本发明涉及汽车控制技术领域，特别涉及一种车窗位置检测装置及检测方法。
背景技术：
当前市场上的自动升降车窗，主要由外部传感器负责检测车窗位置，其中主要以霍尔传感器为主。霍尔传感器根据霍尔效应，通过磁场间的相对位移产生电信号，并检测该电信号以得到位移的大小来实现车窗位置的检测，但是霍尔传感器需要额外的电源才能使用，且抗干扰能力弱。近年来，为降低硬件成本，越来越多的技术人员在研究无传感器车窗防夹方案。
因此，需要设计一种无需外部传感器的车窗位置检测装置及检测方法。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种车窗位置检测装置及检测方法，以解决现有的车窗位置检测需要外部传感器的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种车窗位置检测装置，所述车窗位置检测装置包括电机、检测装置、第一控制单元和第二控制单元，其中：
所述电机转动以带动车窗运行，所述电机转动同时输出一带有纹波的电机电流；
所述第一控制单元控制所述电机的运行状态；
所述检测单元检测所述电机电流，并将所述电机电流转换为一带有纹波的电压信号，所述检测单元将所述电压信号发送给第二控制单元；
所述第二控制单元根据所述电机的运行状态对所述电压信号进行滤波，并计算滤波后的电压信号的纹波的个数，所述第二控制单元根据所述纹波的个数确定车窗位置。
可选的，在所述的车窗位置检测装置中，所述检测装置包括采样电路和模数转换电路，其中：
所述采样电路用于将所述电机电流转换成所述电压信号；
所述模数转换电路用于将所述电压信号转换为数字信号后发送给所述第二控制单元。
可选的，在所述的车窗位置检测装置中，所述采样电路包括采样电阻。
可选的，在所述的车窗位置检测装置中，所述第一控制单元和所述第二控制单元位于同一控制器中。
本发明还提供一种车窗位置检测方法，所述车窗位置检测方法包括：
所述电机转动以带动车窗运行，所述电机转动同时输出一带有纹波的电机电流；
所述第一控制单元控制所述电机的运行状态；
所述检测单元检测所述电机电流，并将所述电机电流转换为一带有纹波的电压信号，所述检测单元将所述电压信号发送给第二控制单元；
所述第二控制单元根据所述电机的运行状态对所述电压信号进行滤波，并计算滤波后的电压信号的纹波的个数，所述第二控制单元根据所述纹波的个数确定车窗位置。
可选的，在所述的车窗位置检测方法中，所述第一控制单元向所述电机发送第一控制命令和第二控制命令，以控制电机的运行状态。
可选的，在所述的车窗位置检测装置中，所述电机的运行状态包括电机停止、电机启动、电机正常运行、电机惯性停止、电机堵转和防夹反转，其中：
所述电机启动是指电机停止状态下，收到第一控制命令后进入的状态。
所述电机正常运行是指电机启动状态下，达到第一阈值后，或电机防夹反转状态下，达到第二阈值后进入的状态。
所述电机防夹反转是指电机正常运行状态下且车窗位置处于防夹区域内，电机输出电流发生电流突变后进入的状态。
所述电机惯性停止是指电机正常运行状态下，收到第二控制命令后进入的状态。
所述电机停止是指电机堵转状态下，达到第三阈值后，或电机惯性停止状态下，达到第四阈值后进入的状态。
所述电机堵转是指电机正常运行状态下且车窗位置处于防夹区域外，电机输出电流超出堵转阈值后进入的状态。
可选的，在所述的车窗位置检测装置中，所述第一阈值、第二阈值、第三阈值和第四阈值是指第一电机电流阈值、第二电机电流阈值、第三电机电流阈值和第四电机电流阈值。
可选的，在所述的车窗位置检测装置中，所述第一阈值、第二阈值、第三阈值和第四阈值是指第一电机运行时间、第二电机运行时间、第三电机运行时间和第四电机运行时间。
可选的，在所述的车窗位置检测装置中，所述根据电机的运行状态对所述电压信号进行滤波包括：根据电机的运行状态，采用不同的滤波参数对所述电压信号进行滤波。
可选的，在所述的车窗位置检测装置中，所述第二控制单元计算滤波后的电压信号的纹波的个数包括：
对所述电压信号按照时间进行离散化，对若干时间点对应的电压信号的值进行采样，形成若干个电压离散值；
将所述若干电压离散值与其邻近的电压离散值进行比较，若大于其邻近的电压离散值，则该电压离散值为极值点；
由所述极值点的数量得到所述纹波的个数。
在本发明提供的车窗位置检测装置及检测方法中，通过带动车窗运行的电机在转动时输出的电机电流带有纹波，所述检测单元检测所述电机电流，并将所述电机电流转换为一带有纹波的电压信号，所述检测单元将所述电压信号发送给第二控制单元；第二控制单元计算出滤波后的电压信号的纹波的个数；根据所述纹波的个数确定车窗的位置，可实现无外部传感器检测。
具体的，由于在电机运行过程中，电机电刷有两种情况：电机换向器与某一接触片对齐，或者电机换向器跨接在两个接触片之间，两种情况下，其电机所在回路的等效电阻阻值不同，从而引起了电机电流的波动，本发明通过第一等效电阻和第二等效电阻随电机转动而交替出现，并对电机的输出电流产生不同的电流幅值，从而对电机电流纹波的检测，即可实现根据电机电流检测信号来判断电机的转动轨迹和距离，即实现了车窗位置的检测，无需外部传感器，节约电路成本，提高检测精度和检测可靠性。
进一步的，所述第一控制单元控制所述电机的运行状态，所述第二控制单元根据所述电机的运行状态对所述电压信号进行滤波，通过对电机工作状态进行划分，能有效的解决使用硬件电路信号转换过程中噪声参数过滤不可控的问题。本发明可避免硬件滤波电路中的低通滤波电路的截止频带边缘下降不够陡峭的问题，在电机停止，启动，正常运行，防夹反转，堵转，惯性停止等状态中，电流噪声毛刺与电机正常运行时的噪声毛刺的频率与幅值都不一样，难以通过固定滤波参数的硬件电路对不同特性的电流噪声进行过滤。本发明通过对电机停止，启动，正常运行，防夹反转，堵转，惯性停止等状态的判断，可根据不同状态对信号做出不同的处理，避免电流纹波信号转换中错误的将毛刺信号转换为脉冲信号，造成控制器无法对其进行分辨而进行了错误计数，可提高车窗位置检测的准确性。本发明能更精确地检测出车窗纹波数量，从而能更准确的计算车窗位置，从而提高了车窗防夹功能的可靠性。
更进一步的，通过软件实现部分硬件信号转换电路的功能，从而可省略硬件转换电路，节省硬件电路成本。当外部更换新类型电机后，本发明应用软件进行信号检测，无需硬件上的信号转换电路参数进行重新匹配，就可以适应新电机的电流波形和幅值。电机各阶段电流滤波参数可配置，节省了在硬件电路上滤波参数匹配的工作量。
附图说明
图1是本发明车窗位置检测装置原理示意图；
图2～4是本发明车窗位置检测方法原理示意图；
图5是本发明车窗位置检测方法中的电机状态示意图；
图6是本发明车窗位置检测方法的流程示意图；
图中所示：1-电机；11-第一换向器；12-第二换向器；13-换向环；14-电阻；2-检测装置；3-控制器；31-第一控制单元；32-第二控制单元；4-驱动单元。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的车窗位置检测装置及检测方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于提供一种无需外部传感器的车窗位置检测装置及检测方法。
为实现上述思想，本发明提供了一种车窗位置检测装置及检测方法，所述车窗位置检测方法包括，所述电机转动以带动车窗运行，所述电机转动同时输出一带有纹波的电机电流；所述第一控制单元控制所述电机的运行状态；所述检测单元检测所述电机电流，并将所述电机电流转换为一带有纹波的电压信号，所述检测单元将所述电压信号发送给第二控制单元；所述第二控制单元根据所述电机的运行状态对所述电压信号进行滤波，并计算滤波后的电压信号的纹波的个数，所述第二控制单元根据所述纹波的个数确定车窗位置。
<实施例一>
本实施例提供一种车窗位置检测装置，如图1所示，所述车窗位置检测装置包括电机1、检测装置2、第一控制单元31和第二控制单元32，其中：所述电机1转动以带动车窗运行，所述电机1转动同时输出一带有纹波的电机电流；所述第一控制单元31控制所述电机1的运行状态；所述检测单元2检测所述电机电流，并将所述电机电流转换为一带有纹波的电压信号，所述检测单元将所述电压信号发送给第二控制单元32；所述第二控制单元32根据所述电机1的运行状态对所述电压信号进行滤波，并计算滤波后的电压信号的纹波的个数，所述第二控制单元32根据所述纹波的个数确定车窗位置。
在本实施例提供的车窗位置检测装置中，通过带动车窗运行的电机1在转动时输出的电流带有纹波，对电机1的电流进行采样；判断所述电机1处于某种状态；根据电机1处于的状态对所述电机电流进行滤波；计算出滤波后的电机电流的纹波的个数；根据所述纹波的个数确定车窗的位置，可实现无外部传感器检测。
具体的，如图2～3所示，在所述的车窗位置检测装置中，所述带动车窗运行的电机1在转动时输出的电流随电机转动输出有若干纹波包括：电机1转动时带动换向环13进行转动，第一换向器11和第二换向器12静止；换向环13转动过程中，第一换向器11和第二换向器12分别接触一或两个接触片(接触片即是组成换向环的若干扇形导电部件)；第一换向器11和第二换向器12接触一个接触片时，即图2中所示情形，形成第一等效电阻，第一等效电阻是八个电阻14中的四个串联，另外四个串联，然后并联；第一换向器11和第二换向器12接触两个接触片时，即图3中所示情形，形成第二等效电阻，第二等效电阻是六个电阻14中的三个串联，另外三个串联，然后并联，而分别与第一换向器11和第二换向器12正对的两个电阻被第一换向器11和第二换向器12短路，无法发挥作用；电机输出的电流随着第一等效电阻和第二等效电阻的交替变化而输出若干纹波，如图4所示，图4中的电流纹波的高峰即是第二等效电阻出现时，电流纹波的低谷即是第一等效电阻出现时。
由于在电机1运行过程中，电机电刷有两种情况：电机换向器与某一接触片对齐，或者电机换向器跨接在两个接触片之间，两种情况下，其电机所在回路的等效电阻阻值不同，从而引起了电机电流的波动，本发明通过第一等效电阻和第二等效电阻随电机转动而交替出现，并对电机的输出电流产生不同的电流幅值，从而对电机电流纹波的检测，即可实现根据电机电流检测信号来判断电机的转动轨迹和距离，即实现了车窗位置的检测，无需外部传感器，节约电路成本，提高检测精度和检测可靠性。
具体的，在所述的车窗位置检测装置中，所述检测装置2包括采样电路和模数转换电路，其中：所述采样电路用于将所述电机电流转换成所述电压信号；所述模数转换电路用于将所述电压信号转换为数字信号后发送给所述第二控制单元32。所述采样电路包括采样电阻。所述第一控制单元31和所述第二控制单元32位于同一控制器3中，第一控制单元31通过向驱动单元4发送第一控制信号和第二控制信号，控制所述电机1的开启和停止。
<实施例二>
本实施例中所述车窗位置检测方法包括：所述电机1转动以带动车窗运行，所述电机1转动同时输出一带有纹波的电机电流；所述第一控制单元31控制所述电机1的运行状态；所述检测单元2检测所述电机电流，并将所述电机电流转换为一带有纹波的电压信号，所述检测单元2将所述电压信号发送给第二控制单元32；所述第二控制单元32根据所述电机1的运行状态对所述电压信号进行滤波，并计算滤波后的电压信号的纹波的个数，所述第二控制单元32根据所述纹波的个数确定车窗位置。
在本发明提供的车窗位置检测装置及检测方法中，通过带动车窗运行的电机在转动时输出的电机电流带有纹波，所述检测单元检测所述电机电流，并将所述电机电流转换为一带有纹波的电压信号，所述检测单元将所述电压信号发送给第二控制单元；第二控制单元计算出滤波后的电压信号的纹波的个数；根据所述纹波的个数确定车窗的位置，可实现无外部传感器检测。
具体的，由于在电机运行过程中，电机电刷有两种情况：电机换向器与某一接触片对齐，或者电机换向器跨接在两个接触片之间，两种情况下，其电机所在回路的等效电阻阻值不同，从而引起了电机电流的波动，本发明通过第一等效电阻和第二等效电阻随电机转动而交替出现，并对电机的输出电流产生不同的电流幅值，从而对电机电流纹波的检测，即可实现根据电机电流检测信号来判断电机的转动轨迹和距离，即实现了车窗位置的检测，无需外部传感器，节约电路成本，提高检测精度和检测可靠性。
进一步的，在所述的车窗位置检测方法中，所述检测单元检测所述电机电流，并将所述电机电流转换为一带有纹波的电压信号，所述检测单元将所述电压信号发送给第二控制单元包括：所述采样电路用于将所述电机电流转换成所述电压信号，采样电路包括若干采样电阻，电机输出的电流在采样电阻上形成采样电压；所述模数转换电路将所述电压信号，即采样电压转换为数字信号后发送给所述第二控制单元32。
具体的，在所述的车窗位置检测方法中，所述第一控制单元31向所述电机1发送第一控制命令和第二控制命令，以控制电机1的运行状态，第一控制命令是令电机1从电机停止状态转换为电机启动状态，第二控制命令是令电机1从正常运行状态，转换为电机惯性停止状态，直至电机停止。
如图5所示，所述电机的运行状态包括电机停止、电机启动、电机正常运行、电机惯性停止、电机堵转和防夹反转。所述电机启动是指电机停止状态下，收到第一控制命令后进入的状态。所述电机正常运行是指电机启动状态下，达到第一阈值后，或电机防夹反转状态下，达到第二阈值后进入的状态。所述电机防夹反转是指电机正常运行状态下且车窗位置处于防夹区域内，电机输出电流发生电流突变后进入的状态。所述电机惯性停止是指电机正常运行状态下，收到第二控制命令后进入的状态。所述电机停止是指电机堵转状态下，达到第三阈值后，或电机惯性停止状态下，达到第四阈值后进入的状态。所述电机堵转是指电机正常运行状态下且车窗位置处于防夹区域外，电机输出电流超出堵转阈值后进入的状态。
车窗电机由停止到启动再到停止可分为以下几种情况：
第一种情况：电机停止->启动->正常运行->惯性停止->电机停止；
第二种情况：电机停止->启动->正常运行->堵转->电机停止；
第三种情况：电机停止->启动->正常运行->防夹反转->正常运行->惯性停止/堵转->电机停止。
所以可将电机运行状态分为电机停止状态、电机启动状态、电机正常运行状态、电机堵转状态、电机惯性停止状态、防夹反转状态。其中各状态的相互变化关系如图5中已给出，第一阈值至第四阈值都可以通过实验进行测试标定。根据各种不同状态过程中的电机电流纹波特性，可在软件滤波算法中设置不同滤波参对其进行滤波，从而实现电机的各个工作过程中的电流纹波噪声都能被滤除。
进一步的，所述第一阈值、第二阈值、第三阈值和第四阈值是指第一电机电流阈值、第二电机电流阈值、第三电机电流阈值和第四电机电流阈值。或者所述第一阈值、第二阈值、第三阈值和第四阈值是指第一电机运行时间、第二电机运行时间、第三电机运行时间和第四电机运行时间。
对电机工作状态进行划分，能有效的解决使用硬件电路信号转换过程中噪声参数过滤不可控的问题。本发明可避免硬件滤波电路中的低通滤波电路的截止频带边缘下降不够陡峭的问题，在电机停止，启动，正常运行，防夹反转，堵转，惯性停止等状态中，电流噪声毛刺与电机正常运行时的噪声毛刺的频率与幅值都不一样，难以通过固定滤波参数的硬件电路对不同特性的电流噪声进行过滤。本发明通过对电机停止，启动，正常运行，防夹反转，堵转，惯性停止等状态的判断，可根据不同状态对信号做出不同的处理，避免电流纹波信号转换中错误的将毛刺信号转换为脉冲信号，造成控制器无法对其进行分辨而进行了错误计数，可提高车窗位置检测的准确性。本发明能更精确地检测出车窗纹波数量，从而能更准确的计算车窗位置，从而提高了车窗防夹功能的可靠性。
更进一步的，在所述的车窗位置检测方法中，可选的，在所述的车窗位置检测装置中，所述根据电机的运行状态对所述电压信号进行滤波包括：根据电机的运行状态，采用不同的滤波参数对所述电压信号进行滤波，即在软件滤波算法中设置不同滤波参数对其进行滤波。
所述第一控制单元控制所述电机的运行状态，所述第二控制单元根据所述电机的运行状态对所述电压信号进行滤波，通过对电机工作状态进行划分，能有效的解决使用硬件电路信号转换过程中噪声参数过滤不可控的问题。本发明可避免硬件滤波电路中的低通滤波电路的截止频带边缘下降不够陡峭的问题，在电机停止，启动，正常运行，防夹反转，堵转，惯性停止等状态中，电流噪声毛刺与电机正常运行时的噪声毛刺的频率与幅值都不一样，难以通过固定滤波参数的硬件电路对不同特性的电流噪声进行过滤。本发明通过对电机停止，启动，正常运行，防夹反转，堵转，惯性停止等状态的判断，可根据不同状态对信号做出不同的处理，避免电流纹波信号转换中错误的将毛刺信号转换为脉冲信号，造成控制器无法对其进行分辨而进行了错误计数，可提高车窗位置检测的准确性。本发明能更精确地检测出车窗纹波数量，从而能更准确的计算车窗位置，从而提高了车窗防夹功能的可靠性。
所述第二控制单元计算滤波后的电压信号的纹波的个数包括：对所述电压信号按照时间进行离散化，对若干时间点对应的电压信号的值进行采样，形成若干个电压离散值；将所述若干电压离散值与其邻近的电压离散值进行比较，若大于其邻近的电压离散值，则该电压离散值为极值点；由所述极值点的数量得到所述纹波的个数。所述电机为有刷直流电机。
硬件电路转换电流纹波信号的局限性和其电路匹配的繁琐性是其硬伤，所以本发明主要通过软件实现对原始电流纹波信号计数的功能。并且可对电机的不同工作过程设置不同软件滤波参数，实现对电流信号的分段滤波处理。通过软件实现部分硬件信号转换电路的功能，从而可省略硬件转换电路，节省硬件电路成本。当外部更换新类型电机后，本发明应用软件进行信号检测，无需硬件上的信号转换电路参数进行重新匹配，就可以适应新电机的电流波形和幅值。电机各阶段电流滤波参数可配置，节省了在硬件电路上滤波参数匹配的工作量。
观察电流纹波信号可发现，其波形在一定范围内存在着极大值/极小值，数学概念中对极大值的定义：函数在某个极小区间内，存在自变量取值x，且存在比其大与比其小的自变量，这些自变量所对应的函数值均x对应的函数值，那么此函数值称为极大值。从图中可观察出，电机电流中求纹波数量，可转换为求解电流纹波中极大值的数量，由此引出解决方法。
对极大值有常用求解方法，一阶倒数判别法：
若t＜t0，f’(t)＞0；且t＞t0，f’(t)＜0；
则f(t0)即为极大值，其中t是时间，f(t)是电流。导数的定义如下，而由于电流采样的时间周期相同，各电流值可认为时间间隔相等的离散点，由此可推出最小时间间隔取1，即
δt＝1
推得电流采样数组的导数
array’[n]＝array[n+1]-array[n]
其中，array[n]为n个电流采样值的集合。当求点是否为极大值点时，其需要满足函数最大值求解法：
array’[n]＞0且array’[n+1]＜0。
则array[n]中含有极大值，最终计算array数组中极大值的数量，即为电机运行的电流纹波数量。
如图6所示，本发明中车窗位置检测方法具体还包括：
步骤s11：控制器通过电机电流采样电路定时地对电机当前电流值进行采样；
步骤s12：控制器对电机的各个运行状态进行了识别和划分，对不同状态下的电机采用不同参数的电流滤波参数；控制器依据当前电机状态，将电流采样值用特定滤波参数进行软件滤波处理，使采样电流值更为平滑；
步骤s13：控制器将最终滤波后的电流值进行保存并对一段时间内已保存的电流值进行求导数的操作；
步骤s14：对电流导数值是否过零跳变进行判断，若是则该点为极值点，若否则重新对电流进行采样；
步骤s15：纹波计数加1(最终纹波计数值即为车窗位置)，根据电流求导后的过零点次数来记录电机纹波数量，即电动车窗位置。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。