多功能互感式电动车窗防夹控制器的制作方法

本实用新型涉及电机控制技术领域，特别涉及一种多功能互感式电动车窗防夹控制器。

背景技术：

随着现代汽车电子技术的进步，汽车内传统的零部件及总成也在向机电一体化发展。其中，在汽车中大量应用电子设备，有利于提高汽车的舒适性和简便性，但有些电子设备在使用过程中存在着一定的安全风险，而随着人们对于安全性的要求越来越高，如何保证汽车的舒适性和简便性的情况下，提高电子设备在汽车中的安全性能，也成为了当下汽车发展的一个趋势。

在现有技术中，为了方便驾驶员和乘客，大量汽车采用电动车窗，但许多电动车窗都不具有以下全部功能于一体：玻璃防夹功能、一键关窗功能、一键开窗功能以及停车自动关窗功能等等。特别是防夹功能，它更容易造成对乘客尤其是儿童的伤害。因此，为了安全起见，开发具有多功能的车窗防夹控制模块是完全必要的。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种多功能互感式电动车窗防夹控制器，以实现车窗防夹功能。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

多功能互感式电动车窗防夹控制器，包括控制电路和电枢bem信号互感器t1，所述控制电路包括主控芯片u1，所述电枢bem信号互感器t1包括初级绕组和次级绕组；

所述初级绕组的一端和所述次级绕组的一端同时接地，所述初级绕组的另一端用于接入bem纹波信号，所述次级绕组的另一端与所述主控芯片u1的一端电连接；

所述主控芯片u1用于根据所述bem纹波信号的脉宽形变来生成能控制车窗电机m运行的防夹控制信号。

本实用新型的有益效果在于：多功能互感式电动车窗防夹控制器，通过电枢bem信号互感器t1来采样车窗电机m在转动时的bem纹波信号，由主控芯片u1监测电机bem信号的脉宽变化情况，从而精确判断出电动车窗在上升过程中是否夹住物体，并在遇到障碍物时，及时控制车窗电机m，以防止物体或人体被夹伤，从而实现车窗防夹功能。

附图说明

图1为本实用新型实施例的互感式电动车窗防夹控制器的电路示意图；

图2为本实用新型实施例涉及的电枢bem信号互感器的结构示意图；

图3为本实用新型实施例涉及的防夹区域的结构示意图；

图4至图6为本实用新型实施例涉及的ecu模块和车窗在不同实施方式下的对应示意图；

图7为本实用新型实施例的互感式电动车窗防夹控制器的实现过程示意图。

标号说明：

t1、电枢bem信号互感器；u1、主控芯片；u2、运算放大器；u3、三端电源稳压芯片；u4、驱动芯片；u5、斯密特触发器；d1、二极管；m、车窗电机；k1、继电器；r1-r17、电阻；c1-c8以及c12-c16、电容。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图1至图7，一种多功能互感式电动车窗防夹控制器，包括控制电路和电枢bem信号互感器t1，所述控制电路包括主控芯片u1，所述电枢bem信号互感器t1包括初级绕组和次级绕组；

所述初级绕组的一端和所述次级绕组的一端同时接地，所述初级绕组的另一端用于接入bem纹波信号，所述次级绕组的另一端与所述主控芯片u1的一端电连接；

所述主控芯片u1用于根据所述bem纹波信号的脉宽形变来生成能控制车窗电机m运行的防夹控制信号。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：通过电枢bem信号互感器t1来采样车窗电机m在转动时的bem纹波信号，由主控芯片u1监测电机bem信号的脉宽变化情况，从而精确判断出电动车窗在上升过程中是否夹住物体，并在遇到障碍物时，及时控制车窗电机m，以防止物体或人体被夹伤，从而实现车窗防夹功能。

进一步地，所述控制电路还包括运算放大器u2、斯密特触发器u5和驱动芯片u4；

所述次级绕组的另一端与所述运算放大器u2的第六脚电连接，所述运算放大器u2的第七脚经过一个rc滤波电路后与所述斯密特触发器u5的第一脚电连接，所述斯密特触发器u5的第十二脚与所述主控芯片u1的第二脚电连接；

所述主控芯片u1的第十脚与所述驱动芯片u4的第一脚电连接，所述主控芯片u1的第十一脚与所述驱动芯片u4的第二脚、第三脚电连接，所述驱动芯片u4的第七脚和第八脚生成能驱动继电器k1来控制车窗电机m运行的驱动信号。

其中，bem纹波信号经过电枢bem信号互感器t1采集和运算放大器u2放大之后，通过斯密特触发器u5之后转换成数字脉冲信号，因此，主控芯片u1是对bem纹波信号所转换后的数字脉冲信号的脉宽变化情况来进行处理。

从上述描述可知，通过运算放大器u2进行信号放大，并经过斯密特触发器u5将模拟信号转换成数字脉冲信号，以提供给主控芯片u1判断是否遇到障碍物，在遇到障碍物时，输出对应的开关信号至驱动芯片u4，然后通过驱动芯片u4相应通道的输出来驱动继电器k1以控制车窗电机m反转，使得车窗下降，以防止物体或人体被夹伤，从而实现车窗防夹功能。

进一步地，还包括电阻r13，所述电阻r13的一端与所述初级绕组的一端电连接且另一端与所述主控芯片u1的第十四脚电连接。

从上述描述可知，在初级绕组的一端上接一个电阻r13来检测电机电枢电流变化，并将该电机电枢电流变化发送至主控芯片u1，以实现电机堵转时执行过流保护。

进一步地，还包括电容c12、电阻r15和电容c6；

所述电容c12的一端接输入电压信号且另一端同时与所述运算放大器u2的第二脚、所述电阻r15的一端和所述电容c6的一端电连接，所述电阻r15的另一端和所述电容c6的另一端同时与所述运算放大器u2的第一脚电连接，所述运算放大器u2的第一脚与所述主控芯片u1的第十八脚电连接。

从上述描述可知，由电容c12采集到电机运转的纹波信号，该信号经电阻r15、电容c6及运算放大器u2的内部单元放大后通过运算放大器u2的第一脚输出到主控芯片u1来实现停车自动关窗功能。

进一步地，所述初级绕组包括初级磁环以及绕制所述初级磁环1-2圈的康铜丝，所述康铜丝的直径为1.5mm且阻值为5-10毫欧，所述次级绕组包括次级磁环以及绕制所述次级磁环500-1000圈的漆包线，所述漆包线的直径为0.1mm。

从上述描述可知，电枢bem信号互感器t1的初级线圈与次级线圈是1:500，车窗电机m在转动时的bem纹波信号经互感器t1采样提升到足够电压幅度(1:500)，再接入运算放大器u2第六脚进行放大。

进一步地，还包括稳压电路，所述稳压电路包括三端电源稳压芯片u3、二极管d1、电容c7和电容c8；

所述二极管d1的阳极接入输入电压信号且阴极同时与所述三端电源稳压芯片u3的第一脚、所述电容c7的一端电连接，所述三端电源稳压芯片u3的第三脚同时与所述主控芯片u1的第一脚、所述运算放大器u2的第八脚、所述斯密特触发器u5的第十四脚以及所述电容c8的一端电连接，所述三端电源稳压芯片u3的第二脚、所述电容c7的另一端以及所述电容c8的另一端接地。

进一步地，所述输入电压信号为12v，所述三端电源稳压芯片u3的第三脚的输出电压信号为5v。

从上述描述可知，由三端电源稳压芯片u3来将12v的输入电压稳压成5v的输出电压，以供电给主控芯片u1、运算放大器u2和斯密特触发器u5进行正常工作。

请参照图1至图7，本实用新型的实施例一为：

一种多功能互感式电动车窗防夹控制器，包括控制电路、稳压电路和电枢bem信号互感器t1，其中，控制电路包括主控芯片u1、运算放大器u2、斯密特触发器u5和驱动芯片u4，电枢bem信号互感器t1包括初级绕组和次级绕组；稳压电路包括三端电源稳压芯片u3、二极管d1、电容c7和电容c8。

如图1所示，初级绕组的一端和次级绕组的一端同时接地，初级绕组的另一端通过与继电器k1的第三脚和第七脚连接，以接入bem纹波信号，次级绕组的另一端与运算放大器u2的第六脚电连接，运算放大器u2的第七脚经过一个rc滤波电路后与斯密特触发器u5的第一脚电连接，斯密特触发器u5的第十二脚通过一个电阻r8与主控芯片u1的第二脚电连接，主控芯片u1的第十脚与驱动芯片u4的第一脚电连接，主控芯片u1的第十一脚与驱动芯片u4的第二脚、第三脚电连接，驱动芯片u4的第七脚和第八脚分别与继电器k1的第十脚和第四脚连接，从而驱动继电器k1来控制车窗电机m运行的驱动信号。

即本实施例通过电枢bem信号互感器t1来采样车窗电机m在转动时的bem纹波信号，通过运算放大器u2进行信号放大，并经过斯密特触发器u5将模拟信号转换成数字脉冲信号，由主控芯片u1监测电机bem信号的脉宽变化情况来判断是否遇到障碍物，从而精确判断出电动车窗在上升过程中是否夹住物体，并在遇到障碍物时，输出对应的开关信号至驱动芯片u4，然后通过驱动芯片u4相应通道的输出来驱动继电器k1以控制车窗电机m反转，使得车窗下降，以防止物体或人体被夹伤，从而实现车窗防夹功能。

如图1所示，二极管d1的阳极接入12v的输入电压信号且阴极同时与三端电源稳压芯片u3的第一脚、电容c7的一端电连接，三端电源稳压芯片u3的第三脚的输出电压信号为5v，它同时与主控芯片u1的第一脚、运算放大器u2的第八脚、斯密特触发器u5的第十四脚以及电容c8的一端电连接，三端电源稳压芯片u3的第二脚、电容c7的另一端以及电容c8的另一端接地，以供电给主控芯片u1、运算放大器u2和斯密特触发器u5进行正常工作。

如图1所示，rc滤波电路包括电阻r17和电容c13，两者同时与运算放大器u2的第七脚电连接，电阻r17的另一端与斯密特触发器u5的第一脚电连接，电容c13的另一端接地。

在本实施例中，还包括电阻r13，电阻r13的一端与初级绕组的一端电连接且另一端与主控芯片u1的第十四脚电连接，以实现电机堵转时执行过流保护。

在本实施例中，还包括电容c12、电阻r15和电容c6，电容c12的一端接输入电压信号且另一端同时与运算放大器u2的第二脚、电阻r15的一端和电容c6的一端电连接，电阻r15的另一端和电容c6的另一端同时与运算放大器u2的第一脚电连接，运算放大器u2的第一脚经电阻r12与主控芯片u1的第十八脚电连接，以实现停车自动关窗功能。

如图2所示，在本实施例中，初级绕组包括初级磁环以及绕制初级磁环1-2圈的康铜丝，康铜丝的直径为1.5mm且阻值为5-10毫欧，次级绕组包括次级磁环以及绕制次级磁环500-1000圈的漆包线，漆包线的直径为0.1mm。

如图1所述，本实施例中还包括车窗上升键和下降键，其分别通过一个电阻r4和一个电阻r5与主控芯片的第5脚和第七脚连接，并且分别并联一个电阻r6和电阻r7。另外对于每个芯片的外围电路是为了芯片的更好的工作，不对此对电子元器件做进一步的描述说明，比如驱动芯片u4的第一脚、第二脚上连接的电阻r9、电阻r10，第四脚和第五脚之间连接的电容c4等等。

在本实施例中，多功能互感式电动车窗防夹控制器是一个模块，在整个车窗控制系统中，采用了一种“总体分布，局部集中式”的控制方案或单独控制方案。比如，如图4所示，四个车窗的控制作为一个ecu模块，或如图5所示将两个车窗的控制作为一个ecu模块，或如图6所示单个车窗作为一个ecu模块。

其中，在本实施例的基础上，实现防夹功能的具体过程如下：

通过电枢bem信号互感器t1采集车窗电机m的bem纹波信号；

通过主控芯片u1读取车窗当前位置和按键输入信号，若按键输入信号为车窗升降信号，则输出开关信号来驱动车窗电机m进行上下升降运动，若车窗升降信号为车窗上升信号，则对bem脉冲信号进行加计数，以得到车窗实时位置，若车窗升降信号为车窗下降信号，则对bem脉冲信号进行减计数，以得到车窗实时位置，其中，bem脉冲信号为斯密特触发器u5转换所述bem纹波信号后所得到的数字脉冲信号；

通过主控芯片u1判断车窗电机m启动后的时间是否到达预设延时时长，若是，通过主控芯片u1判断车窗实时位置是否处于防夹区域，若是，则判断bem纹波信号的脉宽形变是否大于预设阈值，若是，则生成防夹控制信号，以控制车窗电机m反转，防夹区域在车窗上升最低值和车窗上升最高值之间。

在本实施例中，预设延时时长为40ms-60ms之间，预设延时时长为50ms，以避免电机启动初期瞬时过冲对防夹阈值设定的影响。车窗上升最低值的取值范围为车窗从底端上升30mm至80mm之间，车窗上升最高值的取值范围为车窗上升到离顶端3mm至5mm之间，如图3所示，车窗上升最低值的取值范围为车窗从底端上升50mm，车窗上升最高值的取值范围为车窗上升到离顶端4mm，即只有中间为防夹区域，两边均为非防夹区。

综上所述，本实用新型提供的一种多功能互感式电动车窗防夹控制器，通过电枢bem信号互感器t1来采样车窗电机m在转动时的bem纹波信号，由三端电源稳压芯片u3来将12v的输入电压稳压成5v的输出电压，以供电给主控芯片u1、运算放大器u2和斯密特触发器u5进行正常工作，通过运算放大器u2进行信号放大，并经过斯密特触发器u5将模拟信号转换成数字脉冲信号，以提供给主控芯片u1判断是否遇到障碍物，在遇到障碍物时，输出对应的开关信号至驱动芯片u4，然后通过驱动芯片u4相应通道的输出来驱动继电器k1以控制车窗电机m反转，使得车窗下降，以防止物体或人体被夹伤，从而实现车窗防夹功能。在初级绕组的一端上接一个电阻r13来检测电机电枢电流变化，并将该电机电枢电流变化发送至主控芯片u1，以实现电机堵转时执行过流保护。由电容c12采集到电机运转的纹波信号，该信号经电阻r15、电容c6及运算放大器u2的内部单元放大后通过运算放大器u2的第一脚输出到主控芯片u1来实现停车自动关窗功能。同时，车窗电机m启动后进行适当的延时，再进行bem纹波信号的检测，这样可以避免电机启动初期瞬时过冲对防夹阈值设定的影响；通过电枢bem信号互感器t1的脉冲输出及计数方案可实时确定车窗的当前位置，并根据上述确定的防夹区域确定车窗是否启用防夹功能。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。