CN111409536B - 电动拓展仓机构及拓展控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动拓展仓机构及拓展控制方法，它包括多组滑轨机构，滑轨机构包括互相滑动连接的滑轨和滑块，滑轨机构用于安装在拓展仓与底座之间；拓展仓与底座之间还设有驱动装置，所述的驱动装置中设有直流永磁回馈电机，直流永磁回馈电机的电机定子绕组与电源模块电连接，电源模块与ECU控制系统的输出端电连接；在直流永磁回馈电机的定子壳体上设有位置传感器，位置传感器与ECU控制系统电连接；ECU控制系统还设有电流检测模块，电流检测模块与电机定子绕组电连接，用于检测电机定子绕组上的电流大小。本发明实现了拓展仓的自动控制，具有多种互不干扰的安全防护和保障措施，进一步提高安全性。

Description

电动拓展仓机构及拓展控制方法

技术领域

本发明涉及汽车组件领域，特别是一种电动拓展仓机构及控制方法。

背景技术

如今随着人们生活水平的提高，对车内舒适性型和空间利用率越来越高，普通车受空间的限制，车内设施相对固定，可移动性及空间利用率较低，额外扩展空间有限，现有技术中有采用电动拓展仓拓展空间的方案，得到广大客户的青睐。目前房车空间拓展有向上顶部拓展，车厢两侧或后侧拓展等方案；拓展的驱动多采用手动或半自动拓展，拓展后手动加入支撑架，存在操作流程多，使用不便，以及存在夹人安全隐患等技术问题。例如中国专利文献CN 210101454 U记载了一种可向后面、向侧面扩展的房车车厢，即存在结构较为复杂，操作步骤繁琐的问题。中国专利文献CN 209534852 U记载了一种带扩展厢体的移动警务室，采用液压缸实现伸缩移动，需要配置独立的液压站，且存在扩展厢体受力不佳的问题。在现有技术中，扩展多采用机械驱动，在机械驱动过程中，容易出现夹住人或者杂物的安全隐患，从而存在烧毁电机或造成人员伤亡的安全风险，也有采用力传感器进行控制的方案，但是该方案导致控制部分较为复杂，尤其是传感器的设置和导线布置非常麻烦。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电动拓展仓机构及控制方法，能够便于拓展仓的电动驱动，且控制较为方便，能够确保拓展仓移动过程中的安全性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种电动拓展仓机构，它包括多组滑轨机构，滑轨机构包括互相滑动连接的滑轨和滑块，滑轨机构用于安装在拓展仓与底座之间；

拓展仓与底座之间还设有驱动装置，所述的驱动装置中设有直流永磁回馈电机，直流永磁回馈电机的电机定子绕组与电源模块电连接，电源模块与ECU控制系统的输出端电连接，所述的电源模块为PWM型脉宽调制驱动电路；

在直流永磁回馈电机的定子壳体上设有位置传感器，位置传感器与ECU控制系统电连接；ECU控制系统还设有电流检测模块，电流检测模块与电机定子绕组电连接，用于检测电机定子绕组上的电流大小。

优选的方案中，所述的电机定子绕组为三个，沿圆周均布，电机永磁转子的磁极为4个，各个磁极沿圆周布置，位置传感器为三个，分别位于电机定子绕组之间，所述的位置传感器为霍尔传感器。

优选的方案中，所述的霍尔传感器与ECU控制系统主芯片的中断引脚INH电连接，用于根据霍尔信号使主芯片能输出PWM频率信号。

优选的方案中，霍尔传感器与ECU控制系统主芯片的输入引脚IN电连接，用于检测霍尔传感器的信号丢失。

优选的方案中，电流检测模块与ECU控制系统主芯片的检测引脚IS电连接，检测引脚IS的优先级高于输入引脚IN的优先级。

优选的方案中，所述的ECU控制系统采用两路并行的主芯片结构，两路主芯片独立的与电源模块电连接，两路主芯片还独立的与电流检测模块和位置传感器电连接。

优选的方案中，滑轨机构共四组，分别设置在拓展仓的两侧和底部；

每组滑轨机构的滑轨为两条，滑轨与拓展仓固定连接，滑块上与滑轨咬合的滑槽，滑块与底座固定连接。

优选的方案中，所述的驱动装置包括齿轮齿条机构，直流永磁回馈电机固定安装在底座上，齿条固定安装在拓展仓上，齿轮通过轴承座支承，轴承座固定安装在底座上，直流永磁回馈电机的输出轴与齿轮机械连接，齿轮与齿条啮合连接；

或者所述的驱动装置包括链传动机构，直流永磁回馈电机固定安装在底座上，主动链轮和从动链轮分别支承在两个轴承座上，两个轴承座固定安装在底座上，直流永磁回馈电机的输出轴与主动链轮机械连接，链条绕过主动链轮和从动链轮，链条上设有连接段，连接段与拓展仓固定连接。

优选的方案中，在拓展仓和底座的其中一个上设有限位柱，另一个上设有相应的两个限位座，限位柱位于限位座之间，在限位座上设有用于容纳限位柱的凹槽，限位座之间的距离即为拓展仓的行程。

一种采用上述的电动拓展仓机构的控制方法，包括以下步骤：

S1、在拓展仓运行过程中，ECU控制系统输出PWM信号，通过电源模块驱动直流永磁回馈电机运行，

霍尔传感器的信号在经过限流、分压处理后，输入至ECU控制器，直流永磁回馈电机转动时因霍尔传感器的信号使能，ECU控制系统不断进入相应的中断处理程序来处理霍尔传感器的信号计数，计数结果即为电机运行的行程参考数据，当达到所设定的行程数据或接收到停止信号时，ECU控制系统主动停止直流永磁回馈电机驱动控制，同时根据霍尔传感器的信号相序来判断直流永磁回馈电机旋转方向与控制方向的符合性和频率；

S2、当拓展仓运行中被限位，ECU控制系统的电流检测模块检测到电流增大，ECU控制系统优先根据电流检测模块的信号主动停止直流永磁回馈电机驱动控制；

或者根据霍尔传感器的信号丢失主动停止直流永磁回馈电机驱动控制；

电流检测模块的信号优先级高于霍尔传感器的信号丢失的优先级。

本发明提供了一种电动拓展仓机构及控制方法，通过设置的直流永磁回馈电机和ECU控制系统、位置传感器以及电流检测模块，实现了拓展仓的自动控制，而且能够提高驱动拓展仓运行过程中的安全性。并且结构简单，具有多种互不干扰的安全防护和保障措施，进一步提高安全性。优选的方案中，配合设置的限位机构，以更为简单和可靠的方式，限定了运动行程。

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为本发明的整体结构主视示意图。

图2为本发明的拓展仓立体示意图。

图3为本发明的拓展仓仰视示意图。

图4为本发明的驱动装置的结构示意图。

图5为本发明的滑轨机构结构示意图。

图6为本发明的电机驱动电路示意图。

图7为本发明的ECU控制系统电路示意图。

图8为本发明的ECU控制系统控制流程示意图。

图中：拓展仓1，滑轨2，底座3，滑块4，驱动机构5，连接段6，限位座7，从动链轮8，驱动电机9，主动链轮10，限位柱11，主动链轮12，轴承座13，电源模块14，位置传感器15，电机永磁转子16，电机定子绕组17。

具体实施方式

实施例1：

如图1~7中，一种电动拓展仓机构，它包括多组滑轨机构，滑轨机构包括互相滑动连接的滑轨2和滑块4，滑轨机构用于安装在拓展仓1与底座3之间；

拓展仓1与底座3之间还设有驱动装置，所述的驱动装置中设有直流永磁回馈电机，直流永磁回馈电机的电机定子绕组17与电源模块14电连接，电源模块与ECU控制系统的输出端电连接，所述的电源模块14为PWM型脉宽调制驱动电路；

在直流永磁回馈电机的定子壳体上设有位置传感器15，位置传感器15与ECU控制系统电连接；ECU控制系统还设有电流检测模块，电流检测模块与电机定子绕组17电连接，用于检测电机定子绕组17上的电流大小。由此结构，通过直流永磁回馈电机驱动拓展仓1沿着滑轨机构滑动。设置的位置传感器15用于代替电刷的功能，实现无刷换向。同时位置传感器15还用于判断旋转方向，以及是否存在丢步，是否存在运动被阻止的情形。设置的电流检测模块，用于检测电机定子绕组17的电流是否增大，从而更加快速的判断是否存在运动被阻止的情形。电流检测模块与位置传感器15构成冗余的安全防护系统，进一步提高防护效果。

优选的方案如图6中所示，所述的电机定子绕组17为三个，沿圆周均布，电机永磁转子16的磁极为4个，各个磁极沿圆周交错布置，位置传感器15为三个，分别位于电机定子绕组17之间，所述的位置传感器15为霍尔传感器。优选的，在电机定子绕组17的内壁设有保护罩，图中未示出，在保护罩上霍尔传感器的位置设有开口。由此方案，通过霍尔传感器对电机永磁转子16的位置进行检测。

优选的方案如图7中，所述的霍尔传感器与ECU控制系统主芯片的中断引脚INH电连接，用于根据霍尔信号使主芯片能输出PWM频率信号。优选的，所述的主芯片采用BTS7960。直流永磁回馈电机的转动时因霍尔传感器的信号使能，ECU控制系统不断进入相应的中断处理程序来处理霍尔传感器的信号进行计数。

优选的方案如图7中，霍尔传感器与ECU控制系统主芯片的输入引脚IN电连接，用于检测霍尔传感器的信号丢失。

优选的方案如图7中，电流检测模块与ECU控制系统主芯片的检测引脚IS电连接，通过比较检测引脚IS和对比引脚SR之间的电流差值，得出电流的变化趋势。检测引脚IS的优先级高于输入引脚IN的优先级。优选的如图7中，在检测引脚IS和对比引脚SR之间并联有多个检测电阻，例如R13，R31，R32和R33，对比引脚SR通过电阻R14接地，检测引脚IS通过电阻R12与稳压二极管V3的负极电连接，对比引脚SR通过电阻R14与稳压二极管V3的正极电连接。检测引脚IS还与电容C11的一端电连接，对比引脚SR通过电阻R14与电容C11 的另一端电连接。

优选的方案如图1中，所述的ECU控制系统采用两路并行的主芯片结构，两路主芯片独立的与电源模块14电连接，两路主芯片还独立的与电流检测模块和位置传感器15电连接。由此结构，提高系统的稳定性，当一路的主芯片发生故障，不会影响另一路主芯片的工作。本例中的主芯片输出引脚，也采用了双路输出的方案，以进一步提高控制的可靠性。

优选的方案如图1、2中，滑轨机构共四组，分别设置在拓展仓1的两侧和底部；设置的滑轨机构除了具有导向功能外，还具有悬挂的功能，以承载拓展仓1的重量。

每组滑轨机构的滑轨2为两条，滑轨2与拓展仓1固定连接，滑块4上与滑轨2咬合的滑槽，滑块4与底座3固定连接。由此结构，以提供可靠的承载力。

优选的方案中，所述的驱动装置包括齿轮齿条机构，直流永磁回馈电机固定安装在底座3上，齿条固定安装在拓展仓1上，齿轮通过轴承座支承，轴承座固定安装在底座3上，直流永磁回馈电机的输出轴与齿轮机械连接，齿轮与齿条啮合连接；齿轮齿条机构在图中未示出。

如图3、4中，或者所述的驱动装置包括链传动机构，直流永磁回馈电机固定安装在底座3上，主动链轮12和从动链轮8分别支承在两个轴承座13上，两个轴承座13固定安装在底座3上，直流永磁回馈电机的输出轴与主动链轮12机械连接，链条绕过主动链轮12和从动链轮8，链条上设有连接段6，连接段6与拓展仓1固定连接。本例中优选采用该方案，该方案将拓展仓1与底座3之间通过链条连接在一起，即便出现极端的情形，这种连接结构也能够构成一道安全保护系统。本例中链条的张紧通过调节从动链轮8的位置实现，当然的，也可以调节主动链轮12和直流永磁回馈电机的位置。进一步优选的，直流永磁回馈电机的输出轴通过花键结构与主动链轮12连接，以传递扭矩并能够容许直流永磁回馈电机的安装位置误差。

优选的方案如图3、4中，在拓展仓1和底座3的其中一个上设有限位柱11，另一个上设有相应的两个限位座7，限位柱11位于限位座7之间，在限位座上设有用于容纳限位柱11的凹槽，限位座7之间的距离即为拓展仓1的行程。与现有技术中采用行程开关或者位置传感器不同的，本发明仅通过限位的结构即实现了自动启停控制。当限位柱11与限位座7触碰，拓展仓1的运行停止，此时电机定子绕组17内的电流增大，ECU控制系统控制电源模块14停止供电，直流永磁回馈电机停止。该方案大幅简化了电气布置的结构。

实施例2：

在实施例1的基础上，如图6、7中，一种采用上述的电动拓展仓机构的控制方法，包括以下步骤：

S1、在拓展仓1运行过程中，ECU控制系统输出PWM信号，通过电源模块14驱动直流永磁回馈电机运行，

霍尔传感器的信号在经过限流、分压处理后，输入至ECU控制器，直流永磁回馈电机转动时因霍尔传感器的信号使能，ECU控制系统不断进入相应的中断处理程序来处理霍尔传感器的信号计数，计数结果即为电机运行的行程参考数据，当达到所设定的行程数据或接收到停止信号时，ECU控制系统主动停止直流永磁回馈电机驱动控制，同时根据霍尔传感器的信号相序来判断直流永磁回馈电机旋转方向与控制方向的符合性和频率；

S2、当拓展仓1运行中被限位，ECU控制系统的电流检测模块检测到电流增大，ECU控制系统优先根据电流检测模块的信号主动停止直流永磁回馈电机驱动控制；

或者根据霍尔传感器的信号丢失主动停止直流永磁回馈电机驱动控制；

电流检测模块的信号优先级高于霍尔传感器的信号丢失的优先级。

由上述的步骤，利用极少的传感器，实现多个功能控制。

实施例3：

如图6~8中，在实施例2的基础上，更详细的控制流程为：

S11、接收开关或CAN总线命令，若是进入下一步；

S12、接收霍尔传感器的信号，使ECU控制系统能够以中断模式为电源模块14输出控制信号；

S13、设置PWM控制信号的频率和占空比，以控制电源模块14的六个晶闸管输出驱动电流；

S14、ECU控制系统输出的PWM控制信号，控制电源模块14的六个晶闸管输出驱动电流，驱动直流永磁回馈电机以预设的方式转动；

S15、接收霍尔传感器的反馈信号；

S16、通过电流检测模块检测驱动电流是否超标，若是则跳转结束；

S17、接收的霍尔传感器的反馈信号行否丢失，若是则跳转结束；

S18、通过霍尔传感器的技术累加值与预设值进行比对实现检测行程是否达到限位，若是则跳转结束；

S19、是否接收到开关或CAN总线命令，若是则跳转结束；若否则跳转至步骤S12。

通过以上步骤实现拓展仓1伸缩运动的自动控制，并且能够检测是否夹到异物，或者是否存在运动异常，采用上述的控制方法，大幅降低控制难度，尤其是降低传感器布置的难度。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种电动拓展仓机构的拓展控制方法，其特征是：包括多组滑轨机构，滑轨机构包括互相滑动连接的滑轨（2）和滑块（4），滑轨机构用于安装在拓展仓（1）与底座（3）之间；

滑轨机构共四组，分别设置在拓展仓（1）的两侧和底部；

每组滑轨机构的滑轨（2）为两条，滑轨（2）与拓展仓（1）固定连接，滑块（4）上与滑轨（2）咬合的滑槽，滑块（4）与底座（3）固定连接；

拓展仓（1）与底座（3）之间还设有驱动装置，所述的驱动装置中设有直流永磁回馈电机，直流永磁回馈电机的电机定子绕组（17）与电源模块（14）电连接，电源模块与ECU控制系统的输出端电连接，所述的电源模块（14）为PWM型脉宽调制驱动电路；

所述的电机定子绕组（17）为三个，沿圆周均布，电机永磁转子（16）的磁极为4个，各个磁极沿圆周布置，位置传感器（15）为三个，分别位于电机定子绕组（17）之间，所述的位置传感器（15）为霍尔传感器；

在直流永磁回馈电机的定子壳体上设有位置传感器（15），位置传感器（15）与ECU控制系统电连接；ECU控制系统还设有电流检测模块，电流检测模块与电机定子绕组（17）电连接，用于检测电机定子绕组（17）上的电流大小；

所述的霍尔传感器与ECU控制系统主芯片的中断引脚INH电连接，用于根据霍尔信号使主芯片能输出PWM频率信号；

霍尔传感器与ECU控制系统主芯片的输入引脚IN电连接，用于检测霍尔传感器的信号丢失；

电流检测模块与ECU控制系统主芯片的检测引脚IS电连接，检测引脚IS的优先级高于输入引脚IN的优先级；

所述的驱动装置包括链传动机构，直流永磁回馈电机固定安装在底座（3）上，主动链轮（12）和从动链轮（8）分别支承在两个轴承座（13）上，两个轴承座（13）固定安装在底座（3）上，直流永磁回馈电机的输出轴与主动链轮（12）机械连接，链条绕过主动链轮（12）和从动链轮（8），链条上设有连接段（6），连接段（6）与拓展仓（1）固定连接；

在拓展仓（1）和底座（3）的其中一个上设有限位柱（11），另一个上设有相应的两个限位座（7），限位柱（11）位于限位座（7）之间，在限位座上设有用于容纳限位柱（11）的凹槽，限位座（7）之间的距离即为拓展仓（1）的行程；

包括以下步骤：

S1、在拓展仓（1）运行过程中，ECU控制系统输出PWM信号，通过电源模块（14）驱动直流永磁回馈电机运行，

霍尔传感器的信号在经过限流、分压处理后，输入至ECU控制器，直流永磁回馈电机转动时因霍尔传感器的信号使能，ECU控制系统不断进入相应的中断处理程序来处理霍尔传感器的信号计数，计数结果即为电机运行的行程参考数据，当达到所设定的行程数据或接收到停止信号时，ECU控制系统主动停止直流永磁回馈电机驱动控制，同时根据霍尔传感器的信号相序来判断直流永磁回馈电机旋转方向与控制方向的符合性和频率；

S2、当拓展仓（1）运行中被限位，ECU控制系统的电流检测模块检测到电流增大，ECU控制系统优先根据电流检测模块的信号主动停止直流永磁回馈电机驱动控制；

或者根据霍尔传感器的信号丢失主动停止直流永磁回馈电机驱动控制；

电流检测模块的信号优先级高于霍尔传感器的信号丢失的优先级。

2.根据权利要求1所述的一种电动拓展仓机构的拓展控制方法，其特征是：所述的ECU控制系统采用两路并行的主芯片结构，两路主芯片独立的与电源模块（14）电连接，两路主芯片还独立的与电流检测模块和位置传感器（15）电连接。

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