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1、10申请公布号CN102635288A43申请公布日20120815CN102635288ACN102635288A21申请号201210002248222申请日20120106E05F15/20200601E05F15/1620060171申请人陈雅莹地址362000福建省泉州市仁凤新村二十五栋10272发明人陈仰龙74专利代理机构北京汇智英财专利代理事务所11301代理人郑玉洁54发明名称车窗纹波防夹控制器及控制方法57摘要一种车窗纹波防夹控制器，安装于汽车电动升降车窗电路中，利用纹波数量检测电路检测车窗的位置，如果车窗位置在预定防夹范围内，便通过运放电路对电机电流进行采样，得到电流的实时。
2、值，由数据处理单元根据存储装置存储的相应位置的标准值进行比较，若差值大于允许的容差值，则认为是遇到障碍物，进入防夹状态，反之，如果车窗位置不在规定的防夹范围内，则不进行防夹状态。本发明是基于电流纹波来测量车窗位置，这种方法不需要霍尔传感器，成本较需霍尔传感器方案低，并且电机安装简单。本发明采用通过测量车窗电机的运行电流值的方法来判断是否发生夹住现象，防夹效果可靠。51INTCL权利要求书2页说明书6页附图7页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图7页1/2页21一种车窗纹波防夹控制器，安装于汽车电动升降车窗电路中，其特征是包括一个处理器，其具有模/数转换模。
3、块、计数模块、存储装置及数据处理模块；一个进行升降电机电流值采样的运放电路，其一端连接电机与接地端之间，该运放电路将采样信号放大处理，另一端信号输出端连接处理器的模/数转换模块；一个电机的电流纹波数量检测电路，前端为低通滤波延时电路接入到电机接电端的采样电阻与电机之间，后端通过一个比较器接入到处理器的计数模块，比较器将经过延时电路后的输出信号与输入电流信号相比，将不规则的纹波信号转换成周期稳定的规则方波信号；利用纹波数量检测电路检测车窗的位置，如果车窗位置在预定防夹范围内，便通过运放电路对电机电流进行采样，得到电流的实时值，由数据处理单元根据存储装置存储的相应位置的标准值进行比较，若差值大于允。
4、许的容差值，则认为是遇到障碍物，进入防夹状态，反之，如果车窗位置不在规定的防夹范围内，则不进行防夹状态。2如权利要求1所述的车窗纹波防夹控制器，其特征在于所述运放电路中，运放电路接入端连接于电机与采样电阻之间，且能过运放电路的IS引脚输入处理器的模/数转换模块。3如权利要求1所述的车窗纹波防夹控制器，其特征在于所述运放电路为LM2904及必要的周边电路。4如权利要求1所述的车窗纹波防夹控制器，其特征在于所述检测电路前端为两个RC电路电流纹波的采样，电机电流通过采样电阻输入滤波电阻和滤波电容组成的低通滤波电路，高频噪声滤除后的电流信号再输入延时电阻和延时电容组成的延时电路，使得经过延时电路后的输。
5、出信号与输入电流信号相比，产生一定的相位延迟。5如权利要求1所述的车窗纹波防夹控制器，其特征在于所述检测电路的比较器为LM2903及必要的周边电路。6如权利要求15任一项所述的车窗纹波防夹控制器，其特征在于所述存储装置为FLASH闪存。7如权利要求15任一项所述的车窗纹波防夹控制器，其特征在于处理器为单片机，其连接有一个控制是否重新记录电机电流标准值的自学习按键。8一种车窗纹波防夹控制方法，应用于汽车电动升降车窗电路中，其特征是步骤为（一）在车窗初始化阶段，应保证车窗上升过程中不会碰到障碍物，此时将车窗在上升过程中各个位置的电流值记录下来作为标准值；（二）在车窗实时运行时，利用纹波检测车窗的位。
6、置，检测车窗位置是否在规定的防夹范围内；（三）若车窗在规定的防夹范围内，则通过对电机电流进行采样，从电流采样值可得到两个参数，其一，通过电流纹波计算车窗的位置，其二，判断出电流纹波的波峰值，得到电流的实时值，与相应位置的标准值进行比较；（四）若两者连续三个位置的差值大于允许的容差值，则认为是遇到障碍物，进入防夹状态；反之，如果车窗位置不在规定的防夹范围内，则不进行防夹状态。9如权利要求8所述的车窗纹波防夹控制方法，所述步骤三中，取电流纹波的波峰处作为判断防夹的电流实时值，如果采样的电流值大于前一次采样的电流值，而小于后一次权利要求书CN102635288A2/2页3的电流值，此次电流值即作为判。
7、断防夹的电流值，即电流实时值。10如权利要求8或9所述的车窗纹波防夹控制方法，所述步骤三中，在利用电流纹波检测车窗位置时，当采样到纹波电流的最大值时，表示这是电流纹波的波峰处，在这个时候，也就是在电流纹波的波峰处时，记录下此时通过测量得到的实时电流值，以排除磁通量在电机内分布不均产生的干扰。权利要求书CN102635288A1/6页4车窗纹波防夹控制器及控制方法技术领域0001本发明属电子控制技术领域，具体涉及一种汽车电动升降车窗的防夹控制器。背景技术0002由于电动车窗存在的安全隐患，特别是多起事故被报道以后，电动车窗防夹保护被提出。基于安全考虑，很多国家的轿车技术标准都对防夹保护做了某些相。
8、关规定，在装有电动车窗一键式自动升窗功能的车辆上需装有防夹保护装置。所谓电动车窗防夹保护，就是一旦在车窗自动上升过程中侦测到有障碍物的存在，车窗就自动停止向上运动，防止损毁障碍物；并向下运动，以释放障碍物。虽然目前国内外已有一些防夹方法被提出，但是这些方法都是基于霍尔传感器的防夹方法，而霍尔传感器无疑增加了成本。并且，霍尔传感器需要安装在电机轴上，安装复杂。本发明正是基于这样的背景下提出的。本发明利用电流纹波来检测物体是否被车窗夹住，是种不需要霍尔传感器的防夹控制器，降低了成本，并且降低了系统复杂度。发明内容0003本发明的目的在于提出一种结构简单、成本较低的基于电流纹波检测的无霍尔汽车电动升。
9、降车窗防夹控制器。0004一种车窗纹波防夹控制器，安装于汽车电动升降车窗电路中，其包括一个处理器，其具有模/数转换模块、计数模块、存储装置及数据处理模块；一个进行升降电机电流值采样的运放电路，其一端连接电机与接地端之间，该运放电路将采样信号放大处理，另一端信号输出端连接处理器的模/数转换模块；一个电机的电流纹波数量检测电路，前端为低通滤波延时电路接入到电机接电端的采样电阻与电机之间，后端通过一个比较器接入到处理器的计数模块，比较器将经过延时电路后的输出信号与输入电流信号相比，将不规则的纹波信号转换成周期稳定的规则方波信号；利用纹波数量检测电路检测车窗的位置，如果车窗位置在预定防夹范围内，便通过。
10、运放电路对电机电流进行采样，得到电流的实时值，由数据处理单元根据存储装置存储的相应位置的标准值进行比较，若差值大于允许的容差值，则认为是遇到障碍物，进入防夹状态，反之，如果车窗位置不在规定的防夹范围内，则不进行防夹状态。0005硬件方面，本发明利用电流纹波检测车窗位置，通过检测电流纹波的数量来计算车窗位置。但是本发明采用的不是目前普遍流行的硬件方法。目前普遍流行的硬件方法是通过带通滤波器来完成的，容易造成纹波频率不稳定，从而使纹波很难从电流中分离出来。本发明的主要思想是通过RC延时电路对原始纹波信号进行了时延，再将时延后的纹波信号和原始信号输入比较器，从而得到规则的方波信号。该方法思路新颖，结。
11、构简单可靠，测量精度高，容错性强。0006一种车窗纹波防夹控制方法，应用于汽车电动升降车窗电路中，步骤为（一）在车窗初始化阶段，应保证车窗上升过程中不会碰到障碍物，此时将车窗在上升说明书CN102635288A2/6页5过程中各个位置的电流值记录下来作为标准值；（二）在车窗实时运行时，利用纹波检测车窗的位置，检测车窗位置是否在规定的防夹范围内；（三）若车窗在规定的防夹范围内，则通过对电机电流进行采样，从电流采样值可得到两个参数，其一，通过电流纹波计算车窗的位置，其二，判断出电流纹波的波峰值，得到电流的实时值，与相应位置的标准值进行比较；（四）若两者连续三个位置的差值大于允许的容差值，则认为是遇。
12、到障碍物，进入防夹状态；反之，如果车窗位置不在规定的防夹范围内，则不进行防夹状态。0007计算方法方面，本发明提出的汽车电动升降车窗防夹控制算法，是一种接触式的防夹算法。本发明基于车窗电机运行参数进行防夹判断。本发明通过对电机电流进行采样，从电流采样值可得到两个参数。其一，通过电流纹波计算电机的位置。其二，判断出电流纹波的波峰值，并利用该值来作为防夹判断的标准。由于车窗在上升过程中，遇到障碍物时，电机电流较之正常上升过程其值会增大。本发明就是基于这样的原理，在车窗初始化阶段，此时，应保证车窗上升过程中，不会碰到障碍物。在车窗初始化阶段，将车窗在上升过程中各个位置的电流值记录下来作为标准值。在车。
13、窗实时运行时，本发明利用纹波检测车窗的位置，如果车窗位置在规定的防夹范围内，便对电机电流进行采样，得到电流的实时值，与相应位置的标准值进行比较，如果两者连续三个位置的差值大于允许的容差值，则认为是遇到障碍物，进入防夹状态。反之，如果车窗位置不在规定的防夹范围内，则不进行防夹状态的检测。0008另外，本发明还使车窗具有自我学习的功能。通过按下自学习按钮，车窗不仅可在出厂初始化时记录车窗电机运行的电流标准值，还能根据客户需要随时修改标准值。经过一段时间的使用后，橡胶老化等许多原因都会造成车窗上升过程中电机电流的变化。本发明的自我学习功能能够在车窗的使用过程中随时校准标准值。使防夹判断更加准确。00。
14、09此外，本发明还对标准电流值和实时电流值的选取点做了特别的设计。将电流值选取在电流纹波的波峰处，这样便可避免进行比较的电流值因位置不同而引起的不准确。0010本发明控制算法的特点是（1）本发明是基于电流纹波来测量车窗位置，这种方法不需要霍尔传感器，成本较需霍尔传感器方案低，并且电机安装简单。0011（2）本发明电流纹波检测采用的硬件方法，与目前流行的硬件方法相比，有很大的优点。目前流行的硬件方法采用的是带通滤波器，容易造成纹波频率不稳定，从而使纹波很难从电流中分离出来。本发明提出的先将原始纹波信号进行时延，再将时延信号和原始信号输入比较器，得到方波信号的方法，就可以避免这样的缺点。0012（。
15、2）本发明采用通过测量车窗电机的运行电流值的方法来判断是否发生夹住现象，防夹效果可靠。0013（3）本发明具有自学习功能，能够随时通过按键控制重新记录电机运行的电流标准值。0014（4）本发明对车窗电机运行电流的采样的时间点选择进行了精心的设计，将电流采样时间点选择在了电流纹波的波峰处，避免了电流采样的不准确。说明书CN102635288A3/6页6附图说明0015图1为电机电流检测硬件原理图图2为电流纹波图和经本发明硬件转换后的方波图图3为硬件部分原理图图4为电流纹波示意图及判断电流选取示意图图5为判断电流选取流程图图6为硬件框图图7为电机简化图图8为防夹电流示意图图9为程序流程图。具体实施。
16、方式0016本发明在实时运行时只需要测量两个参数。分别是车窗的位置高度、车窗在上升过程中电机的实时电流值。而这两个参数都是基于电机电流的，因此本发明只需要测量电机电流就可以实现防夹判断的目的。在本发明中采用单片机和测量电流大小的电阻来实现测量电机电流值的功能，不需采用霍尔传感器，降低了成本和系统的复杂度。0017结合图1、3、6所示，本发明提供的车窗纹波防夹控制器，安装于汽车电动升降车窗电路中，其包括一个处理器4，其具有模/数转换模块42、计数模块41、存储装置及数据处理模块；一个进行升降电机电流值采样的运放电路2，其一端连接电机1与接地端之间，该运放电路2将采样信号放大处理，另一端信号输出端。
17、连接处理器的模/数转换模块42；以及，一个电机1的电流纹波数量检测电路3，前端为低通滤波延时电路32、33接入到电机1接电端的采样电阻21与电机1之间，后端通过一个比较器33接入到处理器4的计数模块41，比较器33将经过延时电路33后的输出信号与输入电流信号相比，将不规则的纹波信号转换成周期稳定的规则方波信号。0018本发明上述元件，利用纹波数量检测电路检测车窗的位置，如果车窗位置在预定防夹范围内，便通过运放电路2对电机1电流进行采样，得到电流的实时值，由数据处理单元根据存储装置存储的相应位置的标准值进行比较，若差值大于允许的容差值，则认为是遇到障碍物，进入防夹状态，反之，如果车窗位置不在规定。
18、的防夹范围内，则不进行防夹状态。0019首先，本发明是基于电机电流来判断是否有障碍物存在，从而进行电机是否进行防夹动作的判断。如果车窗在自动上升过程中遇到障碍物，则阻力转矩T0会随即变大。而T0TT2，其中，T为电枢端输入电流并产生的电磁转矩，机械负载转矩为T2。T克服各种阻力转矩T0后与机械负载转矩T2相平衡。当阻力转矩T0随存在障碍物发生变化时，则电磁转矩T也会发生变化。而TCTIA，其中，CT为转矩常数，由电机结构决定，为每极磁通量，IA为电枢电流。可见电磁转矩正比于每极磁通量和电枢电流。这一电磁转矩公式把机械量T，磁场量和电量IA联系起来了。因此当电磁发生变化时，即是电枢电流发生变化。。
19、正因为如此，本发明通过测量串入电机回路的电阻的两端电压来间接检测电机电枢电流。由URI可得出IU/R,因此只要测量电阻两端电压即可得到电机电枢电流。因此通过检测电枢电流也可以判断是否发生夹住状况。如果电枢电流增大到一定程度，则表说明书CN102635288A4/6页7明有障碍物存在，需要进行防夹保护。0020如图1所示，电机1通过采样电阻21接地，因此电机1电流流过该电阻，该电阻上产生的压降除以该电阻值就是流过该电阻的电流，即电机1电流。该电压值通过运算放大器LM2904及周边电路，被放大了20倍。因为电压值太小，直接采样的话，容易造成误差，所以先放大，再采样，可以减少误差。放大后的电压值，通。
20、过图中的IS引脚输入单片机的模/数转换模块42进行采样，得到的值，再由处理器4（单片机）系统设置中除以20再除以该电阻值，便得到电机电流值。0021除了电流这个重要因素之外，由于存在车窗重量和窗框阻力等因素，在每个位置上的电流大小是不一样的。因此判断车窗位置也是相当重要的。从机械的角度讲，电机旋转会带动钢丝绳的运动，从而带动车窗的上下开闭。众所周知，电机转动产生的电流实际上是纹波电流，也就是在电流上叠加了一些谐波。而电机每旋转一定角度，就会产生一定数量的电流纹波。在本发明中，假设电机转动一圈，输出N个纹波，对于同样的一个车窗电机，N是固定的。因此车窗运动的行程与电机的电流纹波数量成线性关系。通。
21、过对电流纹波数量的计算，就可以计算出车窗运动的行程，也就能确定车窗的位置。位置对于判断是否有障碍物是一个重要的因素，因此，能否准确计算出车窗位置，对于防夹判断的准确性有着重要的影响。0022本发明对于电流纹波数量的计算采用的硬件方法，有别于目前普遍采用的硬件方法。由于纹波信号不规则，不容易检测（见图2（A）中A线），因此本发明将不规则的纹波信号转换成周期稳定的规则方波信号。0023本发明在硬件上采用了两个简单的RC电路和一个比较器作来进行电流纹波的检测（见图3）。首先，电机电流通过采样电阻21输入滤波电阻321和滤波电容322组成的低通滤波电路，用于滤除高频噪声。由于，电机转动的不平稳，容易产。
22、生高频分量，而这些高频分量可能会对电流纹波检测的准确性造成影响。所以首先应该将这些不需要的高频分量滤除掉。本发明通过调节滤波电阻321的电阻值和滤波电容322的电容值，来选择可以通过的电流的频率。这样就可以避免将电流纹波滤除掉。0024高频噪声滤除后的电流信号再输入延时电阻331和延时电容332组成的延时电路，使得经过延时电路后的输出信号与输入电流信号相比，产生一定的相位延迟。相位延迟的大小由延时电阻331的电阻值和延时电容332的电容值来共同决定。因此通过调节延时电阻331和延时电容332的大小便能达到需要的延时效果。0025最后，将两路信号输入比较器。这两路信号分别是通过高频噪声滤波后的电。
23、流信号S1（见图2（A）中A线）和通过高频噪声滤波及相位延迟后的电流信号S2（见图2（A）中另一条线）。S1和S2相比较，如果S1电平高于S2，比较器输出高电平。反之，如果S1电平低于S2，比较器输出低电平。这样便可输出周期稳定的方波信号（见图2（B）。本发明的硬件解决方案主要思想在于，将原有信号和原有信号的延迟信号进行比较。从而产生方波用于纹波检测。思路新颖，结构简单可靠，测量精度高，容错性强。0026电流纹波除了用于计算车窗位置外，还用于确定选取哪些点的电流值作为标准电流值和实时电流值。本发明取的是电流纹波的波峰处作为判断防夹的电流值。因此，如果采样的电流值大于前一次采样的电流值，而小于后。
24、一次的电流值，此次电流值即作为判断防夹的电流值，即标准电流值或实时电流值。见图4及图5说明书CN102635288A5/6页8对于取哪些点作为判断防夹的电流值，也是需要慎重考虑的。电枢电流电机内部的磁场是由励磁绕组通过电流产生的磁势决定。空载时的磁场用函数BO（X）表示；空载磁通密度沿转子外圆周长方向的变化情况即空载磁密的分布波形呈平顶波。而电枢磁密的分布波形是“马鞍形“波。运行时的磁密分布波是空载时磁密分布波BO（X波和负载时电枢磁密分波BA（X波的合成，得到气隙合成磁密波B（X。即BO（XBA（XB（X，平顶波形马鞍波形斜坡波形（不计饱和时此式成立）也就是说在电机转过的一周里，在电机的不同。
25、位置磁密是不同的，也即在电机的不同位置磁通量大小是不相等的。如果在电机的不同位置采样电流，则发生变化，那么就无法判断IA是否发生变化，也就无法判断电磁转矩T是否发生变化。因此必须保证进行比较的标准电流值和实时电流值必须是在电机转到同一个位置上采样到的值，而不能是一个周期内任意位置的值。因此本发明将电流采样点统一选择在电流纹波的波峰处，也就是说每次电流采样的时候都在电机的同一个位置，位置相同磁通量也是相同的，通过这种方式就可以排除磁通量在电机内分布不均产生的干扰。本发明的具体做法是，在利用电流纹波检测车窗位置时，当采样到纹波电流的最大值时，表示这是电流纹波的波峰处。在这个时候，也就是在电流纹波的。
26、波峰处时，记录下此时通过测量得到的实时电流值。0027本发明具有自学习功能，用于记录标准值。本发明可通过自学习按键5控制自学习功能。这样不仅在出厂初始化时能够记录标准值，而且在环境发生剧烈变化时也能自我学习，重新记录FLASH中的标准值。本发明的做法是，如图6所示，按下按键中的自学习按键5后,处理器4（单片机）检测到连接该按键的引脚的信号变化，则输出相关信号，控制电机自动上升，这时必须保证车窗上升过程中无障碍物。在车窗自动上升的过程中，利用图1所示的硬件结构，来采样电流及利用图3中的硬件结构计算电流纹波的数量来计算车窗位置。单片机记录下这个过程中车窗的位置和在每个位置的电流值，并存储在FLAS。
27、H中。通过自学习记录下来的这组车窗位置及相应的电流值的数据被称为“标准值”，用于与之后实时运行采样到的同样车窗位置的实时电流值进行比较来进行防夹判断。在初始化及用户使用过程中，随时可以通过“自学习按键”来修正标准值。因为在车窗使用一段时间后，由于车窗玻璃与橡胶之间的摩擦力变大等原因可能会引起标准电流值变化，所以，随时进行“自学习”有助于随时来修正标准值，使防夹判断更加准确。0028电机在运动中，可以被简化为感应电动势、电阻、电感组成的一个电路，如图7所示，代表加在电机两端的电压，代表感应电动势，则可以得到这样一个式子，而感应电动势又可以表示为其中，为磁通量，为转速，是常数。0029而电机转矩可。
28、以表示为其中，为转矩，为常数。说明书CN102635288A6/6页90030当车窗碰到障碍物时，转矩会增大，而和是不变的，则流过电机的电流会随之增大。而加在电机两端的电压是不变的，则会导致感应电动势变小，因此，转速会变小。因此本发明通过检测电流变化来判断是否有障碍物，是否需要防夹动作。0031如图8所示，自学习时记录下的标准电流值，电流阈值即标准值加上容差，当实时电流值大于电流阈值时（如图中的P1位置），则判断为有障碍物存在，需要进行防夹保护动作。而本发明需要连续三次采样的实时电流大于阈值，才认为有障碍物存在，以防止误动作。0032记录标准值之后，每次车窗控制器上电时，首先从FLASH中读取。
29、车窗控制器在前一次工作后下电时存储的车窗位置信息。每次车窗自动上升时，都通过计算电流纹波的数量来计算车窗的位置。每测量到N个方波，车窗位置加1（电机每转一圈输出N个纹波，而由于方波数量是与输入的纹波数量一一对应的，因此N个方波也就是N个纹波）。同时，判断车窗位置是否在规定的车窗防夹范围。如果车窗在规定的防夹范围内，则检测电机的实时电流，并且与存储在FLASH中相应车窗位置的标准电流值进行比较。如果连续三个位置得到的偏差值大于容差时，才确定有障碍物存在。这样便提高算法的稳定性。对于颠簸路面等恶劣环境也能减少误动作的几率。当车窗处于手动上升时，也需要记录车窗的位置，每检测到N个方波时，车窗位置加1。
30、。当车窗处于下降状态时，不论是自动下降还是手动下降，每检测到N个方波时，车窗位置减1。这样可使车窗位置计算准确。程序流程图见图9。0033本发明控制算法的特点是（1）本发明是基于电流纹波来测量车窗位置，这种方法不需要霍尔传感器，成本较需霍尔传感器方案低，并且电机安装简单。0034（2）本发明电流纹波检测采用的硬件方法，与目前流行的硬件方法相比，有很大的优点。目前流行的硬件方法采用的是带通滤波器，容易造成纹波频率不稳定，从而使纹波很难从电流中分离出来。本发明提出的先将原始纹波信号进行时延，再将时延信号和原始信号输入比较器，得到方波信号的方法，就可以避免这样的缺点。0035（2）本发明采用通过测量。
31、车窗电机的运行电流值的方法来判断是否发生夹住现象，防夹效果可靠。0036（3）本发明具有自学习功能，能够随时通过按键控制重新记录电机运行的电流标准值。0037（4）本发明对车窗电机运行电流的采样的时间点选择进行了精心的设计，将电流采样时间点选择在了电流纹波的波峰处，避免了电流采样的不准确。0038惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施范围；故，凡依本发明申请专利范围及创作说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖之范围内。说明书CN102635288A1/7页10图1说明书附图CN102635288A102/7页11图2A说明书附图CN102635288A113/7页12图2B图3说明书附图CN102635288A124/7页13图4图5说明书附图CN102635288A135/7页14图6图7说明书附图CN102635288A146/7页15图8说明书附图CN102635288A157/7页16图9说明书附图CN102635288A16。