汽车窗电机位置及故障检测电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种汽车窗电机位置及故障检测电路，包括：位置检测电路和故障检测电路；其中，位置检测电路包括依次连接的交流采样电路、第一放大电路、滤波电路和整形输出电路；交流采样电路的输入端与电机连接，用于采集电机电压的交流分量；整形输出电路的输出端输出电机电压交流分量的脉冲波形，该脉冲波形用于电机位置检测的计算；所述故障检测电路包括依次连接的直流采样电路和第二放大电路；直流采样电路的输入端与电机连接，用于采集电机电压的直流分量；第二放大电路的输出端输出经放大的电机电压的直流分量，用于电机故障检测的判断。本实用新型通过对电机电压交流分量及直流分量的采集，在无传感器情况下实现电机位置及故障检测。
【专利说明】汽车窗电机位置及故障检测电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及汽车窗电机位置及故障检测领域。
【背景技术】
[0002]随着电子技术在汽车领域的广泛应用，大量汽车采用电动系统，例如通过电机来控制汽车窗的自动升起和关闭，从而提高了乘坐的舒适性。但是，在自动升窗的过程中，如果误操作，汽车窗会有卡死、挤压和伤人的潜在危险。因此，各国法规也纷纷对汽车窗的防夹进行规定。而在汽车窗的防夹算法中，获取汽车窗的电机运行位置必不可少。
[0003]在现有技术中，检测汽车窗的电机运行位置通常是通过在电机或车窗处增加位置传感器来实现，这就增加了传感器及线束的费用，以及车辆整体造价及故障率。
[0004]此外，现有的汽车窗电机故障检测只通过电流来检测，当电机堵转而过热、电阻增大，或电机短路等故障出现时，则不能检测出电机发生故障。
实用新型内容
[0005]本实用新型实施例的目的在于提供一种汽车窗电机位置及故障检测电路，以低成本实现汽车窗电机位置检测，同时解决当电机堵转或短路时不能检测出电机故障的问题。
[0006]一种汽车窗电机位置及故障检测电路，包括:位置检测电路和故障检测电路；其中，
[0007]所述位置检测电路包括:
[0008]输入端与电机连接、用于采集所述电机电压的交流分量的交流采样电路；
[0009]用于将所述交流分量进行放大的第一放大电路；
[0010]用于将经所述第一放大电路放大的交流分量进行滤波的滤波电路；和
[0011]用于将经所述滤波电路滤波的交流分量进行整形的整形输出电路，所述整形输出电路的输出端输出所述电机电压交流分量的脉冲波形，该脉冲波形用于电机位置检测的计算；
[0012]其中，所述交流采样电路与所述第一放大电路、滤波电路和整形输出电路依次连接；
[0013]所述故障检测电路包括:
[0014]直流采样电路和第二放大电路；
[0015]所述直流采样电路的输入端与电机连接，用于采集电机电压的直流分量；
[0016]所述直流采样电路的输出端与所述第二放大电路的输入端连接；
[0017]所述第二放大电路的输出端输出经放大的电机电压的直流分量，用于电机故障检测的判断。
[0018]优选地，所述交流采样电路包括第一电容、第一电阻；
[0019]所述第一电容与第一电阻连接，并且连接端作为所述交流采样电路的输入端与所述电机连接；[0020]所述第一电容的另一端作为所述交流采样电路的输出端；
[0021]所述第一电阻的另一端接地。
[0022]优选地，所述第一放大电路包括第一放大器、第二电阻、第三电阻；
[0023]所述第一放大器的正向输入端与所述交流采样电路的输出端连接，负向输入端通过第三电阻接地，输出端作为所述第一放大电路的输出端；
[0024]所述第二电阻的一端与第一放大器的负向输入端连接，另一端与第一放大器的输出端连接。
[0025]优选地，所述滤波电路包括第四电阻和第二电容；
[0026]所述第四电阻一端与所述第一放大电路的输出端连接，另一端通过第二电容接地；
[0027]所述第四电阻与第二电容的连接端作为所述滤波电路的输出端。
[0028]优选地，所述整形输出电路包括第二放大器、第五电阻、第六电阻；
[0029]所述第二放大器的正向输入端与所述滤波电路的输出端连接，负向输入端通过第六电阻接地，输出端作为所述整形输出电路的输出端；
[0030]所述第五电阻的一端与第一放大器的负向输入端连接，另一端与第二放大器的输出端连接。
[0031]优选地，所述直流采样电路包括所述第一电阻；
[0032]所述第二放大电路包括第三放大器、第七电阻、第八电阻；
[0033]所述第三放大器的正向输入端与所述第一电阻和第一电容的连接端连接，负向输入端通过所述第八电阻接地，输出端作为所述第二放大电路的输出端；
[0034]所述第七电阻的一端与第三放大器的负向输入端连接，另一端与第三放大器的输出端连接。
[0035]本实用新型实施例提供的一种汽车窗电机位置及故障检测电路，通过对电机电压交流分量的采集，并经过放大、滤波和整形的处理，最终得到所述交流分量的脉冲波形，由控制电路对该脉冲波形进行相应的计算处理，就可以通过电机旋转的圈数进而得知汽车窗电机的位置，而无需采用专门的位置传感器来实现，减少了传感器及相应线束的费用以及车辆整体造价，从而以低成本实现汽车窗电机位置检测。同时，通过对电机电压直流分量的采集，由控制电路结合该直流分量和计算出来的电机运行最小转速所对应的脉冲频率，综合判断电机是否发生故障，并且能够判断出电机是否堵转或短路等故障，从而解决当电机堵转或短路时不能检测出电机故障的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0037]图1为本实用新型实施例提供的汽车窗电机位置及故障检测电路的结构框图；
[0038]图2为本实用新型实施例提供的汽车窗电机位置及故障检测电路的原理图。【具体实施方式】
[0039]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0040]参见图1，本实用新型实施例提供一种汽车窗电机位置及故障检测电路，包括位置检测电路1、故障检测电路2、电机3和控制电路4。
[0041]其中，位置检测电路I包括交流采样电路10、第一放大电路11、滤波电路12和整形输出电路13。交流米样电路10的输入端与电机3连接,用于米集电机电压的交流分量；交流采样电路10的输出端与第一放大电路11、滤波电路12和整形输出电路13依次连接；整形输出电路13的输出端输出电机电压交流分量的脉冲波形，该脉冲波形输入给控制电路4用于电机位置检测的计算。
[0042]故障检测电路2包括直流采样电路20和第二放大电路21。直流采样电路20的输入端与电机3连接，用于采集电机电压的直流分量；直流采样电路20的输出端与第二放大电路21的输入端连接；第二放大电路21的输出端输出经放大的电机电压的直流分量,输入给控制电路4用于电机故障检测的判断。
[0043]在一种实施方式中，所述控制电路4可由单片机及其外围电路组成。
[0044]通常，汽车窗升降器均采用有刷直流电机进行驱动，有刷直流电机具有换相器。当电机旋转时，电机线圈就会通过换相器与电源进行切换。由于线圈是电感性元件，每次在与电源进行切换时会有反向电动势产生，形成交流信号，叠加在电源两端。由于所选定有刷直流电机的线圈组数是固定的(假定为3组)，则电机旋转一圈就会换相3次。通过采集这些交流信号就可以判断出电机旋转的圈数。同一辆汽车车窗玻璃从顶端降到低端的行程是固定的，那么汽车车窗从顶端降到低端的电机旋转圈数也是固定的，因此，通过对电机圈数的计数，就可以知道汽车窗处于从顶端到底端的哪个位置。而电机电压的交流分量可以用于电机圈数的采集。
[0045]因此，本实用新型实施例提供的一种汽车窗电机位置及故障检测电路，通过对电机电压交流分量进行采用，通过放大、滤波和整形的处理，最终得到所述交流分量的脉冲波形，由控制电路对该脉冲波形进行相应的计算处理，就可以通过电机旋转的圈数进而得知汽车窗的位置，而无需采用专门的位置传感器来实现，减少了传感器及相应线束的费用以及车辆整体造价。此外，通过对电机电压直流分量的采集和放大处理并输入给控制电路，由控制电路根据所述交流分量和直流分量共同来判断电机是否存在故障，从而解决当电机堵转或短路时不能检测出电机故障的问题。
[0046]具体而言，请参考图2，图2示出了本实用新型实施例提供的汽车窗电机位置及故障检测电路的原理图。其中，
[0047]交流采样电路10包括第一电容Cl、第一电阻Rl ;第一放大电路11包括第一放大器U1、第二电阻R2、第三电阻R3 ;滤波电路12包括第四电阻R4和第二电容C2 ;整形输出电路13包括第二放大器U2、第五电阻R5、第六电阻R6 ;所述第一电阻Rl构成直流采样电路20 ;所述第二放大电路21包括第三放大器U3、第七电阻和第八电阻。
[0048]具体地，Cl 一端与Rl —端连接，Rl另一端接地，Cl另一端作为交流采样电路10的输出端与Ul正向输入端连接，Cl与Rl的公共端通过电机M与电源VB连接；
[0049]Ul正向输入端作为放大电路11的输入端，Ul负向输入端通过R2与Ul的输出端连接，Ul的输出端作为放大电路11的输出端，Ul负向输入端还通过R3接地；
[0050]R4 一端作为滤波电路12的输入端与Ul输出端连接，R4另一端通过C2接地，R4与C2的公共端作为滤波电路12的输出端与U2正向输入端连接；
[0051]U2正向输入端作为整形输出电路13的输入端，U2负向输入端通过R5与U2的输出端连接，U2的输出端作为整形输出电路13的输出端，也即汽车窗电机位置检测电路的输出端，U2负向输入端还通过R6接地；
[0052]U3正向输入端与Rl和Cl的连接端连接，负向输入端通过R8接地，R7的一端与U3负向输入端连接，另一端与U3输出端连接，U3输出端为第二放大电路21的输出端。
[0053]在本实施例中，电机位置检测电路的工作原理如下:
[0054]电机M上端连接到电源VB，下端通过采样电阻Rl两端的电压进行采样，采样电压包含交直流两种分量，其中交流分量可以用于电机M旋转圈数的采集。该交流分量通过Cl对Rl的采样电压进行隔直流处理，提取的交流信号进入到由Ul、R2、R3组成的放大电路进行放大，具体的放大倍数根据不同电机可以进行调整。经放大后的信号进入到由R4和C2构成的低通滤波器进行滤波，目的是滤除不需要的高频干扰信号。滤波后的信号进入到由U2、R5、R6组成的整形输出电路进行整形，变为脉冲波形，该脉冲波形输入给控制电路用于电机位置检测的计算，控制电路通过对脉冲个数及脉冲频率的计量，即可知道汽车窗的位置。
[0055]在本实施例中，关于电机故障检测的判断，原理如下:
[0056]设车窗玻璃总行程为S，总脉冲个数为N，则每个脉冲对应的行程为S除以N。设电机运行电流为Ia，电机堵转电流Imax，电机空载电流Imin。电机运行最小转速所对应的脉冲频率为Fmin。
[0057]如果电机在堵转区域，当电机电流大于等于Imax或脉冲频率小于Fmin时,判断为电机堵转；
[0058]如果不在堵转区域，当电机电流大于等于Imax或脉冲频率小于Fmin时,判断为负载短路；
[0059]当电机电流小于Imin或脉冲频率小于Fmin时,判断电机开路；
[0060]当电机电流为Ia，且脉冲频率小于Fmin时，判断电机过热或负载短路；
[0061]当电机电流为Ia，脉冲频率大于Fmin时，则可对车窗玻璃位置进行计算。
[0062]这里需要说明的是，关于电机故障检测的判断，此处仅以一种实施例予以说明，但并不限于上述一种，相关技术人员可以根据需要自行选择。
[0063]综上所述，本实用新型实施例提供的一种汽车窗电机位置及故障检测电路，通过对电机电压交流分量的采集，并经过放大、滤波和整形的处理，最终得到所述交流分量的脉冲波形，由控制电路对该脉冲波形进行相应的计算处理，就可以通过电机旋转的圈数进而得知汽车窗电机的位置，而无需采用专门的位置传感器来实现，减少了传感器及相应线束的费用以及车辆整体造价，从而以低成本实现汽车窗电机位置检测。同时，本实用新型实施例提供的一种汽车窗电机位置及故障检测电路，通过对电机电压直流分量的采集，由控制电路结合该直流分量和计算出来的电机运行最小转速所对应的脉冲频率，综合判断电机是否发生故障，并且能够判断出电机是否堵转或短路等故障，从而解决当电机堵转或短路时不能检测出电机故障的问题。
[0064]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。
[0065]最后，还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0066]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1. 一种汽车窗电机位置及故障检测电路，其特征在于，包括:位置检测电路和故障检测电路；其中， 所述位置检测电路包括: 输入端与电机连接、用于采集所述电机电压的交流分量的交流采样电路； 用于将所述交流分量进行放大的第一放大电路； 用于将经所述第一放大电路放大的交流分量进行滤波的滤波电路；和用于将经所述滤波电路滤波的交流分量进行整形的整形输出电路，所述整形输出电路的输出端输出所述电机电压交流分量的脉冲波形，该脉冲波形用于电机位置检测的计算；其中，所述交流采样电路与所述第一放大电路、滤波电路和整形输出电路依次连接； 所述故障检测电路包括: 直流采样电路和第二放大电路； 所述直流采样电路的输入端与电机连接，用于采集电机电压的直流分量； 所述直流采样电路的输出端与所述第二放大电路的输入端连接； 所述第二放大电路的输出端输出经放大的电机电压的直流分量，用于电机故障检测的判断。
2.根据权利要求1所述的汽车窗电机位置及故障检测电路，其特征在于，所述交流采样电路包括第一电容、第一电阻； 所述第一电容与第一电阻连接，并且连接端作为所述交流采样电路的输入端与所述电机连接； 所述第一电容的另一端作为所述交流采样电路的输出端； 所述第一电阻的另一端接地。
3.根据权利要求1所述的汽车窗电机位置及故障检测电路，其特征在于，所述第一放大电路包括第一放大器、第二电阻、第三电阻； 所述第一放大器的正向输入端与所述交流采样电路的输出端连接，负向输入端通过第三电阻接地，输出端作为所述第一放大电路的输出端； 所述第二电阻的一端与第一放大器的负向输入端连接，另一端与第一放大器的输出端连接。
4.根据权利要求1所述的汽车窗电机位置及故障检测电路，其特征在于，所述滤波电路包括第四电阻和第二电容； 所述第四电阻一端与所述第一放大电路的输出端连接，另一端通过第二电容接地； 所述第四电阻与第二电容的连接端作为所述滤波电路的输出端。
5.根据权利要求1所述的汽车窗电机位置及故障检测电路，其特征在于，所述整形输出电路包括第二放大器、第五电阻、第六电阻； 所述第二放大器的正向输入端与所述滤波电路的输出端连接，负向输入端通过第六电阻接地，输出端作为所述整形输出电路的输出端； 所述第五电阻的一端与第一放大器的负向输入端连接，另一端与第二放大器的输出端连接。
6.根据权利要求2所述的汽车窗电机位置及故障检测电路，其特征在于， 所述直流采样电路包括所述第一电阻；所述第二放大电路包括第三放大器、第七电阻、第八电阻； 所述第三放大器的正向输入端与所述第一电阻和第一电容的连接端连接，负向输入端通过所述第八电阻接地，输出端作为所述第二放大电路的输出端； 所述第七电阻的一端与第三放大器的负向输入端连接，另一端与第三放大器的输出端连接。`
【文档编号】G01R31/34GK203422454SQ201320465557
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年8月1日 优先权日:2013年8月1日
【发明者】贾春冬 申请人:北京经纬恒润科技有限公司