CN102226368B - 一种具有自适应性的电动窗防夹控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有自适应性的电动窗防夹控制方法，对于电动窗的参数发生变化时能够自适应。通过检测霍尔传感器发出的脉冲数判断当前电动车窗的位置，通过检测霍尔传感器发出信号的脉宽计算防夹力，并根据实际使用时电动车窗状态对防夹力进行自适应补偿。最后由计算出的当前车窗的位置和防夹力并根据防夹条件和其他条件决定电动窗的上升还是下降，以实现具有自适应性的防夹功能。解决了随着车窗的使用、器件的老化、车窗电机在转动过程中所受阻力的不断变化，使得阻力变大或变小而发生固定的基准电流门限值随着***的使用而变得不准确，最终导致无法使用的问题。

Description

一种具有自适应性的电动窗防夹控制方法

技术领域

本发明涉及汽车的电动窗控制方法，特别涉及一种基于霍尔传感器的、具有自适应性的汽车电动窗防夹控制方法。

背景技术

目前，汽车尤其是轿车普遍安装有电动车窗，通过使用电动车窗，驾驶员或者乘客通过操作一个按钮就可以通过电动装置带动车窗关闭或者打开，操作非常方便简单。但是车窗在上升关闭过程中，其速度一般是70mm/s推力是500N左右，如果这时手臂或者头正伸出窗口，将会夹住手臂或者头部，使人受伤，如果是小孩可能会更危险，因此，在车窗关闭过程中需要设置保护装置，防止夹到人或者动物造成危险，需要防夹控制装置。

作为车窗防夹的基本理念是用传感器检测车窗上升过程中是否有障碍存在，一旦检测到障碍存在则停止上升或者使其下降一段距离后停止。而基于上述理念的技术方案基本上分为接触式压力传感器和非接触式的红外线检测防夹保护装置两大类。因此，现有汽车电动窗驱动防夹装置主要分为：红外传感式、电流反馈式，所述红外传感式因其成本太高而无法推广应用；电流反馈式虽然成本低，但防夹精度太低，要获得基准电流门限值是需要进行大量的测试工作，并且每个车窗安装后，在转动过程中所受的阻力是各不相同的，固定的基准电流门限值必然对于某些阻力较大的车窗环境产生误差，发生错误判断而导致车窗无法关闭。在随着车窗的使用、器件的老化、车窗电动机在转动过程中所受阻力的不断变化，使得阻力变大或变小，而导致固定的基准电流门限值会随着***的使用而变得不准确，最终导致无法使用。

目前，比较简单的电动窗防夹控制装置是一种基于霍尔传感器的装置，霍尔传感器安装在电动窗的电机上，单片机接收霍尔传感器的信息。霍尔传感器向单片机发送脉冲信号，单片机的捉模块捕捉和计数脉冲数，通过内部算法获得汽车窗玻璃的运动状态，最终得出汽车窗玻璃上升过程中是否夹有东西，从而决定是否进行防夹操作。但随着车窗的使用、器件的老化、车窗电动机在转动过程中所受阻力的不断变化，使得阻力变大或变小，从而导致精度不高，容易误判，不具有自适应。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有自适应性的电动窗防夹控制方法，解决对于电动窗的性能参数发生变化时能够自适应的调整防夹控制问题。

本发明为了实现其发明目的而采用的技术方案是：一种具有自适应性的电动窗防夹控制方法，该方法的防夹条件是通过单片机内部处理获得电动窗玻璃的位置和当前的防夹力，如在自动上升过程中且电动窗玻璃在防夹区内，同时实际阻力大于当前的防夹力；该方法利用单片机接收霍尔传感器的脉冲信号，并判断如果达到防夹条件，则进行防夹操作；本方法是根据事先保存在单片机内存中的经过实验获得的所述的霍尔传感器的脉冲波形参数，经过下列步骤运算获得的当前脉宽修正值，在实际应用中测得的实际脉冲通过修正值进行修正，然后通过修正后的脉冲算出当前电动窗玻璃的位置和防夹力，再根据防夹条件判断是否有物体被夹包括以下步骤：

A、事先通过实验在一组电动窗电机的输入电压下，获得各输入电压下的当前脉冲宽度，并保存在存储器中；

B、利用查表和插值进行补偿，得到不同供电电压下的当前脉冲宽度的修正值；

C、通过检测未发生防夹时玻璃上升对应的霍尔信号平均脉宽，并进行补偿，得到玻璃上升阻力发生变化时不同供电电压下的当前脉冲宽度修正值，并保存在存储器中；

D、在实际控制电动窗时，根据电动窗电机输入电压、存储在存储器中的相同的供电电压下的当前脉冲宽度修正值对霍尔传感器发出的脉冲进行修正，然后通过修正后的脉冲算出当前电动窗玻璃的位置和防夹力，再根据防夹条件判断是否有物体被夹，

进一步的，上述的一种基于霍尔传感器的具有自适应性的电动窗防夹控制方法中：步骤B中是根据下面方法得到不同供电电压下的脉冲宽度的修正值：

B1、通过实验可获得一组电压U，

所对应的一组脉宽

B2、利用查表和插值，通过

可对计算得到的防夹脉宽修正值W_pb进行补偿，得到不同供电电压下的防夹脉宽修正值

进一步的，上述的一种基于霍尔传感器的具有自适应性的电动窗防夹控制方法中：步骤C中是根据下面方法得到玻璃阻力发生变化时的防夹脉宽修正值：

C1、当电动窗玻璃***的阻力发生变化时，通过检测未发生防夹时玻璃上升对应的霍尔信号平均脉宽

利用

对W_pb进行补偿，得到电动窗玻璃***的阻力变化时的防夹脉宽修正值

本发明的技术效果是通过上述方法，在电动窗的玻璃阻力发生变化，电机输入电压发生变化时能够准确进行防夹判断，也就是说对于电动窗的性能参数发生变化时能够自适应，且结构步骤简单，容易实现。

以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。

附图说明

图1是本发明实施例中电动窗控制过程流程图。

图2是本发明实施例中捕捉霍尔信号脉冲图。

图3是直流电机的电压调速特性图。

图4是不同电压下的电机调速特性曲线图。

图5是阻力变化导致电机工作点的偏移特性图。

具体实施方式

实施例1，本实施例是为了解决随着车窗的使用、器件的老化、车窗电机在转动过程中所受阻力的不断变化，使得阻力变大或变小而发生固定的基准电流门限值随着***的使用而变得不准确，最终导致无法使用的问题。进而提出了一种基于霍尔传感器的具有自适应性的电动窗防夹控制方法。

根据霍尔传感器信号特征可知，传感器信号的脉冲个数反映了摇窗电机的旋转圈数，从而反映了车窗的位移，因而可用于计算车窗当前的位置；利用霍尔传感器发出的脉冲数，由单片机的捕捉模块捕捉和计数脉冲数，并根据玻璃全行程总脉冲数和玻璃总行程计算出当前车窗的位置。

摇窗电机转速与霍尔信号之间存在以下关系：电机转速越快，霍尔信号频率就越快，相应脉宽就会越小。因此霍尔信号脉宽越大，说明电机转速越慢。由于电机转速与电机负载扭矩具有一定关系，而电机负载扭矩与玻璃阻力是成正比的，因此，脉冲宽度也与玻璃阻力存在相对应的关系。这样，可以根据霍尔信号脉宽计算出当前的玻璃阻力是否超过防夹力。利用霍尔传感器发出的脉冲宽度，由单片机的捕捉模块捕捉和计算脉宽。

电动窗一般的工作状态有如下几种：窗玻璃手动上升、窗玻璃手动下降、窗玻璃自动上升和窗玻璃自动下降四种状态，其中只有窗玻璃自动上升需要进行防夹控制，并且只有在窗玻璃处于防夹区间才需要进行防夹控制，一般的防夹区间在窗玻璃上升过程中，上升了100mm到还没有到窗顶时的区间就是防夹区间。如果有的电动窗玻璃四周设置有密封橡胶，此时，窗玻璃上升到与密封橡胶相平前都可以认为是在防夹区。如果，在窗玻璃手动上升、窗玻璃手动下降和窗玻璃自动下降三种状态，则不需要进行防夹控制，如果异常，则玻璃停止运动就可以了。

如图1所示，本实施例包括如下步骤，

首先确定玻璃运动正处于防夹区间，然后进行下列步骤：

1、电机在一组不同的供电电压下，其调速特性是一组平行线。通过实验可获得一组电压U，

所对应的一组脉宽

利用查表和插值，通过

可对计算得到的W_pb进行补偿，得到不同供电电压下的防夹脉宽修正值

2、当玻璃***阻力发生变化时，通过检测未发生防夹时玻璃上升对应的霍尔信号平均脉宽

利用

对W_pb进行补偿，得到玻璃上升阻力发生变化的防夹脉宽修正值

根据实验获得的电机工作于已知点处的玻璃阻力Fa，电机空转时的霍尔信号脉宽Wp0，电机工作于已知点处的霍尔信号脉宽Wpa，直流电机的电压调速特性，再结合当前脉冲宽度修正值算出当前的防夹力。

由计算出的当前车窗的位置和防夹力并根据防夹条件和其他条件决定电动窗的上升还是下降，以便实现防夹功能。

本实施例中，对于电动车窗的玻璃全行程总脉冲数为245，玻璃总行程为458mm的防夹***，记霍尔信号脉冲数为Np(t)，控制程序在设计时，将车窗完全关闭时Np(t)设定为0，车窗完全打开时Np(t)设定为最大；车窗下降时Np(t)增加，车窗上升时Np(t)减小。根据上述的车窗相关参数，可分别计算出车窗防夹区域对应的脉冲数范围。

位移4mm对应脉冲数N1＝4×245/458≈2，

位移200mm对应脉冲数N2＝200×245/458≈107，

防夹区为2≤Np(t)≤107。

脉宽计算：

本***利用单片机的捕捉模块对霍尔信号进行捕捉和处理。记霍尔信号第n个脉冲的脉宽为Wp(n)，控制程序设定为每捕捉到霍尔信号的一个上升沿或下降沿即产生一次中断，将每两次相邻中断发生的时间差记录下来，作为当前的Wp(n)。同时，在一个周期为T1的定时器任务中，判断在一个周期T1里发生的霍尔信号脉冲中断有多少次，若为0，则令Wp(n)自增T1。以如图1所示的脉冲信号为例说明Wp(n)的具体计算方式。

如图2所示的脉冲信号，在时刻t1，t2，t3，t5，t7分别发生了一次中断，在时刻t1，t4，t6，t8，t9分别发生了一次T1定时器中断。按照上述Wp(n)的计算原理，第n，n+1，n+2，n+3，n+4个脉冲的脉宽分别为：

Wp(n)＝t2-t1，在t2时刻下算得；

Wp(n+1)＝t3-t2，在t3时刻下算得；

Wp(n+2)＝t5-t3，在t5时刻下算得；

Wp(n+3)＝t6-t5，在t6时刻下算得；

Wp(n+3)＝t7-t5，在t7时刻下算得；

Wp(n+4)＝t8-t7，在t8时刻下算得；

Wp(n+4)＝t9-t7，在t9时刻下算得。

根据该原理可知，程序实时计算Wp(n)的最长周期不超过T1，当判断到当前的Wp(n)大于某个数值(防夹力相对应的脉宽)，则程序自动进行防夹控制。本设计中设定的T1为10ms，也就是说一旦玻璃夹到物体且夹力超过一定值，程序会在10ms内作出反应，这是相当迅速的，可以满足实际的需求。

防夹力计算：

摇窗电机转速与霍尔信号之间存在以下关系：电机转速越快，霍尔信号频率就越快，相应脉宽就会越小。因此霍尔信号脉宽越大，说明电机转速越慢。由于电机转速与电机负载扭矩具有一定关系，而电机负载扭矩与玻璃阻力是成正比的，因此，脉冲宽度也与玻璃阻力存在相对应的关系。这样，可以根据霍尔信号脉宽计算出当前的玻璃阻力是否超过防夹力。

直流电机的电压调速特性如图3所示，电机在某个固定的供电电压下工作时，输出扭矩Tm和转速nm呈一直线关系。电机转速为0时的输出扭矩等于堵转扭矩Ts，负载扭矩为0(电机空转)时电机转速为n0。

在图3所示的第一象限下，该电机特性曲线的任意点处电机工作都达到平衡，如工作于A点处时电机的输出扭矩为Ta，转速为na。根据电机厂商提供的参数或通过实验可获得该电机的电压调速特性曲线。现假设已知参数n0，na和Ta，并假设电机工作于B点处的负载扭矩Tb对应的玻璃负载阻力Fb为理想的防夹力Fp，则有以下关系式成立：

$\frac{n_0-n_a}{n_0-n_b}=\frac{T_a}{T_b}---\left(1\right)$

通过(1)式求得，

$n_b=(1-\frac{T_b}{T_a})n_0+\frac{T_b}{T_a}{n}_a---\left(2\right)$

由于霍尔信号脉宽Wp与电机转速nm成反比，电机负载扭矩Tm与玻璃负载阻力成正比，根据(2)式有

$\frac{1}{W_{\mathrm{pb}}}=(1-\frac{F_b}{F_a})\frac{1}{W_{p0}}+\frac{F_b}{F_a}\frac{1}{W_{\mathrm{pa}}}---\left(3\right)$

其中Wpb为电机工作于B点处的霍尔信号脉宽，Fb等于防夹力，Fa为电机工作于A点处的玻璃阻力，Wp0为电机空转时的霍尔信号脉宽，Wpa为电机工作于A点处的霍尔信号脉宽。

由于Fa，Wp0和Wpa可通过实验获得，因此通过(3)式可求得防夹力对应的霍尔信号脉宽。

防夹脉宽自适应补偿

由于不同车辆的玻璃升降***具有不一致性，且同一车辆在不同的使用时期其玻璃升降***的状态也不完全一样，比如玻璃升降的阻力、蓄电池供电电压等，这些参数是可能随时变化的。因此需要对防夹脉宽进行补偿，才能达到准确控制的目的。

电机在一组不同的供电电压下，其调速特性是一组平行线。如图4所示，供电电压分别为U1和U的电压调速特性曲线相互平行。在电压Uv下，电机负载为Ta和Tb时所对应的工作点分别为Av和Bv点，对应转速分别为

和

从图4中可以得知有以下等式成立：

$n_0^v=n_b^v=n_0-n_b---(4.5.1)$

因此，

$\frac{1}{W_{p0}^v}-\frac{1}{W_{\mathrm{pb}}^v}=\frac{1}{W_{p0}}-\frac{1}{W_{\mathrm{pb}}}---\left(\mathrm{4.5.2}\right)$

通过实验可获得一组电压U，

所对应的一组脉宽

利用查表和插值，通过(4.5.2)式可对由(4.4.3)式计算得到的W_pb进行补偿，得到不同供电电压下的防夹脉宽修正值

当玻璃***阻力发生变化，如图4所示，电机工作点由标准测试的A点偏移到Ar点，则防夹控制点B也相应偏移到Br点。

从图5可知有以下等式成立

$n_a^r-n_b^r=n_a-n_b---\left(\mathrm{4.5.3}\right)$

因此，

$\frac{1}{W_{\mathrm{pa}}^r}-\frac{1}{W_{\mathrm{pb}}^r}=\frac{1}{W_{\mathrm{pa}}}-\frac{1}{W_{\mathrm{pb}}}---\left(\mathrm{4.5.4}\right)$

通过检测未发生防夹时玻璃上升对应的霍尔信号平均脉宽

利用(4.5.4)式对W_pb进行补偿，得到玻璃上升阻力发生变化的防夹脉宽修正值

Claims (1)

1.一种具有自适应性的电动窗防夹控制方法，该方法的防夹条件是通过单片机内部处理获得电动窗玻璃的位置和当前的防夹力，在自动上升过程中且电动窗玻璃在防夹区内，同时实际阻力大于当前的防夹力；该方法利用单片机接收霍尔传感器的脉冲信号，并判断如果达到防夹条件，则进行防夹操作；其特征在于：本方法是根据事先保存在单片机内存中的经过实验获得的所述的霍尔传感器的脉冲波形参数，经过下列步骤运算获得的当前脉宽修正值，在实际应用中测得的实际脉冲通过修正值进行修正，然后通过修正后的脉冲算出当前电动窗玻璃的位置和防夹力，再根据防夹条件判断是否有物体被夹；包括以下步骤：

A、事先通过实验在一组电动窗电机的输入电压下，获得各输入电压下的当前脉冲宽度，并保存在存储器中；

B、根据下面方法得到不同供电电压下的脉冲宽度的修正值：

B1、通过实验可获得一组电压U，

……所对应的一组脉宽

……；

B2、利用查表和插值，通过可对计算得到的防夹脉宽修正值W_pb进行补偿，得到不同供电电压下的防夹脉宽修正值

C、当电动窗玻璃***的阻力发生变化时，通过检测未发生防夹时玻璃上升对应的霍尔信号平均脉宽利用

对W_pb进行补偿，得到电动窗玻璃***的阻力变化时的防夹脉宽修正值

并保存在存储器中；

D、在实际控制电动窗时，根据电动窗电机输入电压、存储在存储器中的相同的供电电压下的当前脉冲宽度修正值对霍尔传感器发出的脉冲进行修正，然后通过修正后的脉冲算出当前电动窗玻璃的位置和防夹力，再根据防夹条件判断是否有物体被夹。

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