检测洗衣机内衣物量的方法.pdf

一种检测洗衣机中衣物的量的方法，其能够减小由摩擦力引起的衣物量检测误差，从而提高精度和可靠性。该方法包括：将适于转动该洗涤桶的电机加速到预定的转速的加速步骤，当该电机的转速按照该加速步骤达到预定的转速时，将该电机保持在该预定的转速的恒速步骤，在恒速步骤之后，断开该电机以使该电机减速的减速步骤，以及通过利用在加速步骤、恒速步骤和减速步骤中分别建立的运动方程来确定衣物量的衣物量确定步骤。

1.  一种检测容纳在包含于洗衣机中的洗涤桶内的衣物的量的方法，包括：
加速步骤，用于将适于转动该洗涤桶的电机加速到预定的转速；
恒速步骤，用于当该电机的转速按照该加速步骤达到预定的转速时，将该电机保持在该预定的转速；
减速步骤，用于在恒速步骤之后，断开该电机以使该电机减速；以及
衣物量确定步骤，用于利用在加速步骤、恒速步骤和减速步骤中分别建立的运动方程来确定衣物量。

2.  根据权利要求1的方法，还包括：
用于起动该电机的初始步骤，将该电机加速到低于加速步骤的预定转速的预定转速，将该电机保持在该较低的预定转速，
其中，该加速步骤在该初始步骤之后进行。

3.  根据权利要求1的方法，其中，该衣物量确定步骤包括：
衣物量计算步骤，用于计算在该加速步骤中检测的衣物量和该减速步骤中检测的衣物量；
比较步骤，用于计算该加速步骤和减速步骤中计算的衣物量之间的差的绝对值，并将该绝对值与预定的误差值进行必比较；和
选定步骤，用于在确定出在比较步骤中该绝对值不大于预定的误差值时，选定在该加速步骤和减速步骤中分别检测的衣物量中较大的一个。

4.  根据权利要求3的方法，其中，根据在该加速步骤中产生的衣物的惯性矩，计算在该加速步骤中的衣物量，根据在该减速步骤中产生的衣物的惯性矩，计算在该减速步骤中的衣物量。

5.  根据权利要求3的方法，还包括如下步骤：
如果确定在比较步骤中该绝对值大于预定的误差值，则重复该加速步骤、恒速步骤和减速步骤，以及衣物量计算步骤。

6.  根据权利要求1的方法，该衣物量确定步骤包括：
计算步骤，用于通过利用在加速步骤、恒速步骤和减速步骤中分别建立的运动方程，迭代计算该洗涤桶和衣物的惯性矩的估计值，和在该洗涤桶旋转期间产生的摩擦转矩的估计值；
比较步骤，用于将在计算步骤中根据迭代计算所计算的两个连续的估计惯性矩值之间的差的绝对值与预定值相比较；以及
选定步骤，用于在确定在比较步骤中该绝对值不大于预定值时，完成迭代计算，选定最终计算的估计惯性矩值或在该最终计算的估计惯性矩值紧前面的一个估计惯性矩值中的一个，并确定该选定的值作为被检测的目标衣物量。

7.  根据权利要求6的方法，其中，该计算步骤包括如下步骤：
(A)计算相当于在恒速步骤中产生的摩擦转矩的初始摩擦转矩的估计值；
(B)将一个预定的误差值与在步骤(A)中计算得到的初始估计摩擦转矩值相加之后得到的值待入在加速步骤中建立的运动方程，从而计算洗涤桶和衣物的初始估计惯性矩值；
(C)将在步骤(B)中计算的初始估计惯性矩值待入在减速步骤建立的运动方程，从而计算一个估计的摩擦转矩值，并且用该计算的估计摩擦转矩值更新在步骤(A)中计算的初始估计摩擦转矩值；
(D)将在步骤(C)中更新的估计摩擦转矩值待入在加速步骤中建立的运动方程，从而计算估计惯性矩值，并且用该计算的估计惯性矩值更新在步骤(B)中计算的初始估计惯性矩值；
(E)将在步骤(D)中更新的估计惯性矩值待入在减速步骤中建立的运动方程，从而计算下一个估计摩擦转矩值，并且用该下一个估计摩擦转矩值更新该更新的估计摩擦转矩值；
(F)将在步骤(E)中更新的估计摩擦转矩值待入在加速步骤中建立的运动方程，从而计算下一个估计惯性矩值，并用该下一个估计惯性矩值更新该更新的估计惯性矩值；以及
(G)在步骤(F)之后，重复步骤(E)和(F)。

8.  根据权利要求7的方法，其中步骤(A)包括如下步骤：
在恒速步骤中测量该电机的脉冲宽度调制(PWM)载荷值；和
根据该测量的PWM载荷值计算初始的估计摩擦转矩值。

9.  根据权利要求7的方法，其中步骤(B)包括如下步骤：
在加速步骤中测量该电机的角速度和加速时间；
根据该测量的角速度和加速时间计算角加速度；
在加速步骤中测量该电机的脉冲宽度调制(PWM)载荷值；
根据该测量的PWM载荷值计算在加速步骤中的电机转矩；以及
将计算的角加速度和电机转矩待入在加速步骤中建立的运动方程，同时将一个预定误差值与初始估计摩擦转矩值相加之后得到的值待入在加速步骤中建立的运动方程的摩擦转矩项，从而计算初始估计惯性矩值。

10.  根据权利要求7的方法，其中步骤(C)包括如下步骤：
测量减速步骤中该电机的角速度和减速时间；
根据该测量的角速度和减速时间计算角加速度；
将计算的角加速度和在步骤(B)中计算的初始估计惯性矩值代入在减速步骤中建立的运动方程，从而计算估计摩擦转矩值；及
用计算的估计摩擦转矩值更新初始的估计摩擦转矩值。

11.  一种检测容纳在包含于洗衣机中的洗涤桶内的衣物的量的方法，包括：
加速步骤，用于将适于转动该洗涤桶的电机加速到预定的转速；
恒速步骤，用于当该电机的转速按照该加速步骤达到预定的转速时，将该电机保持在该预定的转速；
减速步骤，用于在恒速步骤之后，断开该电机同时以发电模式制动该电机，以使该电机减速；以及
衣物量确定步骤，用于通过利用以发电模式制动该电机的步骤中建立的能量守恒原理来确定衣物量。

12.  根据权利要求11的方法，该衣物量确定步骤包括：
测量步骤，用于在恒速步骤中测量该电机的脉冲宽度调制(PWM)载荷值和角速度，并且测量该电机在减速步骤中的旋转角度；
计算步骤，用于通过利用在该测量步骤中所测量的值、在恒速步骤中建立的能量方程，和在减速步骤中建立能量方程，计算衣物的惯性矩；
以及
选定在计算步骤中计算的衣物的惯性矩作为衣物量的指标。

13.  根据权利要求11的方法，其中，在计算步骤中，衣物的惯性矩用下面的表达式1计算：
[表达式1]
I L = 1 ω 1 2 ( k 1 · PW M * · s 1 + k 2 Σ s 1 ω · Δs ) - I D ]]>
其中，“I_L”表示衣物的惯性矩，“ω₁”表示电机在恒速步骤中的角速度，“k₁”表示在恒速步骤中的比例常数，“PWM^*”表示电机在恒速步骤中的PWM载荷值，“s₁”表示在减速步骤中总的旋转角度，“k₂”表示发电制动能量的比例常数，“ω”表示电机在减速步骤中的角速度，“s”表示电机在减速步骤中的旋转角度，“I_D”表示洗涤桶的惯性矩。

14.  根据权利要求12的方法，其中，在计算步骤中，衣物的惯性矩下面的表达式2计算：
[表达式2]
I L = 1 ω 1 2 ( k 1 · PW M * · s 1 + k 2 ω 1 2 · s 1 ) - I D ]]>
其中，“I_L”表示衣物的惯性矩，“ω₁”表示电机在恒速步骤中的角速度，“k₁”表示在恒速步骤中的比例常数，“PWM^*”表示电机在恒速步骤中的PWM载荷值，“s₁”表示在减速步骤中总的旋转角度，“k₂”表示发电制动能量的比例常数，“I_D”表示洗涤桶的惯性矩。

15.  一种检测容纳在包含于洗衣机中的洗涤桶内的衣物的量的方法，包括：
加速步骤，用于将适于转动该洗涤桶的电机加速到预定的转速；
恒速步骤，用于当该电机的转速按照该加速步骤达到预定的转速时，将该电机保持在该预定的转速一段预定的时间；
减速步骤，用于在恒速步骤之后，断开该电机以使该电机减速，从而式该电机停止；以及
衣物量确定步骤，用于通过利用从该电机的加速起始点到电机的恒速终止点期间建立的能量方程，和从电机的断开点到电机旋转停止点期间建立的能量方程确定该衣物的量。

16.  根据权利要求15的方法，该衣物量确定步骤包括：
测量步骤，用于测量该电机从该电机的加速起始点到电机的恒速终止点期间的脉冲宽度调制(PWM)载荷值的和以及旋转角度的和，测量在该电机被断开之后该电机进行剩余旋转一圈期间的平均角速度，以及测量从电机的断开点到电机旋转停止点期间角速度的和与旋转角度的和；
计算步骤，用于通过利用在该测量步骤中所测量的值和能量方程，计算该洗涤桶衣物的惯性矩；以及
选定步骤，用于选定在计算步骤中计算的洗涤桶和衣物的惯性矩作为被检测的目标衣物量。

17.  根据权利要求16的方法，其中，在计算步骤中，衣物的惯性矩用下面的表达式3计算：
[表达式3]
I = PWMsum + c s 1 s 2 wsum ( a + b s 1 s 2 ) w 0 2 ]]>
其中，“I”表示该洗涤桶和衣物的惯性矩，“PWMsum”表示该电机从该电机的加速起始点到电机的恒速终止点期间的PWM载荷值的和，“ s₁”表示该电机从该电机的加速起始点到电机的恒速终止点期间的旋转角度的和，“s₂”表示从该电机的断开点到电机旋转停止点期间剩余旋转角度的和，“ωsum”表示从该电机的断开点到电机旋转停止点期间该电机角速度的和，“ω₀”表示该电机在其断开后进行剩余旋转一圈的平均角速度，“a”、“b”和“c”表示根据经验确定的比例常数。

检测洗衣机内衣物量的方法
技术领域
本发明涉及一种用于检测容纳在洗衣机内的衣物量的方法，特别是，涉及在洗衣机内衣物量的检测方法，该方法能够减少由于摩擦力引起的衣物量的检测误差。
背景技术
一般来说，洗衣机是一种适于利用洗衣粉和水的作用除去附着在衣物上的污物的设备。这种洗衣机近来的趋势是检测在洗衣机内的衣物量以进行洗涤、漂洗、甩干和烘干循环，这种循环是按照根据检测的衣物量所确定的用于漂洗和洗涤循环的洗涤水位、洗涤时间、洗衣粉的用量和水流进行的。
图1是示出一般的洗衣机内部结构的剖视图。
如图1所示，该洗衣机包括壳体2、安装在壳体2内并用来在其内盛洗涤用水w的水桶10、以可旋转方式安装在该水桶10内并用来容纳待洗涤的衣物m的洗涤桶20，以及用来支撑该洗涤桶20同时转动该洗涤桶20的电机30。
壳体2在其一个壁上具有衣物装入/取出口2a。门4以铰接方式安装在壳体2的该壁上以打开和关闭衣物装入/取出口2a。
门4包括铰链地连接在壳体2上的门框架5和安装在门框架5上的门玻璃6。
洗涤桶20具有衣物装入/取出口21，其使使用者能够将衣物m放入洗涤桶20内并从洗涤桶20内取出衣物m。洗涤桶20还具有水孔22，通过它们引进洗涤用水w并从洗涤桶20排放洗涤用水w。
电机30包括旋转轴32，其延伸通过水桶10同时由安装在水桶10上的轴承34所支撑。旋转轴32远离电机30的一端与洗涤桶20相连接。
该洗衣机还包括从洗衣机外部将洗涤用水w送进水桶10内的供水单元。该供水单元包括：与外部软管41连接并且通过该外部软管41控制干净水供给的供水阀42，具有洗衣粉存放空间的洗衣粉盒43，供水通道和出口，该出口将供给的水以与存放在洗衣粉盒中的洗衣粉混合的状态排放到洗衣机中。
该洗衣机还包括用来将水桶10内的洗涤用水w排放到外部的排水单元。排水单元包括与水桶10连接的排水软管45，和用来从水桶10通过排水软管45泵送洗涤水w的排水泵46。排水软管45可以具有波纹管的形式。在一些情况下，可以取消排水泵46。在这种情况下，排水阀可以安装在排水软管45中，以通过排水软管45控制洗涤用水w的排放。
该洗衣机还包括控制单元49，用于根据使用者的操作或检测到的衣物量控制电机30、供水阀42和排水泵46。
该洗衣机还包括制动单元，用于当电机切换到OFF状态时执行发电操作。
图2是示出制动单元的电路结构方块图。
如图2所示，附图标记为50的制动单元包括用于将供给洗衣机的商用AC电压转换为DC电压的整流单元51、用于滤波由整流单元51整流的直流电压的滤波单元52、用经过整流单元51供给的直流电压驱动电机30的电机驱动单元53，以及用于检测施加到洗衣机的电压并产生指示被检测电压的检测信号的电压检测单元54。该制动单元50还包括用于将检测的电压与洗衣机的预定的参考电压相比较的电压比较单元55，用于根据从电压比较单元55检测到的结果接通/断开制动电阻器R的切换单元56，以及用于检测诸如转动位置和旋转速度的电机30的运行条件的传感器57。该制动单元50还包括微型计算机58和信号输出单元59，该微型计算机58用于根据检测的电机30的运行条件控制该电机30，并执行由制动操作引起的与过高电压的释放相关的控制操作，该信号输出单元59用于根据来自微型计算机58的控制结果产生控制信号，并向该电机驱动单元52输出产生的控制信号。
制动单元50在其对电机30的制动操作期间将电机30和衣物的惯性能量转换成电能。该电能以直流电压的形式由电机驱动单元53回收，并且然后存储在滤波单元52。
当积累在滤波单元52中的直流电压高于预定地参考电压时，该微型计算机58接通切换单元56，从而接通制动电阻器R。在其接通状态下，该制动电阻器R以热的形式消耗积累在滤波单元52上的直流电压，因而保护滤波单元52等。
另一方面，当积累在滤波单元52中的直流电压不高于预定的参考电压时，该微型计算机58断开切换单元56，从而断开制动电阻器R。在这种状态下，被电机驱动单元53回收的直流电压积累在滤波单元52上。
同时，当电机30断开时，在制动电阻器R被接通时，无论被电压检测单元54检测的电压大小，由制动单元50产生的电能以热的形式被消耗而不被回收。另一方面，在制动电阻器R被断开时，无论被电压检测单元54检测的电压大小，由制动单元50产生的电能积累在滤波单元52中。
现在，将描述具有上述结构的传统洗衣机的操作。
当洗衣机在衣物m装入洗涤桶20内之后、门4已经关闭的条件下运行时，控制单元49检测装载的衣物m的量，同时接通/断开电机30，然后根据所检测的衣物量设置理想的洗涤用水量、理想洗涤时间、理想洗衣粉用量、以及用于漂洗和洗涤循环的理想水流。然后，根据设置的条件，控制单元49顺序地执行洗涤、漂洗和甩干循环。
也就是说，控制单元49控制供水阀42一段时间，该时间根据所检测的衣物量设定，从而将洗涤用水w供给到洗衣机内，直到供给的洗涤用水w达到设定的洗涤用水的高度。供给的洗涤用水w进入水桶10内，以便它被保持在水桶10内。此后，控制单元49驱动电机30，以便在一段预定的时间内以预定的转速转动洗涤桶20。这样，容纳在洗涤桶20内的衣物量根据洗涤用水w的作用而被洗涤。即衣物m上的污物被除去。在洗涤操过程完成之后，水桶10内污染状态下的洗涤用水通过排水单元从洗衣机排放到外面。
随后，洗衣机执行若干次漂洗循环以漂洗洗涤过的衣物m。这种漂洗循环如同洗涤循环一样，是根据被检测的衣物量在供水阀42和电机30被控制的条件下进行。包含除去泡沫的污染的水通过排水单元从洗衣机中排放。
在完成若干次漂洗循环之后，洗衣机执行甩干循环，其中，电机30被控制以高速旋转，从而离心地除去衣物m内的水分。
图3是流程图，示出了用于检测容纳在上述常规洗衣机中的衣物量的常规方法。图4是曲线图，绘出了适于用来检测洗衣机中的衣物量的电机的运行条件。
如图3和图4所示，根据常规的衣物量检测方法，首先起动电机30(S1)，然后加速直到其转速达到预定转速的参考值rpm′(S2)。当电机30的转速达到转速的参考值rpm′时，电机30以恒定速度驱动一预定的时间段Ts，然后断开(S3和S4)。
同时，根据衣物量检测方法，测量发生在从电机30起动到恒速状态的脉宽调制(PWM)载荷值(duty value)的变化，以测量平均的PWM载荷值(S5)。
然后检测由电机30的剩余旋转引起的电机30的旋转角度(S6)。
最后，通过将平均PWM载荷值与比例常数a的乘积与旋转角度与比例常数b的乘积相加计算衣物量(S7)。
但是，根据上述的常规衣物量检测方法，计算衣物量的值由于洗涤桶20旋转期间产生的摩擦，例如轴承34的摩擦、门玻璃6和衣物m之间的摩擦等，可能有误差。这种摩擦根据洗衣机的类型可以变化。
此外，根据常规衣物量检测方法，当电机起动时产生的静摩擦力影响衣物量的检测，因为计算的衣物量与在从电机起动到恒速状态期间测量的PWM载荷值的平均值成比例。由于这个原因，不可能精确地检测衣物量。
发明内容
考虑到涉及现有技术的上述问题提出本发明，并且本发明的目的是提供一种洗衣机中的衣物量的检测方法，该方法能够减少由于摩擦力引起的衣物量的检测误差，从而实现提高精度和可靠性。
根据一方面，本发明提供一种用于检测容纳在包含于洗衣机中的洗涤桶内的衣物量的方法，包括：用于将适于转动洗涤桶的电机加速到预定转速的加速步骤；当该电机的转速根据加速步骤达到预定转速时，用于将该电机保持在预定转速的恒速步骤；恒速步骤之后，用于断开该电机以使该电机减速的减速步骤；以及通过利用分别在该加速、恒速和减速步骤中建立的运动方程来确定衣物量的衣物量的确定步骤。
根据另一方面，本发明提供一种用于检测容纳在包含于洗衣机中的洗涤桶内的衣物量的方法，包括：用于将适于转动洗涤桶的电机加速到预定转速的加速步骤；当根据加速步骤，该电机的转速达到预定转速时，用于将该电机保持在预定转速的恒速步骤；恒速步骤之后，用于断开该电机同时以发电模式制动该电机以使该电机减速的减速步骤；以及通过利用在以发电模式制动电机的步骤中建立的能量守恒原理来确定衣物量的衣物量确定步骤。
根据另一方面，本发明提供一种用于检测容纳在包含于洗衣机中的洗涤桶内的衣物量的方法，包括：用于将适于转动洗涤桶的电机加速打破预定转速的加速步骤；当根据加速步骤，该电机的转速达到预定的转速时，用于将该电机保持在预定转速一段预定的时间的恒速步骤；恒速步骤之后，用于断开该电机以使该电机减速，从而停止该电机的减速步骤；以及通过利用在从该电机的加速起始点到该电机的恒速终点的过程中建立的能量方程和从该电机的断开点到该电机的旋转停止点建立的能量方程来确定衣物量的衣物量确定步骤。
附图说明
当结合附图阅读下面的详细说明之后，本发明的上述目的以及其他特征和优点将变得更加清楚，其中：
图1是剖视图，示出一般的洗衣机的内部结构；
图2是方块图，示出包含在一般的洗衣机中的制动单元的电路结构；
图3是流程图，示出检测容纳在一般洗衣机中的衣物量的常规检测方法；
图4是曲线图，绘出了根据常规方法适于检测一般洗衣机中的衣物量的电机的运行条件；
图5是流程图，示出根据本发明的第一实施例的衣物量检测方法；
图6是曲线图，绘出了根据本发明的第一实施例适于检测衣物量的电机的运行条件；
图7是流程图，示出根据本发明的第二实施例的衣物量检测方法；
图8是曲线图，绘出根据本发明的第二实施例适于检测衣物量的电机的运行条件；
图9是曲线图，绘出衣物量检测误差的变化，该变化取决于在根据本发明的第二实施例的衣物量检测方法中产生的摩擦转矩测量误差；
图10是曲线图，绘出衣物量检测误差的变化，该变化取决于在根据本发明的第二实施例的衣物量检测方法中加速度；
图11是曲线图，绘出衣物量检测误差的变化，该变化取决于在根据本发明的第二实施例的衣物量检测方法中产生的加速度测量误差；
图12是流程图，示出根据本发明的第三实施例的衣物量检测方法；
图13是曲线图，绘出根据本发明的第三实施例适于检测衣物量的电机的运行条件；
图14是流程图，示出根据本发明的第四实施例的衣物量检测方法；和
图15是曲线图，绘出根据本发明的第四实施例适于检测衣物量的电机的运行条件。
具体实施方式
下面将参考附图描述根据本发明的在洗衣机中的衣物量检测方法的
实施例。
图5是流程图，示出根据本发明的第一实施例的衣物量检测方法。图6是曲线图，绘出了根据本发明的第一实施例适于检测衣物量的电机的运行条件。
应用根据本发明的衣物量检测方法的该洗衣机具有与图1所示的一般洗衣机同样的结构。因此，在下面的描述中，该洗衣机相应的组成部件被赋予如同图1同样的附图标号并且将不再详细描述。
如图5和图6所示，根据按照本发明第一实施例的衣物量检测方法，首先起动电机30，并且然后加速(S101)。当电机30的转速达到预定的第一转速rpm₀时，例如50rpm，该电机30保持在预定的第一转速rpm₀(S102)。
如上所述，电机30的起动、加速并保持在预定的第一转速rpm₀是用来消除在检测衣物量的操作中产生的静摩擦力对衣物量检测的影响。优选地，预定的第一转速rpm₀对应于一个足够低的转速，以使待洗的衣物m与洗涤桶10的内圆周表面恒定接触。
在起动、加速并保持在第一预定转速rpm₀步骤之后，电机30以确定衣物m量的模式被驱动，即电机30以预定的第一转速rpm₀保持一段预定的第一时间段Δt₀(S103)，然后加速直到转速达到预定的第二转速rpm₁，例如130rpm(段1)(S104)。
当电机30的转速达到预定的第二转速rpm₁时，电机30保持在预定的第二转速rpm₁(段2)(S105)。当以预定的第二转速rpm₁保持一段预定的第二时间段Δt₂之后使电机30断开(S106)，它根据其剩余旋转减速(段3)(S107)。
当电机30的转速随后达到第一预定转速rpm₀时，电机30再一次保持在预定的第一转速rpm₀(S108)。
根据按照本发明第一实施例的衣物量检测方法，在电机30的加速段即段1检测的衣物量I_L1′和电机30的减速段即段3检测的衣物量I_L3′分别用下面的表达式1和2计算(S109)。
根据在加速段即段1产生的衣物m的惯性矩I_L1计算在加速段即段1检测的衣物量I_L1′。另一方面，根据在减速段即段3产生的衣物m的惯性矩I_L3计算在减速段即段3检测的衣物量I_L3′。利用在加速、恒速和减速段分别建立的运动方程可以计算惯性矩I_L1和惯性矩I_L3。
即，方程“(I₀+I_L1)α₁＝T_d1-T_f”是在加速段即段1建立的，方程“0＝T_d2-T_f”是在恒速段即段2建立的，而方程“(I₀+I_L3)α₃＝-T_f”是在减速段即段3建立的。
这里，“I₀”表示旋转体，例如，洗涤桶的的惯性矩，“I_L1”表示在加速段的衣物的惯性矩，“I_L3”表示在减速段的衣物的惯性矩，“α₁”表示加速段的角加速度，“α₃”表示减速段的角加速度，“T_d1”表示加速段的电机转矩，“T_f”表示摩擦转矩，“T_d2”表示恒速段的电机转矩。
各段的运动方程可以表示如下。即在加速段即段1衣物的惯性矩I_L1可以用表达式1表示，而减速段即段3的衣物惯性矩I_L3可以用表达式2表示。
[表达式1]
I L 1 = ( T d 1 - T f ) α 1 - I 0 = k ( PWM 1 - PW M 2 ) α 1 - I 0 ]]>
= k ( PWM 1 - PWM 2 ) × Δ t 1 ( w 2 - w 1 ) - I 0 ]]>
[表达式2]
I L 1 = - T f α 3 - I 0 = k PWM 2 α 3 - I 0 = k PWM 2 × Δ t 3 ( w 2 - w 3 ) - I 0 ]]>
在衣物量检测模式中，电机通常在低于洗涤和漂洗循环的速度的速度范围内驱动。因此，在这种模式中，电机转矩T_d1和T_d2与电机的PWM载荷值定量地成比例。因此，在加速段电机的转矩T_d1相应于k×PWM₁(T_d1＝k×PWM₁)，而摩擦转矩T_f相应于T_d2，即k×PWM₂(T_f＝T_d2＝k×PWM₂)，“k”是每个阶段电机转矩和PWM载荷值之间的比例常数。
参考表达式1和2，可以理解，在加速段即段1衣物的惯性矩I_L1和减速段即段3的衣物的惯性矩I_L3能够通过测量加速段即段1起点和终点的相应的角速度ω₁和ω₂，减速段即段3的起点和终点的角速度ω′₂和ω₃，加速段即段1的PWM载荷值PWM₁，恒速段即段2的PWM载荷值PWM₂，加速时间Δt₁，减速时间Δt₂，以及旋转体的惯性矩I₀来计算。
根据加速段即段1计算的衣物的惯性矩I_L1和减速段即段3计算的衣物的惯性矩I_L3，可分别计算在加速段即段1的衣物量I_L1′和减速段即段3的衣物量I_L3′。
此后，计算在加速段即段1的衣物量I_L1′和减速段即段3的衣物量I_L3′之间差的绝对值。然后比较计算的绝对值与预定的误差值I_err′(S110)。
根据比较结果，当判断出加速段即段1的衣物量I_L1′和减速段即段3的衣物量I_L3′之间差的绝对值不大于预定的误差值I_err′后，选出加速段即段1的衣物量I_L1′和减速段即段3的衣物量I_L3′中较大的一个，并且，所选定的衣物量最终确定为被检测的目标衣物量I_L′(S111)。
根据确定的衣物量I_L′，确定理想洗涤用水、理想洗涤时间、理想洗衣粉用量以及用于漂洗和洗涤循环的理想水流。其后，洗衣机根据预定的条件执行洗涤、漂洗和甩干循环。
另一方面，当判断出衣物量差的绝对值大于预定的误差值I_err′后，重复加速段即段1、恒速段即段2、减速段即段3以及衣物量计算段，直到当衣物量差的绝对值不大于预定的误差值I_err′。
当即使加速段即段1、恒速段即段2、减速段即段3以及衣物量计算段重复进行预定次数，例如三次之后，衣物量差的绝对值仍然大于预定的误差值I_err′时，洗衣机判断出存在衣物量检测误差。根据这一判断，关闭洗衣机。在这种情况下，也可显示或外部通知当前情况不能够检测衣物量。当然，也可以控制洗衣机运行标准过程而不根据检测的衣物量进行控制。
图7是流程图，示出根据本发明的第二实施例的衣物量检测方法。图8是曲线图，绘出根据本发明的第二实施例适于检测衣物量的电机的运行条件。
如图7和图8所示，根据按照本发明的第二实施例的衣物量检测方法，首先起动电机30，然后加速(S201)。当电机30的转速达到预定的第一转速rpm₀时，例如50rpm，电机30保持该预定的第一转速rpm₀(S202)。
如上所述，电机30的起动、加速并保持在预定的第一转速rpm₀是适于消除在检测衣物量的操作中产生的静摩擦力对衣物量检测的影响。优选地，预定的第一转速rpm₀相应于一个足够低的转速，以使待洗的衣物m与洗涤桶20的内圆周表面恒定接触。
在起动、加速并保持在预定的第一转速rpm₀步骤之后，电机30以确定衣物m的量的模式被驱动。即电机30以预定的第一转速rpm₀保持一段预定的第一时间段Δt₀(S203)，然后加速直到其转速达到预定的第二转速rpm₁，例如130rpm(段1)(S204)。
当电机30的转速达到预定的第二转速rpm₁时，电机30保持在预定的第二转速rpm₁(段2)(S205)。
当在预定的第二转速rpm₁保持一段预定的第二时间段Δt₂之后电机30断开时(S206)，它根据其剩余旋转减速(段3)(S207)。
当电机30的转速随后达到第一预定转速rpm₀时，电机30再一次保持在预定的第一转速rpm₀(S208)。
根据按照本发明第二实施例的衣物量检测方法，利用在加速段即段1、恒速段即段2和减速段即段3分别建立的运动方程，在考虑误差ε的同时，迭代计算洗涤桶20和衣物m的估计惯性矩值，I^(k)，(以下称之为“估计惯性矩值”)以及估计的摩擦转矩值T_f^(k)。
即，方程
I = ( T d 1 - T f ) α 1 = k × PW M 1 - T f ( w 2 - w 1 ) Δt 3 ]]>
是在加速段即段1建立的方程，方程“T_d2＝T_f＝k×PWM₂”是在恒速段即段2建立的方程，而方程
T f = I × ( - α 3 ) = I × ( w 2 - w 3 ) Δt 3 ]]>
是在减速段即段3建立的方程。
这里，“T_d1”表示在加速段电机的转矩，“T_d2”表示在恒速段电机的转矩。由于在衣物量检测模式洗涤桶20在较低的速度范围内被驱动，每个阶段的电机的转矩和PWM载荷值能够用线性函数“T_d1＝k×PWM₁”或“T_d2＝k×PWM₂”近似地表示。因此，“T_d1”和“T_d2”可以通过测量加速段即段1的PWM载荷值pwm₁和恒速段即段2的PWM载荷值pwm₂进行计算。“k”是每个阶段的电机转矩和PWM载荷值之间的比例常数。比例常数k可以根据经验确定。
还有，“α₁”表示加速段的角加速度，并且可以用
( α 1 = w 2 - w 1 Δt 1 ) ]]>
表示。“α₃”表示减速段的角加速度，并且可以用
( α 3 = w 2 ′ - w 3 Δt 3 ) ]]>
表示。“α₁”和“α₃”可以通过测量加速段即段1的起始点和终止点的角速度ω₁和ω₂，减速段即段3的起始点和终止点的角速度ω′₂和ω₃，加速时间Δt₁，以及减速时间Δt₂来计算。
下面将详细描述考虑误差ε迭代计算估计的惯性矩值I^(k)和估计的摩擦转矩值T_f^(k)的过程。
第一步，计算相应于在恒速段即段2产生的摩擦转矩的初始的摩擦转矩的估计值T_f⁰ ( T f 0 = T d 2 = k × PWM 2 ) . ]]>第二步，计算初始惯性矩I⁰的估计值，其通过将误差ε加到第一步计算得到的估计初始的摩擦转矩值T_f⁰之后得到的值代入在加速段即段1建立的运动方程中来计算。
即，在第一步，首先测量在恒速段即段2的PWM载荷值PWM₂。根据计算的PWM载荷值PWM₂，然后计算估计的初始的摩擦转矩值T_f⁰。
在第二步，首先测量在加速段即段1的电机30的角速度ω₁和ω₂、加速时间Δt₁。根据测量的角速度ω₁和ω₂、加速时间Δt₁然后计算在加速段即段1的角加速度α₁。还有，测量在加速段即段1的PWM载荷值PWM₁。根据测量的PWM载荷值PWM₁，计算加速段即段1的电机转矩T_d1。最后，通过将计算的角加速度α₁和电机转矩T_d1代入在加速段建立的运动方程中，并将误差ε加在估计的初始摩擦转矩值T_f⁰得到的值代入在加速段建立的运动方程中的“T_f”项，计算估计的初始惯性矩值I⁰。
在第三步，相应于计算的估计摩擦转矩值的计算的摩擦转矩T_f⁰，被下一个估计的摩擦转矩值T_f¹更新。该下一个估计的摩擦转矩值T_f¹通过将第二步计算的估计惯性矩值I⁰代入在减速段即段3建立的运动方程来计算(S210)。在第四步，相应于计算的估计惯性矩的计算的惯性矩被下一个估计的惯性矩值I¹更新。该下一个估计的惯性矩值I¹通过将在第三步更新的估计摩擦转矩值T_f¹代入在加速段即段1建立的运动方程来计算(S211)。
在第三步中，首先测量在减速段即段3电机30的角速度ω′₂和ω₃和加速时间Δt₂。根据测量的角速度ω′₂和ω₃和加速时间Δt₂，然后计算在减速段即段3的角加速度α₃。此后，通过将计算的角加速度α₃和在第二步计算的估计的初始惯性矩值I⁰代入在减速段建立的运动方程中来计算估计的摩擦转矩值T_f¹，用计算的估计摩擦转矩值T_f¹更新计算的摩擦转矩。
在第四步中，估计的惯性矩值I¹通过将在第二步计算的加速段即段1的角加速度α₁和电机转矩T_d1代入在加速段即段1建立的运动方程，同时将在第三步更新的估计摩擦转矩值T_f¹，代入在加速段建立的运动方程中的“T_f”项来计算。利用计算的估计惯性矩值I¹更新计算的惯性矩。
在第五步中，相应于估计摩擦转矩的更新的摩擦转矩值T_f¹再一次被下一个估计摩擦转矩值T_f²更新。该下一个估计摩擦转矩值T_f²通过将在第四步更新的估计惯性矩值I¹代入在减速段即段3建立的运动方程来计算。在第六步，相应于估计惯性矩值I¹的该更新的估计惯性矩值再一次被下一个估计惯性矩值I²更新。该下一个估计惯性矩值I²通过将在第五步更新的估计摩擦转矩值T_f²代入在加速段即段1建立的运动方程来计算。
在第五步，该估计摩擦转矩值T_f²通过将在第三步计算的在减速段即段3的角加速度α₃和在第四步更新的估计惯性矩值I²代入在减速段建立的运动方程来计算。利用计算的估计摩擦转矩值T_f²再一次更新该更新的摩擦转矩。
在第六步中，估计的惯性矩值I²通过将在第二步计算的加速段即段1的角加速度α₁和电机转矩T_d1代入在加速段即段1建立的运动方程，同时将在第五步更新的估计的摩擦转矩值T_f²代入在加速段建立的运动方程的“T_f”项来计算。利用计算的估计惯性矩值I²再一次更新该更新的惯性矩。
在第六步之后，第五和第六步分别进行以迭代计算估计惯性矩值I^(k)和估计的摩擦转矩值T_f^(k)。
即，估计摩擦转矩值T_f^(k)可以根据上述迭代计算来计算，其表示如下：
[表达式3]
迭代0：
I total = T d 1 - T f α 1 - ϵ α 1 ]]>
迭代1：
I total = ( α 1 + α 2 ) T d 1 - α 3 T f α 1 2 - ϵ α 1 × ( α 3 α 1 ) ]]>
迭代2：
I total = ( α 1 2 + α 1 α 3 + α 3 2 ) T d 1 - α 3 2 T f α 1 3 - ϵ α 1 × ( α 3 α 1 ) 2 ]]>
迭代3：
I total = ( α 1 3 + α 1 2 α 3 + α 1 α 3 2 + α 3 3 ) T d 1 - α 3 2 T f α 1 4 - ϵ α 1 × ( α 3 α 1 ) 3 ]]>
迭代4：
I total = ( α 1 4 + α 1 3 α 3 + α 1 2 α 3 2 + α 1 α 3 3 + α 3 4 ) T d 1 - α 3 4 T f α 1 5 - ϵ α 1 × ( α 3 α 1 ) 4 ]]>
根据按照本发明第二实施例的衣物量的检测方法，当迭代计算连续的估计惯性矩值之间的差，即迭代计算完成之前计算的最终估计惯性矩值I^(k+1)和在该最终的估计惯性矩值I^(k+1)之前更新的惯性矩I^(k)之间用“|I^(k)-I^(k+1)|”表示的差不大于预定值A时，迭代计算完成(S212)。在这种情况下，选定该最终的估计惯性矩值I^(k+1)和惯性矩I^(k)中的一个。根据选定的惯性矩确定衣物量m(S213)。
图9是曲线图，绘出衣物量检测误差的变化，该变化取决于在根据本发明的第二实施例的衣物量检测方法中产生的摩擦转矩测量误差。
根据按照本发明第二实施例的衣物量检测方法，由于迭代计算反复进行能够实现更精确的衣物量计算。参考图9，可以看到，即使在摩擦转矩T_f的误差ε设置成较大的值，例如，相应于估计的初始摩擦转矩T_f⁰的50％，在迭代计算进行5次或以上时可以实现惯性矩I收敛到真值。
图10是曲线图，绘出衣物量检测误差的变化，该变化取决于根据本发明的第二实施例的衣物量检测方法中的加速度。
根据按照本发明第二实施例的衣物量检测方法，在加速段即段1的角加速度α₁和减速段即段3的角加速度α₃为高比例的情况下，惯性矩收敛到真值能够更快地实现，如图10所示。因此，希望加速段即段1的角加速度α₁高于减速段即段3的角加速度α₃。
图11是曲线图，绘出衣物量检测误差的变化，该变化取决于在根据本发明的第二实施例的衣物量检测方法中产生的加速度测量误差。
参考图11，可以看出，根据按照本发明第二实施例的衣物量检测方法中的迭代计算，其他测量误差(例如，图11中的加速度测量误差)对惯性矩收敛到真值几乎没有什么影响。
图12是流程图，示出根据本发明的第三实施例的衣物量检测方法。图13是曲线图，绘出根据本发明的第三实施例适于检测衣物量的电机的运行条件。
根据按照本发明的第三实施例的衣物量检测方法，如图12和图13所示，控制单元49首先起动电机30，并且然后加速电机30直到电机30的转速达到预定的转速rpm₁，例如130rpm(加速段即段1)(S301和S302)。
当电机30的转速达到预定的转速rpm₁时，控制单元49使电机30在预定时间段Δt内保持预定的转速rpm₁(恒速段即段2)(S303)。
使电机30在预定时间段Δt保持预定的转速rpm₀之后，控制单元49断开电机30，并控制制动单元50以实现包括发电的制动操作。当电机30根据制动操作被制动时，它被减速(减速段即段3)(S304和305)。
根据按照本发明第三实施例的衣物量检测方法，考虑到在恒速段即段2驱动转矩T_d和摩擦转矩T_f相等这样一个事实，同时利用在减速段即段3建立的能量守恒原理，计算衣物m的惯性矩I_L。
也就是，在恒速段即段2建立的条件可以表示如下：
[表达式4]
                T_f＝T_d＝k₁PWM^*
其中，“k₁”表示恒速段的比例常数，“PWM^*”表示恒速段的PWM载荷值。
并且，在减速段即段3建立的条件可以表示如下：
[表达式5]
1 2 ( I D + I L ) ω 1 2 = T f s 1 + ∫ s 1 k 2 · ωds ]]>
其中，“I_D”表示洗衣桶20的惯性矩，“ω₁”表示恒速段的角速度，“S₁”表示在减速段即段3总的旋转角度，表示在减速段即段3的发电制动能量，“k₂”表示发电制动能量的比例常数，“ω”表示减速段的角速度，“S”表示在减速段的旋转角度。
表达式4和5可以相对于衣物m的惯性矩I_L设置，其表达式如下：
[表达式6]
I L = 1 ω 1 2 ( k 1 · PW M * · s 1 + k 2 Σ s 1 ω · Δs ) - I D ]]>
因此，根据恒速段即段2的角速度ω₁和PWM载荷值PWM^*，减速段即段3的旋转角度S₁，发电制动能量以及前面计算的洗涤桶20的惯性矩I_D，控制单元49能够计算衣物m的惯性矩I_L。
k 2 Σ s 1 ω · Δs ]]>
根据按照本发明第三实施例的衣物量检测方法，通过取由于发电制动操作引起的制动转矩的最大值和最小值之间的中间值作为发电制动能量真值的近似值，并将所取的值代入表达式6，则可以建立下述表达式：
[表达式7]
I L = 1 ω 1 2 ( k 1 · PWM * · s 1 + k 2 ω 1 2 s 1 ) - I D ]]>
因此，根据恒速段即段2的角速度ω₁和PWM载荷值PWM^*，减速段即段3的旋转角度S₁，控制单元49能够简单地计算衣物m的惯性矩I_L。
即，控制单元49将角速度ω₁，PWM载荷值PWM^*和诸如霍尔传感器或电机编码器(motor encoder)的传感器57测量的旋转角度S₁代入表达式7，从而计算出衣物m的惯性矩I_L(S306和307)。
此后，控制单元49根据衣物m计算的惯性矩I_L确定衣物m的量(S308)。
即，进行旋转运动的衣物m的惯性矩I_L是衣物质量的等同物，所以它用作衣物量的指标(index)。
图14是流程图，示出根据本发明的第四实施例的衣物量检测方法。图15是曲线图，绘出根据本发明的第四实施例适于检测衣物量的电机的运行条件。
如图14和图15所示，根据按照本发明的第四实施例的衣物量检测方法，首先起动电机30，然后加速直到其转速达到预定的转速rpm′，例如130rpm(加速段即段1)(S401)。
当电机30的转速达到预定的转速rpm′时，电机30保持该预定的转速rpm′(恒速段即段2)(S202)。
当电机30保持在预定的转速rpm′一段预定的时间段Δt之后，它根据其过剩旋转减速(段3)(S403和S404)。
根据按照本发明第四实施例的衣物量检测方法，根据从电机30的加速起始点到电机30的恒速终止点期间建立的能量方程，和从电机30的断开点到电机30旋转停止点期间建立的能量方程，确定衣物m的量。在这种情况下，能够使由于摩擦力的变化引起的衣物量确定误差最小，摩擦的改变取决于进行衣物量判断的洗衣机的类型。
在洗衣机中输入的能量相应于从电机30的加速起始点t₀到电机30的恒速终止点t₁期间PWM载荷值的总和。洗涤桶20和衣物m的动能相应于“αIω₀²”。在电机30的加速和恒速段，产生的摩擦转矩与在洗涤桶20旋转方向相反的方向的洗涤桶20的角速度成比例。因此，建立下面的表达式：
[表达式8]
PWMsum = A ∫ 0 s 1 PWMds = αI w 0 2 + β T n s 1 ]]>
其中，“PWMsum”表示从电机30的加速起始点t₀到电机30的恒速终止点t₁期间的PWM载荷值的总和，“S₁”表示从电机30的加速起始点t₀到电机30的恒速终止点t₁期间的旋转角度的总和，而“I”表示洗涤桶20和衣物m的惯性矩，即洗涤桶20的惯性矩I_D和衣物m的惯性矩I_C的和，惯性矩I_D用经验计算，惯性矩I_C用I＝I_D+I_C确定，“ω₀”表示在电机30断开之后完成一圈剩余旋转期间，即从t₁到t₁′期间的平均角速度，“T_n”表示在洗涤桶20旋转期间产生的摩擦力，“A”、“α”和“β”表示比例常数。
同时，从电机30的断开点t₁到电机30的停止点t₂，产生的摩擦转矩与洗涤桶20旋转方向的反方向的洗涤桶20的角速度成比例，因此建立下述表达式：
[表达式9]
Iw 0 2 2 = γ ∫ s 1 s 1 + s 2 wds + δ T n s 2 = γwsum + δ T n s 2 ]]>
其中，“ωsum”表示从电机30的断开点t₁到电机30的旋转停止点t₂期间的角速度的和，“S₂”表示从电机30断开点t₁到电机30的旋转停止点t₂期间的旋转角度的和，“γ”和“δ”表示比例常数。“ωsum”可以通过累加从电机30的断开点t₁到电机30的旋转停止点t₂期间相应的PWM信号产生时测量的角速度ω来计算。
表达式8和9在从中消除摩擦转矩T_n后可以相对于洗涤桶20和衣物m的惯性矩I设立，惯性矩I表示如下：
[表达式10]
I = δPWMsum + γβ s 1 s 2 wsum ( δα + 1 2 β s 1 s 2 ) w 0 2 = PWMsum + c s 1 s 2 wsum ( a + b s 1 s 2 ) w 0 2 ]]>
其中，“a”、“b”和“c”是由比例常数α、β、γ和δ的设置产生的比例常数。
根据按照本发明的第四实施例的衣物量检测方法，通过测量从电机30的加速起始点t₀到电机30的恒速终止点t₁期间的PWM载荷值的总和PWMsum和旋转角的总和S₁，测量在电机30断开之后电机30进行剩余旋转一圈期间的平均角速度ω₀，测量从电机30的断开点t₁到电机30的旋转停止点t₂期间角速度的和ωsum以及旋转角度的和S₂，并将这些测量值代入表达式10，计算洗涤桶20和衣物m的惯性矩I(S405和406)。
此后，通过从洗衣桶20和衣物m计算的惯性矩I减去前面计算并存储的洗衣桶20惯性矩I_D计算衣物m的惯性矩I_C(S407)。根据衣物m计算的惯性矩I_C，判断衣物量(S408)。
即，衣物m进行旋转运动的惯性矩I_C是衣物质量m的等同物，所以，它被用作衣物量的指标。
从上面描述可知，根据按照本发明的衣物量检测方法，待洗的衣物量可以通过计算在加速段检测的衣物量和减速段检测的衣物量，计算加速段和减速段的衣物量之间的差的绝对值，将该计算的绝对值与预定的误差值相比较，当该绝对值不大于该预定误差值时，选定该加速段和减速段的衣物量中较大的一个值，并确定所选定的衣物量作为被检测的目标衣物量。在这种情况下，衣物量的检测通过利用加速段和减速段检测的载荷值进行一次衣物量检测过程实现衣物量的检测。因此，其优点是减少由于摩擦力引起的衣物量检测误差，同时提高精度和可靠性。
当根据比较结果，绝对值大于预定的误差值确定时，加速、恒速和减速段重复进行，直到该绝对值不大于预定的误差值。因此，它能够在允许的误差范围内精确地检测待洗的衣物量。
在加速段检测的衣物量相应于在加速段该衣物的惯性矩，而在减速段检测的衣物量相应于在减速段该衣物的惯性矩。因此，根据本发明的衣物量检测方法，通过测量各自的角速度、各自的PWM载荷值和各自的在加速和减速段旋转物体的惯性矩，以及加速和减速的时间，能够准确地、快速地计算在加速段的衣物量和减速段的衣物量。
根据本发明的衣物量检测方法，待洗的衣物量也可以通过下述方法检测：迭代计算洗涤桶和衣物的估计的惯性矩值以及估计的摩擦转矩值，利用在加速段、恒速段和减速段分别建立的运动方程，同时考虑误差值，比较预定值与根据迭代计算两个连续的估计惯性矩值之间的差的绝对值，当该绝对值不大于预定值时完成迭代计算，选择最终计算的估计惯性矩值或者最终估计的惯性矩值前面的估计的惯性矩值，并将该选定的值确定为待检测的目标衣物量。在这种情况下，通过仅进行一次衣物量检测过程完成衣物量的检测。因此，具有能够减小由于不精确的摩擦力测量引起的衣物量检测误差，同事提高精确率和可靠性。
根据本发明的衣物量检测方法，在加速段之前，可以进行初始阶段，以在起动之后加速电机到预定的转速，该预定的转速低于为加速段设定的转速，并且然后将该电机保持在预定的PRM一段预定的时间。在这种情况下，能够消除由电机起动时产生的静摩擦力引起的衣物量检测误差。因此，其优点是能够更精确地检测待洗的衣物量。
根据本发明的衣物量检测方法，考虑到在恒速段驱动转矩等于摩擦转矩这样的事实，同时在减速段利用能量守恒原理，其中进行包括发电的制动操作，可以计算衣物的惯性矩。因此，在这种情况下，其优点是能够减少由于摩擦力引起的衣物量检测误差，并提高精度和可靠性。
根据本发明的衣物量检测方法，根据从电机加速的起始点到电机的恒速终止点期间的能量作用，和从电机的断开点到该电机的旋转停止点期间的能量作用，也可以确定衣物量。在这种情况下，能够使由摩擦力的变化引起的衣物量确定误差最小，该变化取决于为其确定衣物量的洗衣机的类型。
虽然为了说明的目的描述了本发明的优选实施例，本领域的技术人员明白，在不脱离由权利要求公开的本发明的范围和精神实质的情况下，可以进行各种修改、增加和替换。