CN111411855A - 电动车窗防夹控制方法以及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车技术领域，提供了一种电动车窗防夹控制方法，包括如下步骤：S1～S5五个步骤。本发明还提供一种电动车窗防夹控制系统，包括MCU控制器、温度测量模块以及电流检测处理模块。本发明建立温度与电流阈值系数的对应关系表，简化了对电动车窗自学习的初始化设置，也降低了控制器软件设计的复杂度；基于纹波电流检测技术，不需要采用特殊电机或安装霍尔传感器，降低防夹系统的成本；通过在控制器软件设计前期，通过试验数据，建立直流电机电流模型，包含车窗升降机构以及玻璃与窗框之间的摩擦对电流阈值的影响，提高控制系统的准确性；考虑了温度对阈值的影响，保证防夹功能可靠性和准确性。

Description

电动车窗防夹控制方法以及系统

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，具体为一种电动车窗防夹控制方法以及系统。

背景技术

随着汽车电子技术的不断发展，汽车驾驶安全性和舒适性的需求日益增长。为了解决电动车窗存在的安全隐患，尤其对儿童乘车安全的潜在威胁，很多乘用车采用了具有防夹功能的电动车窗。

目前，汽车电动车窗的防夹功能检测技术包括非接触式和接触式两大类。

非接触式检测技术主要使用红外传感器、电磁传感器等检测有无异物在车窗移动范围内。接触式检测技术主要是在车窗上升过程中，当车窗在防夹区域内受到较大阻力，则判定发生夹持，当检测到障碍物，MCU控制器控制车窗停转或反向转动，实现防夹功能。接触式检测方法主要采用霍尔传感器检测和电流纹波检测。前者通过检测霍尔信号相邻两个脉冲的脉宽，判断是否发生夹持。后者通过检测电机电流纹波信号，通过软件或硬件的方法判断是否发生夹持。

但上述检测技术存在以下弊端：非接触式检测技术对环境要求较高，在恶劣极端的条件下，难以保证正常工作；接触式检测技术中，霍尔传感器检测需要在电机转轴上安装磁环，成本高，精度较低；电流纹波检测不需要安装额外的传感器，但抗干扰性差，而且两种方案程序设计复杂,需要使用EPROM记录阈值，实现自学习，而且需要用户进行复杂的初始化操作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电动车窗防夹控制方法以及系统，至少可以解决现有技术中的部分缺陷。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种电动车窗防夹控制方法，包括如下步骤：

S1，预先建立环境温度与电机的电流阈值系数的对应关系表；

S2，获取当前环境的温度数据，并根据所述对应关系表确定电流阈值系数K；

S3，获取电机初始阶段最大电流Imax，并在电机带动车窗上升的过程中，采集当前电机电流I，同时通过电流检测处理电路对电流信号进行处理，得到方波信号；

S4，根据所述方波信号的脉冲数判断车窗是否到达防夹区域，若未到达，则重新返回所述S3步骤，若已到达，则根据所述电流阈值系数K和最大电流Imax计算电流阈值It；

S5，判断当前电机电流I是否超过所述电流阈值It，若超过则控制电机停转或反转，车窗停止上升或下降。

进一步，在所述S1步骤中，建立温度与电流阈值系数的对应关系表的具体方法为：

S10，建立电动车窗升降电机的电流模型；

S11，通过试验测试某一环境温度下的电机电流阈值；

S12，通过系统辨识工具获取所述电流模型的参数；

S13，根据所述参数以及某个温度的电机电流阈值计算此环境温度下的电机的电流阈值系数；

S14，重复所述S11步骤至所述S13步骤，且每重复一次所述S11步骤的测试温度不同，以得到各环境温度与电机的电流阈值系数的对应关系表。

进一步，在所述S11步骤中，试验的方式具体为：

S110，读取温度传感器的温度数据；

S111，判断车窗是否在升起，若否，则重新读取温度传感器的温度数据，若是，则使用串口向上位机发送当前温度数据；

S112，采集电机电流数据，并使用串口向上位机发送电流数据；

S113，根据脉冲数判断车窗是否到达顶部，若到达则结束测试，由所述上位机输出当前环境温度下的电机电流阈值；

S114，若未到达则重复所述S112步骤和所述S113步骤。

进一步，所述S10步骤中，所述电流模型的参数包括车窗升降装置以及玻璃与门框之间的摩擦对电流阈值造成的影响。

进一步，在所述S3步骤中，对电流信号进行处理的过程包括：

S30，比较电流最大值Imax和当前电流I；

S31，若电流最大值小于当前电流，则更新电流最大值，并输出方波信号；若电流最大值大于当前电流，则直接输出方波信号。

进一步，在所述S3步骤中，采用所述电流检测处理电路得到带有纹波的电流信号，然后再经过纹波方波转化模块将电流纹波信号转换为方波信号。

进一步，在所述S5步骤中，若当前电机电流I未超过电流阈值It，则重新采集当前电流数据，再通过所述电流检测处理电路对其进行处理，并判断车窗是否处于防夹区域，若否，则判断车窗是否到达顶部，若到达，则电机停转。

进一步，若判断车窗是处于防夹区域，则返回S5步骤。

进一步，若判断车窗未到达顶部，则重新通过所述电流检测处理电路对其进行处理后再判断一次。

本发明实施例提供另一种技术方案：一种电动车窗防夹控制系统，包括MCU控制器、温度测量模块以及电流检测处理模块，

所述温度测量模块，用于获取当前环境的温度数据，并送至所述MCU控制器；

所述电流检测处理模块，用于对电机的电流信号进行处理并得到方波信号；

所述MCU控制器，用于根据所述温度测量模块反馈的温度数据确定电流阈值系数并根据所述电流阈值系数计算电流阈值，用于根据所述方波信号的脉冲判断车窗是否到达防夹区域，还用于判断当前电机电流I是否超过所述电流阈值并控制电机停转或反转；

所述控制系统还包括环境温度与电机的电流阈值系数的对应关系表，所述对应关系表用于所述MCU控制器确定电流阈值系数，以实现电动车窗的自动阈值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：建立温度与电流阈值系数的对应关系表，简化了对电动车窗自学习的初始化设置，也降低了控制器软件设计的复杂度；基于纹波电流检测技术，不需要采用特殊电机或安装霍尔传感器，降低防夹系统的成本；通过在控制器软件设计前期，通过试验数据，建立直流电机电流模型，包含车窗升降机构以及玻璃与窗框之间的摩擦对电流阈值的影响，提高控制系统的准确性；考虑了温度对阈值的影响，保证防夹功能可靠性和准确性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种电动车窗防夹控制方法的逻辑图；

图2为本发明实施例提供的一种电动车窗防夹控制方法的试验方式的逻辑图；

图3为本发明实施例提供的一种电动车窗防夹控制系统的模块示意图。

具体实施方式

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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供一种电动车窗防夹控制方法，S1，预先建立环境温度与电机的电流阈值系数的对应关系表；S2，获取当前环境的温度数据，并根据所述对应关系表确定电流阈值系数K；S3，获取电机初始阶段最大电流Imax，并在电机带动车窗上升的过程中，采集当前电机电流I，同时通过电流检测处理电路对电流信号进行处理，得到方波信号；S4，根据所述方波信号的脉冲数判断车窗是否到达防夹区域，若未到达，则重新返回所述S3步骤，若已到达，则根据所述电流阈值系数K和最大电流Imax计算电流阈值It；S5，判断当前电机电流I是否超过所述电流阈值It，若超过则控制电机停转或反转，车窗停止上升或下降。在本实施例中，通过预先建立的对应关系表，直接简化了现有技术中对电动车窗自学习的初始化设置，也降低了控制器软件设计的复杂度，这样用户在使用时就不需要再有复杂的初始化操作。本实施例对于车窗的控制主要在于环境温度和电机电流两个点上，MCU控制器启动后，通过建立的对应关系表，可以根据环境温度查找到电流阈值系数K，而电机初始阶段的最大电流Imax是易得的，例如可以通过软件测试出并记录直流电机的初始阶段的最大电流，也可以是对电机电流进行采样时获得，那么我们就可以计算出电流阈值It＝K·Imax，而又由于当前的电机电流I是可得的，那么通过判断当前电机电流I是否超过所述电流阈值It，就可以判断是否控制电机再继续上升，不上升就意味着停止或者是下降，这两个动作分别通过电机的停转或反转来体现，进而达到防夹控制的目的，其中若是超过电流阈值It，则代表遇到了障碍物，电机停转或反转，反之，继续上升。而在整个判断过程中，在车窗上升阶段，需要判断车窗是否到达防夹区域，可以通过电流检测处理电路对电流信号处理得到方波信号，然后再通过方波信号的脉冲数来判断车窗是否到达防夹区域，如果未到达，则重新返回S3步骤采集当前电流，若到达，再继续下面的判定，这个过程中涉及到的电流检测处理电路，使得本方法不需要采用特殊电机或安装霍尔传感器，降低防夹系统的成本。

以下为具体实施例：

优化上述方案，在所述S1步骤中，建立温度与电流阈值系数的对应关系表的具体方法为：S10，建立电动车窗升降电机的电流模型；S11，通过试验测试某一环境温度下的电机电流阈值；S12，通过系统辨识工具获取所述电流模型的参数；S13，根据所述参数以及某个温度的电机电流阈值计算此环境温度下的电机的电流阈值系数；S14，重复所述S11步骤至所述S13步骤，且每重复一次所述S11步骤的测试温度不同，以得到各环境温度与电机的电流阈值系数的对应关系表。在本实施例中，根据直流电机电流特性，在电机启动阶段的电流完全覆盖了电动车窗操作过程中的电流值，所以可以通过建立电动车窗升降模型，采用系统辨识工具确定模型参数，进一步确定电机电流阈值系数；电动车窗的阻力变化主要在于温度导致的车窗密封条硬度的变化，所以需要建立不同温度范围下的电机电流阈值系数，且所述电流模型的参数包括车窗升降装置以及玻璃与门框之间的摩擦对电流阈值造成的影响。其中电流模型的建立是通过理论分析得到，采用的系统辨识工具是MATLAB系统辨识工具，使用试验数据计算此温度下的阈值系数K＝I/Imax，通过不同温度范围下的试验数据，计算各温度范围的阈值系数，建立温度与阈值系数对应关系表。

进一步优化上述方案，请参阅图2，在所述S11步骤中，试验的方式具体为：S110，读取温度传感器的温度数据；S111，判断车窗是否在升起，若否，则重新读取温度传感器的温度数据，若是，则使用串口向上位机发送当前温度数据；S112，采集电机电流数据，并使用串口向上位机发送电流数据；S113，根据脉冲数判断车窗是否到达顶部，若到达则结束测试，由所述上位机输出当前环境温度下的电机电流阈值；S114，若未到达则重复所述S112步骤和所述S113步骤。在本实施例中，在试验测试时，MCU控制器启动时，读取温度传感器数据；在一键升窗模式下，使用MCU控制器串口向上位机发送当前温度数据，启动电机，进行电流采样并使用串口向上位机发送电流数据，直至车窗上升至顶部，其中的上位机即MCU控制器。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1，在所述S3步骤中，对电流信号进行处理的过程包括：S30，比较电流最大值Imax和当前电流I；S31，若电流最大值小于当前电流，则更新电流最大值，并输出方波信号；若电流最大值大于当前电流，则直接输出方波信号。在本实施例中，考虑到温度对阈值的影响，通过更新电流最大值，可以保证防夹功能可靠性和准确性。在采集当前电流I前初始化电流最大值Imax为0。

作为本发明实施例的优化方案，在所述S3步骤中，采用所述电流检测处理电路得到带有纹波的电流信号，然后再经过纹波方波转化模块将电流纹波信号转换为方波信号。在本实施例中，通过纹波方波转化模块来转换信号，以获得方波信号。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1，在所述S5步骤中，若当前电机电流I未超过电流阈值It，则重新采集当前电流数据，再通过所述电流检测处理电路对其进行处理，并判断车窗是否处于防夹区域，若否，则判断车窗是否到达顶部，若到达，则电机停转。在本实施例中，也是通过脉冲数判断车窗是否到达顶部，在车窗到达顶部时，电机停转，完成关闭车窗的动作。优选的，若判断车窗是处于防夹区域，则返回S5步骤。若判断车窗未到达顶部，则重新通过所述电流检测处理电路对其进行处理后再判断一次。

请参阅图3，本发明实施例提供一种电动车窗防夹控制系统，它适用于上述方法。具体的，其包括MCU控制器、温度测量模块以及电流检测处理模块，所述温度测量模块，用于获取当前环境的温度数据，并送至所述MCU控制器，具体是采用温度传感器；所述电流检测处理模块，用于对电机的电流信号进行处理并得到方波信号；所述MCU控制器，用于根据所述温度测量模块反馈的温度数据确定电流阈值系数并根据所述电流阈值系数计算电流阈值，用于根据所述方波信号的脉冲判断车窗是否到达防夹区域，还用于判断当前电机电流I是否超过所述电流阈值并控制电机停转或反转；所述控制系统还包括环境温度与电机的电流阈值系数的对应关系表，所述对应关系表用于所述MCU控制器确定电流阈值系数，以实现电动车窗的自动阈值。在本实施例中，通过预先建立的对应关系表，直接简化了现有技术中对电动车窗自学习的初始化设置，也降低了控制器软件设计的复杂度，该控制器软件及MCU控制器，这样用户在使用时就不需要再有复杂的初始化操作。本实施例对于车窗的控制主要在于环境温度和电机电流两个点上，MCU控制器启动后，通过建立的对应关系表，可以根据环境温度查找到电流阈值系数K，而电机初始阶段的最大电流Imax是易得的，例如可以通过软件测试出并记录直流电机的初始阶段的最大电流，也可以是对电机电流进行采样时获得，那么我们就可以计算出电流阈值It＝K·Imax，而又由于当前的电机电流I是可得的，那么通过判断当前电机电流I是否超过所述电流阈值It，就可以判断是否控制电机再继续上升，不上升就意味着停止或者是下降，这两个动作分别通过电机的停转或反转来体现，进而达到防夹控制的目的，其中若是超过电流阈值It，则代表遇到了障碍物，电机停转或反转，反之，继续上升。而在整个判断过程中，在车窗上升阶段，需要判断车窗是否到达防夹区域，可以通过电流检测处理电路对电流信号处理得到方波信号，然后再通过方波信号的脉冲数来判断车窗是否到达防夹区域，如果未到达，则重新返回S3步骤采集当前电流，若到达，再继续下面的判定，这个过程中涉及到的电流检测处理电路，使得本方法不需要采用特殊电机或安装霍尔传感器，降低防夹系统的成本。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图3，电流检测处理模块包括纹波方波转换电路、电机驱动、电流检测、低通滤波、放大电路以及纹波滤波，本系统还包括车窗升降电机、A/D转换模块、CAN通讯模块以及车窗开关。其中，车窗开关的输出连接到MCU控制器的控制信号输入端，CAN通讯模块的数据信号端连接到MCU控制器的第一数据信号端，温度测量的数据信号端连接到MCU控制器的第二数据信号端，电机驱动的数据信号端连接到MCU控制器的第三数据信号端，电机驱动的控制输出端连接到车窗升降电机的控制信号端，纹波方波转换电路的数据信号端连接到MCU的第四信号数据端，A/D转换模块连接到MCU控制器的第五信号数据端，电机驱动电路连接电流检测电路，电流检测电路连接到放大电路，放大电路与低通滤波电路和纹波滤波电路连接，低通滤波电路与纹波方波转换电路连接，纹波滤波电路与A/D转换模块连接。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种电动车窗防夹控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，预先建立环境温度与电机的电流阈值系数的对应关系表；

S2，获取当前环境的温度数据，并根据所述对应关系表确定电流阈值系数K；

S3，获取电机初始阶段最大电流Imax，并在电机带动车窗上升的过程中，采集当前电机电流I，同时通过电流检测处理电路对电流信号进行处理，得到方波信号；

S4，根据所述方波信号的脉冲数判断车窗是否到达防夹区域，若未到达，则重新返回所述S3步骤，若已到达，则根据所述电流阈值系数K和最大电流Imax计算电流阈值It；

S5，判断当前电机电流I是否超过所述电流阈值It，若超过则控制电机停转或反转，车窗停止上升或下降。

2.如权利要求1所述的电动车窗防夹控制方法，其特征在于，在所述S1步骤中，建立温度与电流阈值系数的对应关系表的具体方法为：

S10，建立电动车窗升降电机的电流模型；

S11，通过试验测试某一环境温度下的电机电流阈值；

S12，通过系统辨识工具获取所述电流模型的参数；

S13，根据所述参数以及某个温度的电机电流阈值计算此环境温度下的电机的电流阈值系数；

S14，重复所述S11步骤至所述S13步骤，且每重复一次所述S11步骤的测试温度不同，以得到各环境温度与电机的电流阈值系数的对应关系表。

3.如权利要求2所述的电动车窗防夹控制方法，其特征在于，在所述S11步骤中，试验的方式具体为：

S110，读取温度传感器的温度数据；

S111，判断车窗是否在升起，若否，则重新读取温度传感器的温度数据，若是，则使用串口向上位机发送当前温度数据；

S112，采集电机电流数据，并使用串口向上位机发送电流数据；

S113，根据脉冲数判断车窗是否到达顶部，若到达则结束测试，由所述上位机输出当前环境温度下的电机电流阈值；

S114，若未到达则重复所述S112步骤和所述S113步骤。

4.如权利要求2所述的电动车窗防夹控制方法，其特征在于：所述S10步骤中，所述电流模型的参数包括车窗升降装置以及玻璃与门框之间的摩擦对电流阈值造成的影响。

5.如权利要求1所述的电动车窗防夹控制方法，其特征在于，在所述S3步骤中，对电流信号进行处理的过程包括：

S30，比较电流最大值Imax和当前电流I；

S31，若电流最大值小于当前电流，则更新电流最大值，并输出方波信号；若电流最大值大于当前电流，则直接输出方波信号。

6.如权利要求1所述的电动车窗防夹控制方法，其特征在于，在所述S3步骤中，采用所述电流检测处理电路得到带有纹波的电流信号，然后再经过纹波方波转化模块将电流纹波信号转换为方波信号。

7.如权利要求1所述的电动车窗防夹控制方法，其特征在于：在所述S5步骤中，若当前电机电流I未超过电流阈值It，则重新采集当前电流数据，再通过所述电流检测处理电路对其进行处理，并判断车窗是否处于防夹区域，若否，则判断车窗是否到达顶部，若到达，则电机停转。

8.如权利要求7所述的电动车窗防夹控制方法，其特征在于：若判断车窗是处于防夹区域，则返回S5步骤。

9.如权利要求7所述的电动车窗防夹控制方法，其特征在于：若判断车窗未到达顶部，则重新通过所述电流检测处理电路对其进行处理后再判断一次。

10.一种电动车窗防夹控制系统，其特征在于：包括MCU控制器、温度测量模块以及电流检测处理模块，

所述温度测量模块，用于获取当前环境的温度数据，并送至所述MCU控制器；

所述电流检测处理模块，用于对电机的电流信号进行处理并得到方波信号；

所述MCU控制器，用于根据所述温度测量模块反馈的温度数据确定电流阈值系数并根据所述电流阈值系数计算电流阈值，用于根据所述方波信号的脉冲判断车窗是否到达防夹区域，还用于判断当前电机电流I是否超过所述电流阈值并控制电机停转或反转；

所述控制系统还包括环境温度与电机的电流阈值系数的对应关系表，所述对应关系表用于所述MCU控制器确定电流阈值系数，以实现电动车窗的自动阈值。

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