CN111719986A - 闭合回路门位置控制 - Google Patents

Abstract

本公开提供了“闭合回路门位置控制”。一种动力车辆开闭系统包括控制器，所述控制器被配置为控制动力致动器的力，以提供平稳的打开和/或闭合操作。

Description

闭合回路门位置控制

技术领域

本发明整体上涉及一种用于车辆的动力开闭系统，并且具体地涉及提供平稳打开和/或闭合操作的动力开闭系统。

背景技术

已经为机动车辆开发了各种动力门装置。已知的系统可以包括枢转门、位置传感器以及使门枢转的动力装置。

发明内容

本公开的一个方面是一种动力车辆开闭系统，其包括具有开口的车身结构。开闭构件(诸如门、升降门、盖等)可运动地安装到车身结构。开闭构件可任选地包括能够通过铰链结构旋转地安装到车身的门，并且该门可被配置为在打开位置和闭合位置之间移动。该系统包括动力致动器(诸如电动马达)，其被配置为相对于车身结构旋转门。电动马达可被配置为相对于车身结构打开门以提供进入开口的通道，和/或相对于车身结构闭合门以封闭进入开口的通道。该系统可以包括位置传感器，该位置传感器被配置为在开闭构件相对于车身结构移动时提供开闭构件的测量位置。该系统还包括控制器，该控制器被配置为控制电动致动器的力，以使开闭构件以基本平稳的方式移动。控制器可以可选地被配置为使开闭构件根据S形位置对时间函数(诸如正弦曲线)而移动。位置对时间函数优选地是连续可微分的函数，并且优选地具有关于时间(速度)的平稳连续的一阶导数、关于时间(加速度)的平稳连续的二阶导数和关于时间(抖动)的平稳连续的三阶导数。

本公开的第一方面的实施例可包括以下特征中的任一者或其组合：

·该系统可以被配置为提供基本无抖动的操作，由此不存在超过约每秒0.01弧度的速度的突然变化。

·传感器可以可选地包括各向异性磁阻(AMR)传感器，其包括在门移动或旋转时相对于彼此移动(例如旋转)的第一部件和第二部件。

·传感器可以被配置为生成绝对位置信号。

·该系统可以可选地包括动力闩锁，该动力闩锁被配置为选择性地将开闭构件(例如，门)保持在闭合位置。

·控制器可选地被配置为当激活开关被激活时，解开动力闩锁并且使电动马达打开开闭构件。

本公开的另一方面是一种控制车门相对于车身结构的运动的方法。该方法包括使用角位置传感器来将测量的位置数据提供给控制器。控制器被配置为使用测量的位置数据来向电动致动器生成信号，以通过使门遵循优选连续可微分的平稳位置对时间函数来以基本上平稳的方式在打开位置和闭合位置之间移动门。

本公开的第二方面的实施例可以包括以下特征中的任一者或它们的组合：

·该方法可以可选地包括使用为正弦的位置对时间函数。

·控制器可以被配置为以无抖动的方式移动门。

·控制器可以被配置为使得门不会以超过约每秒0.01弧度的速度突然变化。

本公开的另一方面是一种动力车门系统，其包括具有开口的车身结构和能够通过连接结构旋转地安装到车身结构上的门。该门系统包括电动致动器，该电动致动器被配置为相对于车身结构移动门。该门系统还包括绝对位置传感器，该绝对位置传感器被配置为在门相对于车身结构移动时提供门的测量位置。该系统还包括控制器，该控制器被配置为使用测量位置来控制电动致动器的力，以使门根据平稳弯曲的位置对时间函数而移动，该位置对时间函数优选地是连续可微分的，由此门以基本无抖动的连续平稳的方式从起始位置移动到终止位置。

本公开的第三方面的实施例可以包括以下特征中的任一者或它们的组合：

·控制器可以被配置为以避免以超过约每秒0.01弧度的速度突然变化的方式移动门。

·位置对时间函数可以基本上是正弦的。

通过参考以下说明书、权利要求和附图，本领域技术人员将进一步理解和了解本公开的这些和其他特征、优点和目标。

附图说明

在附图中：

图1是根据本公开的一方面的具有动力门的车辆的局部示意性侧立视图；

图2是图1的动力门的局部示意性顶视平面图；

图3是门和马达控制系统的示意图；

图4是AMR传感器的局部示意性等距视图；

图5是电动马达、齿轮箱和AMR传感器的局部示意性截面图；

图6是根据本公开的一方面的控制器的示意图；

图7是根据本公开的另一方面的控制器的示意图；

图7A是示出打开门时的命令门位置和实际(测量)门位置随时间变化的曲线图；

图7B是示出闭合门时的命令门位置和实际(测量)门位置随时间变化的曲线图；

图8是根据本公开的另一方面的控制器的示意图；并且

图9是根据本公开的另一方面的控制器的示意图。

具体实施方式

出于本文描述的目的，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“后”、“前”、“竖直”、“水平”及其派生词应与图1中取向那样来与本发明联系起来。然而，应当理解，除非有相反的明确说明，否则本发明可以采取各种替代的取向和步骤顺序。还应理解，附图中说明且在以下说明书中描述的特定装置和过程仅仅是所附权利要求中限定的发明概念的示例性实施例。因此，除非权利要求另有明确说明，否则与本文所公开的实施例相关的特定尺寸和其他物理特性不应被视为具有限制性。

本申请涉及于2015年7月29日提交的名称为“自动门动力辅助(AUTOMOTIVE DOORPOWER ASSIST)”的美国专利申请号14/812,249，现为美国专利号10,030,431，其全部内容以引用方式并入本文。

参考图1和图2，根据本公开的一个方面的机动车辆1包括具有开口3的车身结构2。开闭构件诸如门5可运动地安装到车身结构3上。门5可通过铰链结构(诸如铰链6A和6B)可旋转地安装到车身结构3上以绕竖直轴线“V”旋转。如下面更详细地讨论的，车辆1包括门位置传感器8、控制系统15以及电动致动器(诸如电动马达总成10)，其可以由控制系统15致动以使门5从闭合位置5A(图2)移动(例如旋转)到打开位置5B(图2)，和/或使门5从打开位置返回到闭合位置。门5可包括动力闩锁12，其选择性地将门5保持在闭合位置5A。动力闩锁12可以被配置为选择性地接合安装到车辆结构2的撞销14。将理解的是，动力闩锁12可以被安装到车身2，并且撞销14可以被安装到门5。门5可以可选地包括外部手柄11(图2)。本文所述的车门5仅是开闭构件的示例。然而，位置传感器8、电动致动器10和控制系统15可用于打开和/或闭合宽范围的车辆开闭构件，诸如枢转和/或滑动门、升降门、尾门、盖等。此外，控制系统15可以被配置为控制车辆1的多个门5和/或开闭构件的运动。

再次参考图1，车辆1包括控制系统15，该控制系统15可以包括门马达控制器16、闩锁控制器18和主控制器20。车辆1的电气部件可以可操作地连接到电力系统22。将理解的是，以示意性形式示出图1的控制器16、18和20，并且根据特定应用的需要，可以使用各种微控制器、通信总线和辅助电源来实现本公开的控制系统。因此，将理解的是，本文所使用的术语“控制器”和“控制系统”不限于任何特定的硬件和/或软件配置。

进一步参考图3，当门5(或其他开闭构件)处于完全打开位置5B时，门的行程可能被硬止动件24限制。在图3中，示意性地示出了硬止动件24。硬止动件24可包括铰链6A和/或6B的旋转止动件或其他合适的结构。门止动件在本领域中通常是已知的，以致不需要详细描述。当门5到达完全闭合位置5A时，门5的旋转被止动件限制，该止动件可以包括门密封件26、表面2A和车身2之间的接触件。门密封件26可以包括围绕车身2中开口3延伸的已知类型的伸长的具弹性的弹性体构件。

门马达控制器16可以包括马达控制器28和马达驱动器30。马达控制器28被配置为接收来自一个或多个传感器32的输入。传感器32可以包括例如安装在门5的内侧7上的可选的门致动开关38，和/或设置在门5的外侧9上的可选的门致动开关39。无线遥控钥匙37也可用于生成门打开命令，该门打开命令被用作到控制系统15的输入。门致动开关可以包括接近传感器或可由用户在车辆1内致动的其他开关。当由用户致动时，开关38和39向控制器16生成“门打开”信号。控制器16可被配置为当从开关38或开关39接收到信号时，解开动力闩锁12并致动电动马达10以打开门5。控制器16可以被配置为仅在存在其他预定条件的情况下，才打开门5(例如，解开动力闩锁12并致动电动马达10)。例如，控制系统15可被配置为仅当检测到授权用户(例如，无线遥控钥匙)时，才在外部开关39被致动时打开门5。控制系统15还可以被配置为仅在车辆1静止或以低于预定最大允许速度(例如3mph)的速度移动时，才在内部开关38被致动时打开门5。

如下面更详细地讨论的，传感器8可以可选地包括绝对角位置传感器，诸如各向异性磁阻(AMR)传感器、巨磁阻(GMR)传感器、隧道磁阻(TMR)传感器、感应绝对位置传感器等。位置传感器8可操作地连接至门马达控制器16，以提供车门5相对于车身2的角位置数据。传感器8可以实际上包括能够提供位置数据的任何传感器(例如，霍尔效应传感器)，该位置数据涉及门5相对于车身2的位置。附加传感器可以包括例如传感器(例如，开关)，其指示门5何时处于完全打开位置或完全闭合位置。更进一步，传感器32可以包括车辆速度传感器和/或为门控制器16提供有关各种车辆操作参数的数据的其他传感器。

控制器16还可以可选地从自动车辆(AV)控制器34接收输入。更具体地，车辆1可以包括能够进行自动操作的AV。车辆控制器20(图1)可包括AV控制器34，其使用来自各种传感器(例如，超声波传感器21)的数据来检测与车辆1相邻的物体并生成控制信号以控制车辆操作。门马达控制器16可以使用来自AV控制器34的输入来控制车门5的操作。例如，控制器16可以被配置为以防止门5与行人、宠物和运动或静止的物体之间接触的方式来控制打开和/或闭合门5。传感器21可能够检测门5的路径中的物体，并且控制器16可以使电动马达10反向以停止门5的运动，从而避免撞到物体。另外，在电动马达10的电流增加同时门5停止和/或不以由电动马达10汲取的电流的期望速度移动的情况下，控制器16可以确定门5已经接触到物体。另外，门5上的传感器21还可以包括加速度计。如果门5经历速度的突然增加或减小(即，加速度)，则系统可以确定外力(例如，由于风或物体等引起的)已经施加于门5，所述外力趋于打开或闭合门5或者倾向于防止打开或闭合门5。如下面关联图7、图7A和图7B更详细地讨论的，该系统可以被配置为解决这种干扰并恢复平稳的门打开/闭合操作。此外，门马达控制器16还可接收人类输入36。

马达控制器28和马达驱动器30可以被配置为提供对电动致动器/马达10的控制以使电动马达10产生可变扭矩“T1”以打开和/或闭合门5。摩擦、惯性和/或其他条件可能会使必须被马达扭矩T1克服的扭矩“T2”打开或闭合车门5。将理解的是，某些外力(例如风)可能有助于打开门5，并且如果需要，控制器可被配置为产生减小的扭矩或制动扭矩。如下面更详细地讨论的，门马达控制器16可被配置为提供控制信号，该控制信号使门5以可以根据车门5相对于车身2的位置而变化的速度打开。这可以包含提供可变转扭矩T1，该可变转扭矩T1提供根据车门5的角位置并尽可能地接近期望的角速率的门旋转速率。

参考图4，传感器8可以可选地包括AMR传感器，该AMR传感器包括相对于彼此绕轴线“A”旋转的第一部件40和第二部件42。图4的轴线A可以与竖直轴线V同轴(图2和图3)。第一部件40可包括盘形磁体，该盘形磁体安装到相对于第二结构43旋转的第一结构41。磁体40限定了磁极46A和46B，并且第二部件42包括AMR传感器，该ARM传感器基于磁极46A、46B的角位置来感测第一部件40相对于第二部件42的角位置。AMR传感器8可以包括各向异性磁阻传感器，巨磁阻(GMR)传感器或隧道磁阻(TMR)传感器。如本文所使用的，术语“AMR传感器”实际上是指能够感测绝对位置的任何传感器。通常，AMR传感器能够在机电旋转和线性系统中生成绝对角位置信号，以用于对车辆开闭件(诸如门)的闭合回路角位置控制。因此，与传统的编码器相比，AMR传感器8向门马达控制器16提供指示车门5相对于车身2的绝对位置的信号，而不需要旋转编码器等。然而，位置传感器8可以可选地包括不提供绝对位置的位置传感器(例如，包括旋转编码器的传感器)。如上所述，可以使用AMR传感器8、动力致动器和控制系统来控制打开和/或闭合几乎所有开闭件，包括但不限于门、升降门、尾门、盖等。

磁体40可以固定到相对于不运动(固定)的第二结构43旋转的轴44(图4)。轴44可以包括电动马达的轴、门铰链6A或6B的轴或其他部件。将理解的是，可以切换磁体40和AMR传感器42，使得磁体40被安装到固定的或不运动的结构43，并且AMR传感器部件42被安装到运动结构41(例如，轴44)。磁体40和AMR传感器42被间隔开距离“S”。距离“S”优选地保持在预定公差内。类似地，磁体40和AMR传感器42之间的角度偏差也优选地保持在预定的容许公差内。如下所述，控制系统15可以在组装车辆1时进行校准，以解决部件40和42的相对角位置的变化。

进一步参考图5，电动马达总成10可包括壳体48、电动马达50和设置在壳体48内的(可选的)齿轮传动装置52。电动马达50的旋转内部部件54(转子)驱动轴56作为到齿轮传动装置52的输入。齿轮传动装置52提供输出轴58的动力旋转。齿轮传动装置52可包括合适的减速齿轮系统(例如，行星齿轮传动装置)，使得输出轴52以增加的扭矩以比马达输出轴56更低的每分钟转数(RPM)被驱动。壳体48可以通过托架60刚性地安装到门结构5，使得壳体48与门5一起移动。输出轴58可以通过联动装置(诸如臂62和支架结构64)可操作地连接到车身结构2。电动马达50的致动引起轴58的旋转，继而引起门5相对于车身结构2旋转。可以使用各种联动装置将运动部件(例如门5)可操作地互连到固定部件(例如车身2)，并且本公开不限于图5的装置。另外，将理解的是，可以根据特定应用的需要来使用各种动力致动器(例如，旋转或线性AC电动马达、旋转或线性DC电动马达、液压或气动致动器等)。将理解的是，电动马达2可以通过适当的支架装置固定到车身结构2，并且臂62和支架64可以依次固定到车门结构5。

位置传感器8(图5)可以可选地包括绝对位置AMR传感器，该绝对位置AMR传感器包括安装到电动马达50的输出轴44的第一部件(例如磁体40)，并且AMR传感器部件42可以安装到车身结构2。电动马达50的旋转使磁体40相对于AMR传感器部件42旋转，由此向门马达控制器16提供角位置测量或信号。门马达控制器16可以被配置为考虑齿轮传动装置52的传动比，由此在门控制中使用车门5相对于车身结构2的精确的绝对角位置。将理解的是，图5本质上是示意性的，并且表示用于电动马达总成10和位置传感器8的可能配置的一个示例。通常，位置传感器8的部件40、42可以在操作中安装到相对于彼此运动的两个部件的任意两个部分上，由此将两个部件相对于彼此的绝对角位置提供给控制器16。

如果位置传感器8包括AMR传感器，则可以在组装车辆1时，将部件40和42固定至合适的门和车身部件，并且可以校准控制器16以考虑部件40和42相对彼此在组装时可发生的位置变化。例如，部件40和42相对于彼此的位置可能由于生产公差等而变化。门5可以移动到完全闭合位置，并且控制器16可以被编程为将该位置识别为门的完全闭合位置。这样，可以在组装车辆1时考虑生产公差等。控制系统15还可以被配置为在组装之后周期性地校准门5的位置。例如，系统15可以被配置为检测到在动力闩锁被致动和/或其他传感器指示门5处于完全闭合位置的情况下，门5处于完全闭合位置。控制器系统15可以周期性地重置门5的完全闭合位置，以考虑在车辆1的使用过程中可能发生的变化。

位置传感器8实际上可以包括任何合适的传感器。合适的AMR位置传感器可包括数字输出信号，诸如(a)SPI总线–编码为数位的绝对角位置，或(b)I2C总线–编码为数位的绝对角位置，或(c)PWM–编码为准数位的绝对角位置，所述准数位编码为方波的占空百分比。AMR传感器可以提供模拟输出信号诸如(a)正交–编码相位指示绝对位置的两个模拟电压，或者(b)与绝对角位置成比例的单个模拟电压，或者(c)游标配置–在径向配置中使用齿轮的两个模拟通道。如上所述，位置传感器8可以可选地包括(1)各项异性磁阻传感器、或(2)巨磁阻传感器、或(3)隧道磁阻传感器。

如果使用其中传感器在轴的端部上的轴向安装配置，则传感器和磁体优选地定位在运动机构的相对侧上。电子器件可以位于(例如，安装在)固定侧，并且磁体可以位于(例如，安装在)运动侧。位置传感器8可以使用直径极化磁盘磁铁，并且传感器可以与旋转轴机械地对齐以实现最小TIR(<0.5mm)、角度对准(<2°)和间隙偏移量(^～1mm)。磁体可以以与传感器相同的角度对准旋转轴，并且磁体可以被机械地或粘合地保持。传感器部件40和/或42可设置在防水开闭件中，并且可以使用防水电连接器可操作地连接至控制系统15。

再次参考图5，齿轮传动装置52可包括与轴56一起旋转的齿轮53。替代位置传感器8A可以包括提供绝对角位置测量的第一径向安装的AMR传感器66和第二径向安装的AMR传感器68。AMR传感器66和68的齿轮齿相差一个计数以创建游标角测量系统。AMR传感器8A可以被配置为使用模拟输出AMR传感器66和68。

控制器15可以如图6至图9中所示被配置。参考图6，门马达控制器15A可包括马达位置命令70，该马达位置命令70接收较高优先级的门逻辑72，该门逻辑72命令马达移动到期望位置、停止以及补偿干扰。位置求和接合点74接收来自马达位置命令70的命令，并且还接收来自门位置传感器88的门位置数据76。将理解的是，门位置传感器88可以包括AMR传感器8或其他合适的传感器。接合点74将门位置误差75提供给马达控制器78。马达控制器78向马达驱动器82提供低功率命令79，并且马达驱动器82向马达控制器78提供过电流反馈80。系统还可使用过电流反馈84来确定较高优先级的门逻辑控制72。

马达控制器78向马达驱动器82提供低功率马达命令79，并且马达驱动器82向动力致动器(诸如齿轮马达84)提供高功率马达命令83。齿轮马达84可包括电动总成诸如图5的总成10，并且可以包括电动马达和齿轮传动装置。齿轮马达84向门总成86提供机械铰链运动和位置85，并且门位置传感器88感测相对于车身的门位置87。将理解的是，门总成86可基本上类似于上述门5。

门5的运动(角位置)可以表示如下：

其中t＝时间

A＝振幅

2πf＝ω＝弧度频率

＝相位角

B＝偏移量(在某些参考系不能为负的系统中，B为避免负门角可能是必需的)。完全闩锁的门的门角度为0弧度。

通常，Ω≠ω。

其遵循：

进一步参考图7，控制系统15B可以包括马达位置命令70A、马达控制器78A、马达驱动器82A、齿轮马达84A、门总成86A以及将门位置数据76A提供给位置求和接合点74A的门位置传感器88A。系统15B与图6的系统15A基本相似，并且表示基线马达控制器78A。马达位置命令70A包括输入90，其可以包括如图7A(门打开)和图7B(门闭合)中所示的S形曲线。门5在打开时的运动范围可以通过铰链6A、6B或门带(未示出)的机械止动件来限制。当门5闭合时，运动范围通过门5与车身2和/或闩锁12之间的接触件来机械地限制。水平线段L1(图7A)和L2(图7B)通常分别对应于打开和闭合过程中的机械止动件。

进一步参考图7A，在门打开操作期间，S形曲线90可包括命令(期望的)门位置90A以及实际门位置90B和90C。S形曲线90A、90B可以包括根据时间变化的门角位置。命令(期望的)门位置90A通常包括水平或近似水平的起始部分和终止部分，使得根据时间变化的门5的位置在门路径(运动)的起始和终止处逐渐变化更多。系统15B可以被配置为使用S形曲线90A，该S形曲线90A具有与机械止动件(例如，线L1和L2)相等的起始角和终止角，或者S形曲线90A可具有为机械停止件之前或之后的端点。具体地，命令的S形曲线90A可具有比机械止动件小0.5度–1.0度的端点。线90B表示在每个时间都小于命令位置的测量门位置(例如，角度)，并且线90C表示大于命令门位置90A的测量门位置。

将理解的是，测量门位置90B和90C仅是可能的测量门位置的示例。提供这些示例以有助于解释这里描述的概念，但是本公开不限于这些示例。测量门位置可以具有与线90B和90C明显不同的形状。例如，如果力(诸如经受阵风的物体)作用在门5上，则在一段时间内，测量门位置可以明显大于或小于命令位置(或测量位置90B或90C可使命令线90A交叉)，直到控制器生成增加的或减少的用于电动马达总成10的扭矩命令，足以使测量位置返回至命令位置线90A。在较大的输入力的情况下(例如，在门5接触物体时)，而不是使测量门位置(例如，线90B)返回到原始命令线90A，则控制器可以(可选地)被配置为使命令线偏移。例如，如果门5在时间t_x(图7A)遇到较大的使门5停止或显著减慢打开门5的速率的力，则控制器可以将命令线90A的其余部分偏移时间差99，以创建新的命令线段91A，并且线段91A和测量门位置91B之间的差值可以用来控制门位置，直到门完全打开。新的命令线段91A可以可选地包括S形曲线(例如，正弦曲线)，其具有与命令位置线90A基本相似但在其余的门路径段的减小的角距离上延伸的形状。类似地，如果趋于迅速打开门5的短暂力使角在一段时间内非常迅速地增大，则控制器可以(可选地)被配置为“偏移”到新的命令曲线，其在图7A中的初始命令线90A的上方和左侧。因此，输入90可以包括期望的门位置90A。S形曲线90A和90B优选地为连续可微分的函数，诸如正弦或余弦曲线(即S形曲线优选地是正弦的)。因此，曲线90A和90B优选为连续微分至第n度。

控制系统15可以被配置为以非常小的时间间隔(例如，每秒10次、每秒100次、每秒1,000次)快速且连续地测量门5的角位置。控制系统15可以包括PID控制器，该PID控制器使用位置差值和/或相对于时间的位置的导数和/或积分。在每个测量时间“t”，控制器15可以确定命令位置(线90A)与测量位置(线90B和90C)之间的差值96。差值96可被用作输入，以确定用于致动器(电动马达总成10)的扭矩信号(例如，电流)。通常，在打开操作期间(图7A)，如果时间t处的测量位置大于命令位置(线90BA)，则控制器可以被配置为增加致动器10的扭矩。控制系统15还可以使用位置的积分(位置差之和)和导数来确定遵循命令线段90A所需的扭矩控制。

门闭合操作(图7B)也可以以与上述结合图7A所述的门打开操作基本相同的方式使用S形曲线90A、90B、90C等。然而，如图7B所示，在门闭合操作期间，S形曲线由于角位置随着时间的推移而减小，因此具有负斜率。另外，将理解的是，图7A可以描述在图7A的起始角为门打开位置时的门闭合操作，并且门位置(角度)被认为随着门打开而增大(即图7A的位置/角度可以包括相对于门5打开或闭合的起始角的角度)。虽然门闭合操作期间的S形曲线控制(图7B)可与门打开操作期间的S形曲线控制基本上相似(例如，对于门打开和闭合操作的S形曲线可能是正弦曲线，并且打开时间可能等于闭合时间)，但是门打开和闭合操作不一定是相同的。例如，总的打开和闭合命令时间可以是不同的(例如，控制器15可以被配置为比闭合门5更慢地打开门5)。类似地，控制器15可以被配置为使用具有用于门打开和闭合操作的不同形状的S形曲线命令线。

门5优选地以基本上平稳、无抖动的方式运动，由此门5不会具有超过每秒0.01弧度速度的突然变化。无抖动运动的标准可以包括较大或较小的量(例如，特定应用所需的每秒0.005弧度、每秒0.001(或更小)弧度、每秒0.5弧度、每秒1.0(或更大)弧度等)。而且，为了实现平稳的运动，在运动轮廓的起始点和终止点处对门5的速度施加了约束。具体地，角速度优选地在门行进的起始点和终止点处具有零斜率(或接近零斜率)。

线90A和90B的斜率表示门5在打开或闭合时的期望(命令)和实际速度。因此，控制器可以被配置为使门5基于传感器反馈76A和/或其他因素，沿S形曲线(即以所需速度运动)行进。基线控制器78包括线性的、时不变的因果系统。该系统可以使用包括门系统动力学参数的状态空间控制系统。然而，也可以使用其他控制系统。门位置控制器可以是数字的或模拟的，并且实际上可以使用任何合适的位置控制器(例如比例积分微分(PID)、前馈、模糊逻辑)。门位置控制器可以被配置为符合适用的硬件和软件标准(例如，AEC-Q100、ISO26262、AUTOSAR等)。门打开/闭合位置命令可以是符合预定义运动学规范的S形曲线90A、90B等，以提供平稳的门运动。例如，S形曲线90A可包括包含门5的初始和最终运动期间具有较低斜率(速度)区域的正弦或非正弦曲线。具体地，S形曲线90A可以是正弦的或近似正弦的。马达位置命令可以从包含自动车辆(AV)状态流控制器命令的较高优先级过程中获得。

进一步参考图8，控制系统15C类似于以上结合图6至图7描述的控制系统15A和15B。系统15C还包括加速度计92，该加速度计92将加速度数据提供给较高优先级的门逻辑72C。系统15C是自适应马达控制系统。更具体地，系统15C是线性自适应控制系统，其中一些控制器系数和状态由于接触传感器而改变。自适应控制可考虑干扰，诸如阵风、不平坦(即，不平整)的路面、侧倾、俯仰和人对门5施加的力(例如，推力)。系统15C使用可由控制器ECU提供的加速度计输入92以由此考虑侧倾、俯仰和外力影响。

进一步参考图9，控制系统15D使用来自物体检测传感器94的输入。物体检测传感器94可以例如检测与车门5相邻的行人或其他物体。系统15D可以包括预测马达控制系统。更具体地，系统15D可包括线性、时变、非因果的(即预测的)控制系统，其中一些控制系数和状态由于非接触的物体检测传感器而改变。该系统可被配置为预计与路沿、立柱、行人等的接触，并在移动门时，沿打开和/或闭合方向停止门运动，或者在检测到物体时门5静止的情况下，防止门进一步运动。

应当理解，可以在不脱离本发明的概念的情况下对前述结构做出变动和修改，并且还应当理解，除非随附权利要求用其语言明确表明另外的情况，否则这些概念意图由这些权利要求涵盖。

根据本发明，提供了一种动力车辆开闭系统，所述动力车辆开闭系统具有：车身结构，其具有开口；开闭构件，其通过连接结构可运动地安装到车身结构上以在闭合位置和打开位置之间运动，在闭合位置，开闭构件封闭开口，在打开位置，开闭构件与开口间隔开；电动致动器，其被配置为相对于车身结构移动开闭构件；位置传感器，其被配置为在开闭构件相对于车身结构移动时提供开闭构件的测量位置；控制器，其被配置为使用测量位置来控制电动致动器的力，以使开闭构件根据具有起始位置和终止位置的S形位置对时间函数而移动，由此，开闭构件的速度从起始位置处的第一最小值平稳地过渡到起始位置和终止位置之间的中心位置处的最大值，然后过渡到终止位置处的第二最小值。

根据一个实施例，S形位置对时间函数对应于S形命令门位置函数；并且其中控制器被配置为使S形位置对时间函数和S形命令门位置函数之间的差值最小化。

根据一个实施例，S形命令门位置函数基本上是正弦的。

根据一个实施例，控制器被配置为在门打开和闭合操作期间，使用S形位置对时间函数。

根据一个实施例，第一最小值和第二最小值包括零速度。

根据一个实施例，S形位置对时间函数的导数为S形的。

根据一个实施例，控制器包括PID控制器。

根据一个实施例，电动致动器包括具有驱动轴的电动马达；位置传感器包括具有第一部件和第二部件的绝对位置传感器，所述绝对位置传感器在第一部件和第二部件相对于彼此移动时生成绝对位置信号，并且其中绝对位置传感器的第一部件被安装到驱动轴。

根据一个实施例，绝对位置传感器包括AMR传感器。

根据一个实施例，本发明的特征还在于：激活开关；动力闩锁，其被配置为选择性地将开闭构件保持在闭合位置；并且其中：控制器被配置为当激活开关被致动时，解开动力闩锁并且使电动致动器打开开闭构件。

根据一个实施例，开闭构件包括门，该门能够通过铰链结构旋转地连接到车身结构以绕竖直轴线旋转。

根据一个实施例，控制器以无抖动、平稳的方式移动门。

根据一个实施例，S形位置对时间函数是连续可微分的。

根据本发明，一种控制车门相对于车身结构的运动的方法包括：使用角位置传感器将测量的位置数据提供给控制器；将控制器配置为使用测量的位置数据来向电动致动器生成信号，以通过使门遵循可连续微分的位置对时间函数来以基本平稳的方式在打开位置和闭合位置之间移动门。

根据一个实施例，位置对时间函数是正弦的。

根据一个实施例，本发明的特征还在于，将控制器配置为以无抖动方式移动门。

根据一个实施例，本发明的特征还在于，将控制器配置为移动门，使得门不会以超过每秒0.01弧度的速度突然变化。

根据本发明，提供了一种动力车门系统，所述动力车门系统具有：车身结构，其具有开口；门，其能够通过连接结构旋转地安装到车身结构上；电动致动器，其被配置为相对于车身结构移动门；和绝对位置传感器，其被配置为在门相对于车身结构移动时提供门的测量位置；控制器，其被配置为使用测量位置来控制电动致动器的力，以使门根据可连续微分的平稳弯曲的位置对时间函数而移动，由此，使门以基本上无抖动的连续平稳的方式从起始位置移动到终止位置。

根据一个实施例，控制器以避免以超过约每秒0.01弧度的速度突然变化的方式移动门。

根据一个实施例，位置对时间函数基本上是正弦的。

Claims (14)

1.一种动力车辆开闭系统，包括：

车身结构，所述车身结构具有开口；

开闭构件，所述开闭构件通过连接结构可运动地安装到所述车身结构上以在闭合位置和打开位置之间运动，在所述闭合位置，所述开闭构件封闭所述开口，在所述打开位置，所述开闭构件与所述开口间隔开；

电动致动器，所述电动致动器被配置为相对于所述车身结构移动所述开闭构件；

位置传感器，所述位置传感器被配置为在所述开闭构件相对于所述车身结构移动时提供所述开闭构件的测量位置；

控制器，所述控制器被配置为使用测量位置来控制所述电动致动器的力以使所述开闭构件根据具有起始位置和终止位置的S形位置对时间函数而移动，由此，所述开闭构件的速度从起始位置处的第一最小值平稳地过渡到所述起始位置和所述终止位置之间的中心位置处的最大值，然后过渡到所述终止位置处的第二最小值。

2.根据权利要求1所述的动力车辆开闭系统，其中：

所述S形位置对时间函数对应于S形命令门位置函数；

并且其中所述控制器被配置为使所述S形位置对时间函数和所述S形命令门位置函数之间的差值最小化。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的动力车辆开闭系统，其中：

所述S形命令门位置函数基本上是正弦的。

4.根据权利要求1所述的动力车辆开闭系统，其中：

所述控制器被配置为在门打开和闭合操作期间，使用S形位置对时间函数。

5.根据权利要求1所述的动力车辆开闭系统，其中：

所述第一最小值和所述第二最小值包括零速度。

6.根据权利要求1所述的动力车辆开闭系统，其中：

所述S形位置对时间函数的导数是S形的。

7.根据权利要求1所述的动力车辆开闭系统，其中：

所述控制器包括比例积分微分控制器。

8.根据权利要求1所述的动力车辆开闭系统，其中：

所述电动致动器包括具有驱动轴的电动马达；

所述位置传感器包括具有第一部件和第二部件的绝对位置传感器，所述绝对位置传感器在所述第一部件和所述第二部件相对于彼此移动时生成绝对位置信号，并且其中所述绝对位置传感器的所述第一部件被安装到所述驱动轴。

9.根据权利要求8所述的动力车辆开闭系统，其中：

所述绝对位置传感器包括各向异性磁阻传感器。

10.根据权利要求1所述的动力车辆开闭系统，包括：

激活开关；

动力闩锁，所述动力闩锁被配置为选择性地将所述开闭构件保持在闭合位置；并且其中：

所述控制器被配置为当所述激活开关被致动时，解开所述动力闩锁并且使所述电动致动器打开所述开闭构件。

11.根据权利要求1所述的动力车辆开闭系统，其中：

所述开闭构件包括门，所述门能够通过铰链结构旋转地连接到所述车身结构以绕竖直轴线旋转。

12.根据权利要求1所述的动力车辆开闭系统，其中：

所述控制器以无抖动、平稳的方式移动所述门。

13.根据权利要求1所述的动力车辆开闭系统，其中：

所述S形位置对时间函数是连续可微分的。

14.根据权利要求1所述的动力车辆开闭系统，其中：

所述控制器以避免以超过约每秒0.01弧度的速度突然变化的方式移动所述门。

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