增加电机两端的平均电压，增加电机的转速，使电机的实际速度等于电机的目标速度；当电机实际速度大于电机的目标速度时，MCU控制器减少车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出来减小电机两端的平均电压，减小电机的转速，使电机的实际速度等于电机的目标速度。采用上述方案可以使车窗在整个行程内的运行速度保持平稳，不会因为车窗负载（比如：胶条老化）变化而导致车窗运行速度减慢。因为车窗速度运行平稳从而降低了车窗的误防夹率。
附图说明
图1为本发明的汽车车窗速度控制电路的实施例1的电路示意图；
图2为本发明的汽车车窗速度控制电路的实施例2的电路示意图；
图3为本发明的汽车车窗速度控制电路的电流采样电路的示意图；
图4为本发明的汽车车窗速度控制方法的流程图；
图5为位置传感器产生的方波的示意图；
图6为传统防夹玻璃升降器的电机控制电路示意图。
具体实施方式
参见图1至图4，一种汽车车窗速度控制电路，包括MCU控制器、车窗电机驱动电路、车窗电机转速调节电路以及位置传感器，所述位置传感器与MCU控制器的输入端连接，当电机运行时位置传感器会产生方波信号,位置传感器用于将产生的方波信号传递给MCU控制器，所述MCU控制器用于根据位置传感器产生的方波计算出电机运行的实际速度以及车窗的运行位置；
所述MCU控制器的输出端与车窗电机驱动电路连接，用于控制车窗电机正转、反转或停止运行，所述MCU控制器的输出端与车窗电机转速调节电路连接，所述车窗电机转速调节电路与车窗电机驱动电路连接，所述MCU控制器用于控制车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出，控制车窗电机两端的平均电压，控制车窗电机的运行速度；当MCU控制器通过位置传感器计算出车窗运行到全开或全闭位置附近前，MCU控制器通过控制车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出，使车窗电机保持设定的相对较高的第一目标速度运行直至全开或全闭位置附近；在车窗以设定的第一目标速度运行的过程中MCU控制器根据位置传感器产生的方波计算出电机运行的实际速度，并采用PID控制对电机速度进行自动调节，即当电机实际速度小于设定的第一目标速度时，MCU控制器增加车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出来增加电机两端的平均电压，增加电机的转速，使电机的实际速度等于设定的第一目标速度；当电机实际速度大于设定的第一目标速度时，MCU控制器减少车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出来减小电机两端的平均电压，减小电机的转速，使电机的实际速度等于设定的第一目标速度；
当MCU控制器通过位置传感器计算出车窗到达全开或全闭位置附近时,MCU控制器通过减少车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出，减小车窗电机两端的平均电压，使车窗电机的运行速度降低，MCU控制器控制车窗电机以设定的相对缓慢的第二目标速度运行直至全开或全闭位置；在车窗以设定的第二目标速度运行的过程中MCU控制器根据位置传感器产生的方波计算出电机运行的实际速度，并采用PID控制对电机速度进行自动调节，即当电机实际速度小于设定的第二目标速度时，MCU控制器增加车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出来增加电机两端的平均电压，增加电机的转速，使电机的实际速度等于设定的第二目标速度；当电机实际速度大于设定的第二目标速度时，MCU控制器减少车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出来减小电机两端的平均电压，减小电机的转速，使电机的实际速度等于设定的第二目标速度；
当MCU控制器通过位置传感器计算出车窗到达全开或全闭位置时,MCU控制器控制车窗电机停止运行。
MCU控制器通过计时器计算位置传感器所产生的方波信号的高电平及低电平时间，然后计算出电机转子旋转一周所需要的时间，即可计算出电机的转速。
位置传感器可以是霍尔传感器。霍尔传感器装在电机内部，当电机转动时,霍尔传感器会产生方波,MCU通过计算方波信号的宽度即可计算出电机的转速，同时可以通过产生的脉冲个数计算出电机转了多少圈,从而计算出车窗的位置。
实施例一
参见图1，所述车窗电机驱动电路包括用于控制车窗电机通电或断电的两个继电器，所述继电器与MCU控制器的输出端连接，所述MCU控制器用于分别控制两继电器的通电或断电，控制车窗电机正转、反转或停止运行；所述车窗电机转速调节电路包括场效应管MOSFET，所述场效应管MOSFET的栅极与MCU控制器连接，所述MCU控制器通过控制场效应管MOSFET的输出占空比来调节车窗电机两端的平均电压，控制车窗电机的运行速度。
第一继电器的公共端NM与车窗电机的一端连接，所述第二继电器的公共端NM与电机的另一端连接，所述第一继电器的常开端NO、第二继电器的常开端NO与电源的正极连接，所述第一继电器的常闭端NC、第二继电器的常闭端NC与场效应管MOSFET的漏极连接，场效应管MOSFET的源极与电源的负极连接；所述场效应管MOSFET的栅极与MCU控制器连接。当不需要电机工作时，第继电器与第二继电器均为常开状态，即两个继电器均打在下端，均与MOSFET的漏极连接。当需要电机工作时，MCU控制其中一个继电器的与电源正极连接，另一个继电器依然与MOSFET的漏极连接。
本实施例的场效应管MOSFET，用于PWM控制，MCU控制器通过控制场效应管MOSFET的输出占空比来调节电机两端的平均电压。第一继电器和第二继电器的作用与背景技术相同，当MCU控制第一继电器和第二继电器断开时，电机停止运行；当MCU控制第一继电器通电，第二继电器断开，且场效应管MOSFET导通时，电机顺时针或逆时针运行；当MCU控制第一继电器断开，第二继电器通电时，且场效应管MOSFET导通时，电机则逆时针或顺时针运行。
本发明的汽车车窗速度控制电路还包括用于检测电机端子异常的故障检测电路；所述故障检测电路包括电压检测电路，所述电压检测电路用于采集车窗电机两端的电压，并传递给MCU控制器，所述MCU控制器用于根据车窗电机两端的电压进行短路故障判断；所述电压检测电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2，所述电阻R1的一端与车窗电机的一端连接，电阻R1的另一端分别与电容C1的一端以及MCU控制器的输入端连接，电容C1的另一端接地，所述电阻R2的一端与车窗电机的另一端连接，电阻R2的另一端分别与电容C2的一端以及MCU控制器的输入端连接，电容C2的另一端接地；所述故障检测电路还包括电流采样电路，所述电流采样电路用于检测车窗电机电流，并传递给MCU控制器，所述MCU控制器用于根据车窗电机电流进行断路故障判断，以及过电流检测。所述电流采样电路设置在电机的供电回路中，本实施例的电流采样电路设置在场效应管MOSFET的源极与电源的负极之间。本实施例的电流采样电路采用运放实现电流检测，具体电路图可以参照图3所示。
因为电机是有阻抗的，当电机运行时，电机两端的电压会不同，如果电机运行时电机两端的电压相同，则说明电机阻抗为0，即电机短路了。如果电机运行时检测出电机的电流为0，说明电机断路了。
实施例二
参见图2，所述车窗电机驱动电路为采用四个场效应管的H桥电机驱动电路，四个场效应管的栅极分别与MCU控制器的输出端连接，所述MCU控制器用于分别控制四个场效应管的导通或断开，控制车窗电机正转、反转或停止运行；所述MCU控制器通过控制场效应管的输出占空比来调节车窗电机两端的平均电压，控制车窗电机的运行速度。
本实施例的电机控制电路采用4个场效应管MOSFET进行控制，当场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4断开时，电机停止运行；当场效应管Q1与场效应管Q4导通，场效应管Q2与场效应管Q3断开时，电机顺时针或逆时针运行；当场效应管Q2与场效应管Q3导通，场效应管Q1与场效应管Q4断开时，电机逆时针或顺时针运行。当电机运行时MCU通过控制场效应管Q3或场效应管Q4的输出占空比来实现电机两端平均电压的调节。
本发明的汽车车窗速度控制电路还包括用于检测电机端子异常的故障检测电路；所述故障检测电路包括电压检测电路，所述电压检测电路用于采集车窗电机两端的电压，并传递给MCU控制器，所述MCU控制器用于根据车窗电机两端的电压进行短路故障判断；所述电压检测电路包括电阻R5、电阻R6、电容C1、电容C2，所述电阻R5的一端与车窗电机的一端连接，电阻R5的另一端分别与电容C1的一端以及MCU控制器的输入端连接，电容C1的另一端接地，所述电阻R6的一端与车窗电机的另一端连接，电阻R6的另一端分别与电容C2的一端以及MCU控制器的输入端连接，电容C2的另一端接地；所述故障检测电路还包括电流采样电路，所述电流采样电路用于检测车窗电机电流，并传递给MCU控制器，所述MCU控制器用于根据车窗电机电流进行断路故障判断，以及过电流检测。因为电机是有阻抗的，当电机运行时，电机两端的电压会不同，如果电机运行时电机两端的电压相同，则说明电机阻抗为0，即电机短路了。如果电机运行时检测出电机的电流为0，说明电机断路了。所述电流采样电路设置在电机的供电回路中，本实施例的电流采样电路设置在场效应管Ｑ3、Ｑ4的源极与电源的负极之间。本实施例的电流采样电路采用运放实现电流检测，具体电路图可以参照图3所示。
当然，场效应管Q3和Q4可以采用自带由电机短路、断路和过电流检测功能的集成式驱动芯片；当场效应管Q3和Q4采用常规的MOSFET时，MCU控制器还可以通过位置传感器判断电机是否转动及转动的快慢来识别电机是否短路、断路，或通过检测电机两端的电流大小来判断电机是否断路。
参见图4，一种汽车车窗速度控制方法，包括如下步骤：
1）在MCU控制器内预先设定全开或全闭位置附近前电机运行的第一目标速度以及全开或全闭位置附近后电机运行的第二目标速度；第一目标速度大于第二目标速度；
2）MCU控制器实时监测车窗操作开关的开关状态，判断操作开关是否被触发；
21）当MCU控制器未监测到操作开关被触发时，继续执行步骤2）；
22）当MCU控制器监测到操作开关被触发时，判断车窗电机是否满足动作条件；当车窗电机不满足动作条件时，车窗电机动作停止；当车窗电机满足动作条件时，车窗电机作动，MCU控制器通过位置传感器实时监测车窗位置，并判断车窗是否到达设定的全开或全闭位置附近；当车窗在到达设定的全开或全闭位置附近前，MCU控制器控制车窗电机以设定的第一目标速度运行直至车窗到达全开或全闭位置附近，在车窗以设定的第一目标速度运行的过程中MCU控制器根据位置传感器产生的方波计算出电机运行的实际速度，并采用PID控制对电机速度进行自动调节，即当电机实际速度小于设定的第一目标速度时，MCU控制器增加车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出来增加电机两端的平均电压，增加电机的转速，使电机的实际速度等于设定的第一目标速度；当电机实际速度大于设定的第一目标速度时，MCU控制器减少车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出来减小电机两端的平均电压，减小电机的转速，使电机的实际速度等于设定的第一目标速度；
当车窗到达设定的全开或全闭位置附近时,MCU控制器控制车窗电机的运行速度降低，MCU控制器控制车窗电机以设定的第二目标速度运行直至车窗到达全开或全闭位置，在车窗以设定的第二目标速度运行的过程中MCU控制器根据位置传感器产生的方波计算出电机运行的实际速度，并采用PID控制对电机速度进行自动调节，即当电机实际速度小于设定的第二目标速度时，MCU控制器增加车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出来增加电机两端的平均电压，增加电机的转速，使电机的实际速度等于设定的第二目标速度；当电机实际速度大于设定的第二目标速度时，MCU控制器减少车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出来减小电机两端的平均电压，减小电机的转速，使电机的实际速度等于设定的第二目标速度；
当MCU控制器通过位置传感器计算出车窗到达全开或全闭位置时,MCU控制器控制车窗电机停止运行，控制结束。
MCU控制器通过计时器计算位置传感器所产生的方波信号的高电平及低电平时间，然后计算出电机转子旋转一周所需要的时间，即可计算出电机的转速。比如：参见图4，对于4极电机而言，电机转子旋转一周产生2个高电平，2个低电平方波，则电机转子旋转一周所需的时间T=t1+t2+t3+t4(毫秒)，那么电机的转速为S=60000/T (转/分钟)。
步骤22）中当MCU控制器检测到继电器粘黏或车身电瓶为高电压或低电压任一故障发生时，则判断车窗电机不满足动作条件，否则，车窗电机满足动作条件；当车窗电机作动后MCU控制器检测是否有电机短路、断路、过电流、堵转以及操作开关粘黏以及车身电瓶即工作电压为高电压或低电压这些故障发生，当有上述任一故障发生，则控制车窗电机停止，控制结束；当没有故障发生，则车窗电机继续保持作动。
电机堵转的故障判断是通过MCU控制器检测用于感应电机的转速的霍尔传感器有无高低电平来判断的。
操作开关粘黏的故障判断是通过MCU控制器监测操作开关的闭合状态，看操作开关的闭合状态是否超过设定的一段时间，如超过30秒，如果操作开关的闭合状态超过了设定的一段时间，则判断操作开关出现粘黏故障。
检测继电器粘黏故障的方法为：当MCU控制电机停止时,如果电机停止不了,即MCU仍能检测出电机电流,说明MCU无法控制继电器断开,此时MCU会判定为继电器粘黏,并将控制2个继电器同时导通,让电机两端的电压都为高电平,这样电机就无法动作了。当判定为继电器粘黏时，即使再操作车窗开关，MCU仍然不会控制电机动作。
车身电瓶或工作电压为高电压故障或低电压故障的故障判断是通过设置的用于检测车身电瓶或工作电压的电压检测电路实现。用于检测车身电瓶或工作电压的电压检测电路采用现有电路即可。
全开或全闭位置附近的计算公式：全开或全闭位置附近行程等于全行程*(基准电压值/实际电压值)*75%；第二目标速度等于第一目标速度*（实际电压值/基准电压值）*75%。第一目标速度是需要实车标定的值,具体要看实车车窗情况而定。基准电压值是软件里设定的值(比如行业一般设置为12V)，实际电压值为MCU检测的实时车身电瓶电压。工作电压为9-16V，将基准电压值设置为12V。
本发明在MCU预先写入电机运行的目标速度，当车窗运行过程中MCU根据位置信号产生的方波计算出电机运行的实际速度，并采用PID控制对电机速度进行自动调节，即当电机实际速度小于电机的目标速度时MCU增加MOSFET的占空比输出来增加电机两端的平均电压增加电机的转速，当电机实际速度大于电机的目标速度时MCU增加MOSFET的占空比输出来减小电机两端的平均电压减小电机的转速。改善后车窗电机速度控制方法有以下优点：
1、可以使车窗在整个行程内的运行速度保持平稳，不会因为车窗负载（比如：胶条老化）变化而导致车窗运行速度减慢。
2、因为车窗速度运行平稳从而降低了车窗的误防夹率。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种汽车车窗速度控制电路，其特征在于：包括MCU控制器、车窗电机驱动电路、车窗电机转速调节电路以及位置传感器，所述位置传感器与MCU控制器的输入端连接，位置传感器用于将输出的方波信号传递给MCU控制器，所述MCU控制器用于根据位置传感器产生的方波计算出电机运行的实际速度以及车窗的运行位置；
所述MCU控制器的输出端与车窗电机驱动电路连接，用于控制车窗电机正转、反转或停止运行，所述MCU控制器的输出端与车窗电机转速调节电路连接，所述车窗电机转速调节电路与车窗电机驱动电路连接，所述MCU控制器用于控制车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出，控制车窗电机两端的平均电压，控制车窗电机的运行速度；当MCU控制器通过位置传感器计算出车窗运行到全开或全闭位置附近前，MCU控制器通过控制车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出，使车窗电机保持设定的相对较高的第一目标速度运行直至全开或全闭位置附近；在车窗以设定的第一目标速度运行的过程中MCU控制器根据位置传感器产生的方波计算出电机运行的实际速度，并采用PID控制对电机速度进行自动调节，即当电机实际速度小于设定的第一目标速度时，MCU控制器增加车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出来增加电机两端的平均电压，增加电机的转速，使电机的实际速度等于设定的第一目标速度；当电机实际速度大于设定的第一目标速度时，MCU控制器减少车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出来减小电机两端的平均电压，减小电机的转速，使电机的实际速度等于设定的第一目标速度；
当MCU控制器通过位置传感器计算出车窗到达全开或全闭位置附近时,MCU控制器通过减少车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出，减小车窗电机两端的平均电压，使车窗电机的运行速度降低，MCU控制器控制车窗电机以设定的相对缓慢的第二目标速度运行直至全开或全闭位置；在车窗以设定的第二目标速度运行的过程中MCU控制器根据位置传感器产生的方波计算出电机运行的实际速度，并采用PID控制对电机速度进行自动调节，即当电机实际速度小于设定的第二目标速度时，MCU控制器增加车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出来增加电机两端的平均电压，增加电机的转速，使电机的实际速度等于设定的第二目标速度；当电机实际速度大于设定的第二目标速度时，MCU控制器减少车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出来减小电机两端的平均电压，减小电机的转速，使电机的实际速度等于设定的第二目标速度；
当MCU控制器通过位置传感器计算出车窗到达全开或全闭位置时,MCU控制器控制车窗电机停止运行。
2.根据权利要求1所述的汽车车窗速度控制电路，其特征在于：MCU控制器通过计时器计算位置传感器所产生的方波信号的高电平及低电平时间，然后计算出电机转子旋转一周所需要的时间，即可计算出电机的转速。
3.根据权利要求1所述的汽车车窗速度控制电路，其特征在于：所述车窗电机驱动电路包括用于控制车窗电机通电或断电的两个继电器，所述继电器与MCU控制器的输出端连接，所述MCU控制器用于分别控制两继电器的通电或断电，控制车窗电机正转、反转或停止运行；所述车窗电机转速调节电路包括场效应管MOSFET，所述场效应管MOSFET的栅极与MCU控制器连接，所述MCU控制器通过控制场效应管MOSFET的输出占空比来调节车窗电机两端的平均电压，控制车窗电机的运行速度。
4.根据权利要求3所述的汽车车窗速度控制电路，其特征在于：第一继电器的公共端NM与车窗电机的一端连接，所述第二继电器的公共端NM与电机的另一端连接，所述第一继电器的常开端NO、第二继电器的常开端NO与电源的正极连接，所述第一继电器的常闭端NC、第二继电器的常闭端NC与场效应管MOSFET的漏极连接，场效应管MOSFET的源极与电源的负极连接；所述场效应管MOSFET的栅极与MCU控制器连接。
5.根据权利要求1所述的汽车车窗速度控制电路，其特征在于：所述车窗电机驱动电路为采用四个场效应管的H桥电机驱动电路，四个场效应管的栅极分别与MCU控制器的输出端连接，所述MCU控制器用于分别控制四个场效应管的导通或断开，控制车窗电机正转、反转或停止运行；所述MCU控制器通过控制场效应管的输出占空比来调节车窗电机两端的平均电压，控制车窗电机的运行速度。
6.根据权利要求1或3或5所述的汽车车窗速度控制电路，其特征在于：还包括用于检测电机端子异常的故障检测电路；所述故障检测电路包括电压检测电路，所述电压检测电路用于采集车窗电机两端的电压，并传递给MCU控制器，所述MCU控制器用于根据车窗电机两端的电压进行短路故障判断；所述电压检测电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2，所述电阻R1的一端与车窗电机的一端连接，电阻R1的另一端分别与电容C1的一端以及MCU控制器的输入端连接，电容C1的另一端接地，所述电阻R2的一端与车窗电机的另一端连接，电阻R2的另一端分别与电容C2的一端以及MCU控制器的输入端连接，电容C2的另一端接地；所述故障检测电路还包括电流采样电路，所述电流采样电路用于检测车窗电机电流，并传递给MCU控制器，所述MCU控制器用于根据车窗电机电流进行断路故障判断，以及过电流检测。
7.一种汽车车窗速度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）在MCU控制器内预先设定全开或全闭位置附近前电机运行的第一目标速度以及全开或全闭位置附近后电机运行的第二目标速度；第一目标速度大于第二目标速度；
2）MCU控制器实时监测车窗操作开关的开关状态，判断操作开关是否闭合；
21）当MCU控制器未监测到操作开关闭合时，继续执行步骤2）；
22）当MCU控制器监测到操作开关闭合时，判断车窗电机是否满足动作条件；当车窗电机不满足动作条件时，车窗电机动作停止；当车窗电机满足动作条件时，车窗电机作动，MCU控制器通过位置传感器实时监测车窗位置，并判断车窗是否到达设定的全开或全闭位置附近；当车窗在到达设定的全开或全闭位置附近前，MCU控制器控制车窗电机以设定的第一目标速度运行直至车窗到达全开或全闭位置附近，在车窗以设定的第一目标速度运行的过程中MCU控制器根据位置传感器产生的方波计算出电机运行的实际速度，并采用PID控制对电机速度进行自动调节，即当电机实际速度小于设定的第一目标速度时，MCU控制器增加车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出来增加电机两端的平均电压，增加电机的转速，使电机的实际速度等于设定的第一目标速度；当电机实际速度大于设定的第一目标速度时，MCU控制器减少车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出来减小电机两端的平均电压，减小电机的转速，使电机的实际速度等于设定的第一目标速度；
当车窗到达设定的全开或全闭位置附近时,MCU控制器控制车窗电机的运行速度降低，MCU控制器控制车窗电机以设定的第二目标速度运行直至车窗到达全开或全闭位置，在车窗以设定的第二目标速度运行的过程中MCU控制器根据位置传感器产生的方波计算出电机运行的实际速度，并采用PID控制对电机速度进行自动调节，即当电机实际速度小于设定的第二目标速度时，MCU控制器增加车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出来增加电机两端的平均电压，增加电机的转速，使电机的实际速度等于设定的第二目标速度；当电机实际速度大于设定的第二目标速度时，MCU控制器减少车窗电机转速调节电路的MOSFET的占空比输出来减小电机两端的平均电压，减小电机的转速，使电机的实际速度等于设定的第二目标速度；
当MCU控制器通过位置传感器计算出车窗到达全开或全闭位置时,MCU控制器控制车窗电机停止运行，控制结束。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：MCU控制器通过计时器计算位置传感器所产生的方波信号的高电平及低电平时间，然后计算出电机转子旋转一周所需要的时间，即可计算出电机的转速。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤22）中当MCU控制器检测到继电器粘黏或车身电瓶为高电压或低电压任一故障发生时，则判断车窗电机不满足动作条件，否则，车窗电机满足动作条件；当车窗电机作动后MCU控制器检测是否有电机短路、断路、过电流、堵转以及操作开关粘黏以及车身电瓶即工作电压为高电压或低电压这些故障发生，当有上述任一故障发生，则控制车窗电机停止，控制结束；当没有故障发生，则车窗电机继续保持作动。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：全开或全闭位置附近的计算公式：全开或全闭位置附近行程等于全行程*(基准电压值/实际电压值)*75%；
第二目标速度等于第一目标速度*（实际电压值/基准电压值）*75%。
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