防夹天窗控制方法与流程

本发明为一种防夹天窗控制方法，属于车辆应用技术领域。

背景技术：

目前天窗基本是乘用车的普遍，需求量极大。因此对天窗控制的需求量也很大。防夹天窗控制器即针对这一市场开发。能够提供良好的控制性能，并具有十分可靠的防夹功能。

当前自动天窗有相当一部分不具备防夹功能，存在安全隐患。防夹天窗控制器能够很好的解决该安全隐患。

目前市场上的防夹天窗控制器大部分都是通过对电机线圈电流进行检测，通过该电流的变化来实现障碍物的判断。采用此种方式，产品必须包含对线圈电流进行采样、滤波的电路。

技术实现要素：

同现有技术相比，本发明方法描述的防夹天窗控制器不采用现有的方式进行障碍物检测，其通过软件算法处理也能很好的实现障碍物检测。

本发明采用的技术方案为防夹天窗控制方法，防夹天窗原理如图1所示：

MCU通过霍尔传感器获取电机的转速。

霍尔传感器和电机安装位置如图2所示：

通过霍尔传感器的输出方波，计算电机的转速ω。

天窗运动速度V＝ω*K。K常数与电机的减速比和电机的直径相关。对应同一个天窗系统可视为结构常数。

天窗运动加速度a＝△V/△t。

电机电压平衡方程：E＝Ea+Ia*Ra

E：电源电压

Ea：电机线圈电压

Ia：线圈电流

Ra：系统内阻

电机转矩方程：Ea*Ia＝Te*ω

Ea：电机线圈电压

Ia：线圈电流

Te：电机转矩

ω：电机转速

由此得到：Te＝Ea*(E-Ea)/ω*Ra，实际应用中根据电机厂商提供的速度转矩曲线在算法中应用。

天窗推力方程：F＝F_f+m*a+Fz

F：电机推力F＝Te*M

M为转速比相关常数)

F_f：天窗结构摩擦力

m：天窗的质量

a：天窗运行的加速度

Fz：障碍物阻力

由上述公式可知计算障碍物阻力时需要获取四个参数：当前电机转速、当前天窗的加速度以及当前位置的摩擦力、当前供电电压。

通过霍尔传感器得到电机转速和天窗运动加速度。供电电压也能够通过电压采样获取。

每个天窗结构存在差异，摩擦力不同天窗以及统一天窗不同位置可能不一样，因此天窗结构摩擦力需要通过天窗自学习获取。天窗控制器需要有一个自学习模式，在自学习模式将获取到的摩擦力参数存储到控制器的非易失性存储器中。

自学习模式为无障碍物情况下由天窗在平行滑动大开度位置自动运行到平行滑动关闭位置。再由天窗上翘最大开度位置自动运行到关闭位置。在学习模式中通过霍尔沿计数器标定天窗位置，通过霍尔信号周期标定电机速度ω。通过霍尔信号周期变化率标定电机加速度即对应天窗运行加速度a。通过算法得到天窗运行位置上的摩擦力参数，并将其存入存储器。

天窗正常运行中通过当前电机转速、当前天窗的加速度以及当前位置的摩擦力、当前供电电压四个参数计算获得障碍物阻力。将计算获得的障碍物阻力与防夹力阀值进行比较，执行防夹动作。算法框图如图3所示。

由于电机特性和机械摩擦力特性受环境温度影响，同时供电电压随车载电池及整车电气状态波动，因此在算法处理时需要进行温度和电压补偿。

天窗控制方式如下：

1)控制器驱动直流电机运转，推动天窗开合。

2)同时控制器通过霍尔传感器计算天窗当前位置，位置通过学习模式确定、天窗当前的运行速度以及天窗当前的加速度。

3)控制器根据天窗当前位置读取当前摩擦力，学习模式中存入存储器中的数据。

4)控制器利用所获得的参数通过推力方程公式可计算出当前障碍物阻力。控制器通过障碍物阻力阀值判断决定是否执行防夹动作即反向驱动电机，使天窗反向运行。

附图说明

图1防夹天窗原理图。

图2为霍尔传感器和电机安装位置图。

图3算法框图。

具体实施方式

防夹天窗控制器，防夹天窗原理如图1所示：

MCU通过霍尔传感器获取电机的转速。

霍尔传感器和电机安装位置如图2所示：

通过霍尔传感器的输出方波，计算电机的转速ω。

天窗运动速度V＝ω*K。K常数与电机的减速比和电机的直径相关。对应同一个天窗系统可视为结构常数。

天窗运动加速度a＝△V/△t。

电机电压平衡方程：E＝Ea+Ia*Ra

E：电源电压

Ea：电机线圈电压

Ia：线圈电流

Ra：系统内阻

电机转矩方程：Ea*Ia＝Te*ω

Ea：电机线圈电压

Ia：线圈电流

Te：电机转矩

ω：电机转速

由此得到：Te＝Ea*(E-Ea)/ω*Ra，实际应用中根据电机厂商提供的速度转矩曲线在算法中应用。

天窗推力方程：F＝F_f+m*a+Fz

F：电机推力F＝Te*M(M为转速比相关常数)

F_f：天窗结构摩擦力

m：天窗的质量

a：天窗运行的加速度

Fz：障碍物阻力

由上述公式可知计算障碍物阻力时需要获取四个参数：当前电机转速、当前天窗的加速度以及当前位置的摩擦力、当前供电电压。

通过霍尔传感器得到电机转速和天窗运动加速度。供电电压也能够通过电压采样获取。

每个天窗结构存在差异，摩擦力不同天窗以及统一天窗不同位置可能不一样，因此天窗结构摩擦力需要通过天窗自学习获取。天窗控制器需要有一个自学习模式，在自学习模式将获取到的摩擦力参数存储到控制器的非易失性存储器中。

自学习模式为无障碍物情况下由天窗在平行滑动大开度位置自动运行到平行滑动关闭位置。再由天窗上翘最大开度位置自动运行到关闭位置。在学习模式中通过霍尔沿计数器标定天窗位置，通过霍尔信号周期标定电机速度ω。通过霍尔信号周期变化率标定电机加速度即对应天窗运行加速度a。通过算法得到天窗运行位置上的摩擦力参数，并将其存入存储器。

天窗正常运行中通过当前电机转速、当前天窗的加速度以及当前位置的摩擦力、当前供电电压四个参数计算获得障碍物阻力。将计算获得的障碍物阻力与防夹力阀值进行比较，执行防夹动作。算法框图如图3所示。

由于电机特性和机械摩擦力特性受环境温度影响，同时供电电压随车载电池及整车电气状态波动，因此在算法处理时需要进行温度和电压补偿。

天窗控制方式如下：

1)控制器驱动直流电机运转，推动天窗开合。

2)同时控制器通过霍尔传感器计算天窗当前位置，位置通过学习模式确定、天窗当前的运行速度以及天窗当前的加速度。

3)控制器根据天窗当前位置读取当前摩擦力，学习模式中存入存储器中的数据。

4)控制器利用所获得的参数通过推力方程公式可计算出当前障碍物阻力。控制器通过障碍物阻力阀值判断决定是否执行防夹动作即反向驱动电机，使天窗反向运行。