汽车电动车窗控制装置的制作方法

专利名称：汽车电动车窗控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及汽车电动车窗的控制装置。
背景技术：
随着汽车越来越普及，由汽车电动附件操作引起的安全隐患受到更广泛的 关注。根据近年来国内外安全事故的调查报告，许多用户由于应用汽车电动 附件而受到伤害。电动门窗首当其冲，由于门窗使用不当和疏忽导致用户手 指被夹受伤，而且受害者更多集中于低年龄阶段。因而，国际安全规范标准 将会提出更加严格的要求，设计长期可靠运行的智能电动防夹门窗势在必行。 目前，公知的汽车电动车窗控制装置包括如下几种方式
1、 霍尔传感器
霍尔传感器根据电磁原理将电机转动产生的磁感应电流以电压方波的形 式输出给控制器，方波数对应于电机转动的圈数。因此，控制器根据方波数 便可以知道电机驱动行进的位移。由于霍尔传感器是感应电动机线圈磁效应 的，所以必须放到电机上，这样就限制了单一控制器的安装位置。比如当前
博世(B0SCH)公司生产的电动门窗电机采取的就是这一方案，控制器和电机 安装在一起。这种技术方案决定了控制方式是分布式控制，不利于集中集成 控制而降低成本。由于上述霍尔传感器与电机的关系比较密切，安装就不够 方便，要么控制器和电机安装在一起，要么同时还需要从霍尔器件引一条信 号线到外部控制器，不但成本增加，而且安装布置的位置不易处理。此外， 霍尔器件传送的信号仍然需要经过处理，系统也就更加复杂。
2、 电极传感器
这种传感器一般布置在车窗玻璃边缘，人体接触到电极传感器上引起电容
值的变化，从而产生控制信号。这种方法除r增加安装的成本之外，还由于 控制装置布置在人体能够触摸到的地方，容易受到外部环境的影响，使得控 制机构的使用寿命受到限制。
3、 红外传感器
这种方案将红外传感器放于车窗部分，探测是否有异物处于窗框之间，如
果有则停止。其主要问题是成本增加、容错性差、安装不便。
4、 电流值检测配合上止位机械开关
这是一种通过机械装置配合电流检测完成防夹功能的系统，因需要额外安 装机械装置而导致生产安装成本上升。同时，上止位机械开关很难保证长期 使用条件下的可靠性， 一旦失效，控制器将无法釆集到信号，造成失控。
发明内容
-为了解决上述汽车电动门窗的防夹问题，以及现有技术存在的成本高、 安装不便、可靠性得不到保证等问题，本实用新型的目的在于提供一种汽车 电动车窗控制装置。利用本实用新型，不但解决了车窗防夹的问题，而且降 低成本、安装方便。
为了达到上述发明目的，本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方 案是提供一种汽车电动车窗控制装置，该装置包括
输入釆样电路用于采集输入控制开关输入的控制信号，传送给单片机。
单片机用于对输入的控制信号和其它电路反馈的采样信号进行处理； 输出驱动信号，用于控制车窗驱动电机运行。单片机中设置有动态和静态学 习程序，对车窗正常运行状态进行参数标定存储，在整个车窗运行中，进行 参数比较，以确定非正常的防夹状态。
电机驱动电路与车窗驱动电机连接，接收来自单片机输出的驱动信号， 用以控制车窗的升降动作；驱动信号为单片机用于控制车窗电机的输出信 号I1^WA;单片机用以控制车窗电机的输出信号IN—WB。
电流纹波检测电路与驱动电路连接，用于检测驱动电机上运行电流中
夹杂的微小纹波，通过带通滤波去除电机电流的直流成分，再将纹波放大成 与电机转动频率关系固定的方波，向单片机输出脉冲信号。单片机通过检测 脉冲信号方波的个数获得电机运行的位移，从而确认是否满足防夹程序的条 件。
一旦满足了防夹程序的条件，则进入防夹处理，这时控制器将驱动车窗
下降—定距离(10mm-40mm)o
电机运行电滩采样电路与驱动电路连接，用来采集电机带载运行的电 流值，通过低通滤波放大成一个较稳定的电压，向单片机麵出采样电压值； 单片机通过AD口监视电压，用以确定电机运行状态，从而确定电机某一时刻 是否运行，是否受阻力，受多大的阻力，从而确认是否满足防夹程序的条件。
上述电机运行电流采样电路包括
由运放U6A构成一个电流采样电路。采样电阻将电机输出A路带载运行 的电流值转换成微小电压值，采样电路将此微小电压值放大后通过输出端AD2 与单片机AD采样口连接，用于监视电机运行状态，是否受阻力，受多大阻力。
由运放U7A构成一个电流采样电路。采样电阻将电机输出B路带载运行 的电流值转换成微小电压值，采样电路将此微小电压值放大后通过输出端AD1 与单片机AD采样口连接，用于监视电机运行状态，是否受阻力，受多大阻力。
上述电流纹波检测电路包括
电机运行电流经过采样电阻采样后，通过运放U6B组成的电流纹波采样 电路输出幅值较大的与纹波同频的波形，通过由运放U7D构成比较电路，输 出方波信号WAVE A; WAVE A送到单片机作为电机运行位移检测信号。
电机运行电流经过采样电阻采样后，通过运放U7B组成的电流纹波采样 电路输出幅值较大的与纹波同频的波形，通过由运放U6D构成比较电路，输 出方波信号WAVE B; WAVE B送到单片机作为电机运行位移检测信号。
上述电机驱动电路包括
由三极管Q3接收来自单片机的电机驱动信号IN—.WA，驱动继电器JD1的 线包，继而将电机输出A与R32相连接，驱动车窗电机运行(上升和下降方
向自定)；二极管D7为继电器关闭时线包释放电流提供通路。
由三极管Q2接收来自单片机的电机驱动信号JN..WB，驱动继电器JD1的
线包，继而将电机输出B与R31相连接，驱动车窗电机运行(上升和下降方
向自定)；二极管D6为继电器关闭时线包释放电流提供通路。
本实用新型汽车电动车窗控制装置，由于釆用上述技术方案，因此，解
决了汽车车窗的防夹问题，取得了如下的有益效果
1. 对车窗电机没有要求，不需要电机和^制器安装组合供应。
2. 不需要安幾额外的到顶位置开关和传感器等。
3. 由于安装位置不再受到限制，有利于和其它功能部件集成而降低成本。
4. 安装简便，功能组合不受限制，可运用在多种场合；可以单一产品应 用，也可以和其它组合功能应用，如果需要也可以和电机组合成单一机电一 体化产品。


图1是框图，表示本实用新型汽车电动车窗控制装置的主要结构(电源 部分省略)；
图2是电机运行电流采样电路、电流纹波检测电路和电机驱动电路的电 原理图。
具体实施方式
公知的汽车电动车窗控制电机(有刷电机)的闭环控制往往使用传感器， 为了摆脱闭环控制对传感器的依赖，我们根据驱动电机运动的电流中存在的 交流成分，设计了电流纹波检测系统，用以取代传感器测量电动机转动的功 能。通过电流纹波的检测可以充分的监控电机运行的状态和过程。
以下结合附图说明本实用新型的优选实施例。
图1是框图，表示本实用新型汽车电动车窗控制装置的结构；如图1的
实施例所示，该装置包括
输入采样电路用于采集输入控制开关输入的控制信号，传送给单片机。 单片机用于对输入的控制信号和其它电路反馈的采样信号进行处理； 输出驱动信号，用于控制车窗驱动电机运行。单片机中设置有动态和静态学 习程序，即对车窗正常运行状态进行参数标定存储，在整个车窗运行中，进
行参数比较，以确定非正常的防夹状态。本实用新型实施例中，釆用ST72334J2 单片机。
电辑驱动电路与车窗驱动电机连接，接收来自单片机输出的彈动信号， 用以控制车窗的升降动作；驱动信号为单片机用于控制车窗电机的输出信 号IILWA;单片机用以控制车窗电机的输出信号DLWB。
电流纹波检测电路与驱动电机连接，这是一个带通滤波放大电路，用
于检测驱动电机上运行电流中夹杂的微小纹波，通过带通滤波去除电机电流 的直流成分，再将纹波放大成与电机转动频率关系固定的方波，向单片机输 出脉冲信号。单片机通过检测脉冲信号方波的个数(实质是检测纹波的个数) 获得电机运行的位移，从而确认是否满足防夹程序的条件。 一旦满足了防夹 程序的条件，则进入防夹处理，这时控制器将驱动车窗下降一定距离
(10mm-40mm)。
电机运行电流采样电路与驱动电机连接，用来采集电机带载运行的电 流值，通过低通滤波放大成一个较稳定的电压，向单片机输出采样电压值； 单片机通过AD 口监视电压，用以确定电机运行状态，从而确定电机某一时刻 是否运行，是否受阻力，受多大的阻力，从而确认是否满足防夹程序的条件。
图2是本实用新型的一个实施例，即上述电机运行电流采样电路、电流 纹波检测电路和电机驱动电路的电原理图。
如图2的实施例所示，电机运行电流采样电路包括
由运放U6A构成一个电流采样电路。采样电阻将电机输出A路带载运行 的电流值转换成微小电压值，采样电路将此微小电压值放大后通过输出端AD2
与单片机AD采样口连接，用于-监视电机运行状态，是否受阻力，受多大阻力。 由运放U7A构成一个电流采样电路。采样电阻将电机输出B路带载运行 的电流值转换成微小电压值，采样电路将此微小电压值放大后通过输出端AD1 与单片机AD采样口连接，用于监视电机运行状态，是否受阻力，受多大阻力。 电流纹波检测电路包括-
电机运行电流经过采样电阻采样后，通过运放U6B组成的电流纹波釆样 电路输出幅值较大的与纹缺同频的波形，通过由运放U7D构成比较电路，输 出方波信号'WAVE A; WAVE A送到单片机作为电机运行位f检测信号。
电机运行电流经过采样电阻采样后，通过运放U7B组成的电流纹波采样 电路输出幅值较大的与纹波同频的波形，通过由运放U6D构成比较电路，输 出方波信号WAVE B; WAVE B送到单片机作为电机运行位移检测信号。
电机驱动电路包括
由三极管Q3接收来自单片机的电机驱动信号IN_WA，驱动继电器JD1的 线包，继而将电机输出A与R32相连接，驱动车窗电机运行(上升下降方向 可以自定义)；二极管D7为继电器关闭时线包释放电流提供通路。
由三极管Q2接收来自单片机的电机驱动信号IN一WB，驱动继电器JD1的 线包，继而将电机输出B与R31相连接，驱动电机输出B，驱动车窗电机运行 (上升下降方向可以自定义)；二极管D6为继电器关闭时线包释放电^[提供 通路。
下面具体介绍纹波检测实现
单片机根据输入按键的开关量输出驱动控制信号IN_WA和IN—WB，假设某 一时刻IN—WA = 1, IN_,WB : 0，电机正转驱动车窗上升，Q3饱和导通，Q2截 止，则继电器开关JD1-10和JDl-8吸合，驱动电流流过釆样电阻R32，以电 压的形式反映电机的运行状态， 一方面经过U6A驱动部分的采样电压被线性 放大为AD2， AD2表征电机驱动电流的大小，其大小值可以反映车窗所受到的 阻力；另一方面，该信号中的交流纹波部分通过U6B部分两次带通滤波放大
后，再由U7D波形整形成脉冲方波输出WAVE—.A，这样脉冲方波的个数就可以用 来反映电机驱动车窗运行的位移，我们就可以知道车窗具体运行在什么位置， 从而进入防夹的条件l:车窗运行位移S 〈 S—ave -AS—ave就可以判断了。 当IN_WA = 0, IN—WB = 1时候，检测过程是相同的，最终该部分处理输出驱 动电机电流值和脉冲方波。
下面进一步对本实用新型的；作原理和工作过程进行描述。
车窗电动机柚轴是由铜线缠绕而成特定结构，由于这一负载的特殊性，— 当'驱动电机转动时，电刷固定，但是驱动电流由.于负载结构转动的变化，导 致电流微小的波动变化，如果我们可以把产生的纹波滤出放大并且整形，那 么这一波形将反映出电机内部转动情况，那么电机检测功能就可以达到。所 以我们设计一组放大滤波电路对电机信号进行处理，然后整形为脉冲方波， 记录的方波数表征电机转数，从而可以知道电机运行的位移。
通过电流纹波检测方法我们可以得知电机运行的转数，转速和受阻力； 从而我们的防夹装置可以同使用传感器或机械开关一样达到防夹的功能。
本方法使电机闭环控制系统完全脱离了外部传感器约束限制，扩大了电 机的应用范围，节约了电机控制在外部安装的成本，为电机的应用扩展了空 间。
电动车窗控制策略及其内容
整个电动车窗控制策略具体体现在以下三个方面 开关控制内容
点动上升当车窗上升控制按键按下时间大于50ms而小于500ms (50ms 的设置是为了防止按键误动作)，在没有受到阻力的情况下，车窗自动上升到 上止位；如果车窗还没有运行到上止位时受到设置阻力则进入防夹程序，车 窗将自动下降到下止位。
点动下降当车窗下降控制按键按下时间大于50ms而小于500ms，在没
有受到阻力的情况下，车窗自动下降到下止位；如果受到所设置大小阻力则
停止运行。
跟动上升当车窗上升控制按键按下，车窗跟随上升，直到按键放开或 者运行到上止位。这里为了防止主动强制入侵，这一过程受阻不进入防夹程 序，受到阻力后，控制者自行释放按键则车窗停止运行。
跟动下降当车窗下降控制按键按下，车窗跟随下降，直到按键放开或 者运行到下止位。
学习存储内容-
由于每一辆车的车窗必须和控制举配套使用，控制器要能和不同型号的 电机匹配，电机驱动的负载也各不相同，就同一种型号的电机，由于生产安 装的差异性以及气候天气的变化，玻璃举升器受到的摩擦阻力各有差异，必 须通过学习记录下电机运行上止位和下止位的位移和运行过程中的驱动电流 值。并且存储下来，作为以后运行的参考设置数据。
1、 静态学习存储
学习键设置由于增加额外的学习键必然导致成本的增加，从而学习键 使用上升下降的组合，我们定义学习键为在5S内按键变化是上升-下降-上 升-下降-上升-下降的过程
进入学习过程
一旦学习条件满足进入学习程序，这一过程控制器将驱动车窗升降两次， 控制器处理得到上止位和下止位的平均位移S—ave和位移误差AS——ave和平均 运行驱动电流I—ave。并且控制器存储这些数据，存储后的数据依次记录为 S—ref、 AS—ref、 I—ref以便以后读取参考比较。
2、 动态学习存储
动态学习不需要外部按键触发，它可以认为是动态长期运行时对静态学 习存储数据的矫正，由于对于某一车窗，它的出厂静态设置所处的环境和以 后客户使用的环境是存在差异的，由摩擦力变化导致的驱动负载变化而引起 的参考数据的变化，因此我们需要去更新这些存储数据。
防夹内容
进入防夹程序的条件
1、处于点动触发的电动上升过程中，没有达到上止位，此时的位移S〈
S_ave -AS—ave，且处于从离电动窗顶端4mm到200nim的区域。
2 、受到阻力，阻力大小表现为电流值的大小，这一防夹电流的门槛值 I—th == a I—rbf， a为比例系数，且I—th小于100牛顿的实际向下阻力产 生的电流值。
3、多次采集处理电流这一数据保证一定时间内确实存在受阻，这一时间 10ms〈t〈25ms，出于对电机的保护，时间设置不宜过长。 防夹处理过程
一旦满足了防夹程序的条件，则进入防夹处理，这时控制器将驱动车窗 下降一定距离(10mm-40mm)。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型的汽车电动车窗控制装置进 行各种改动和变形而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若这些修改 和变形属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也 意图包含这些改动和变形在内。
权利要求1、一种汽车电动车窗控制装置，其特征在于防夹采用纹波检测方法，该装置包括输入采样电路用于采集输入控制开关输入的控制信号，传送给单片机；单片机用于对输入的控制信号和其它电路反馈的采样信号进行处理；输出驱动信号，用于控制车窗驱动电机运行；单片机中设置有动态和静态学习程序，对车窗正常运行状态进行参数标定存储，在整个车窗运行中，进行参数比较，以确定非正常的防夹状态；电机驱动电路与车窗驱动电机连接，接收来自单片机输出的驱动信号，用以控制车窗的升降动作；驱动信号为单片机用于控制车窗电机的输出信号IN_WA；单片机用以控制车窗电机的输出信号IN_WB；电流纹波检测电路与驱动电机连接，用于检测驱动电机上运行电流中夹杂的微小纹波，通过带通滤波去除电机电流的直流成分，再将纹波放大成与电机转动频率关系固定的方波，向单片机输出脉冲信号；单片机通过检测脉冲信号方波的个数获得电机运行的位移，从而确认是否满足防夹程序的条件；一旦满足了防夹程序的条件，则进入防夹处理，将驱动车窗下降一定距离(10mm-40mm)；电机运行电流采样电路与驱动电机连接，用来采集电机带载运行的电流值，通过低通滤波放大成一个较稳定的电压，向单片机输出采样电压值；单片机通过AD口监视电压，用以确定电机运行状态，从而判断是否满足防夹程序的条件；一旦满足了防夹程序的条件，则进入防夹处理，将驱动车窗下降一定距离(10mm-40mm)。
2、 如权利要求l所述的汽车电动车窗控制装置，其特征在于所述的电机运行电流采样电路包括由运放U6A构成一个电流采样电路；采样电阻将电机输出A路带载运行 的电流值转换成微小电压值，釆样电路将此微小电压值放大后通过输出端AD2与单片机AD采样口连接，用于监视电机运行状态，是否受阻力，受多大阻力； 由运放U7A构成一个电流采样电路；采样电阻将电机输出B路带载运行 的电流值转换成微小电压值，采样电路将此微小电压值放大后通过输出端AD1 与单片机AD采样口连接，用于监视电机运行状态，是否受阻力，受多大阻力。
3、 如权利要求l所述的汽车电动车窗控制装置，其特征在于所述的电流纹波检测电路包括电机运行电流经过采样电阻采样后，通过运放U6B组成的电流纹波采样 电路输出幅值较大的与纹波同频的波形，通过由运放U7D构成比较电路，输 出方波信号WAVE A; WAVE A送到单片机作为电机运行位移检测信号；电机运行电流经过采样电阻采样后，通过运放U7B组成的电流纹波采样 电路输出幅值较大的与纹波同频的波形，逋过由运放U6D构成比较电路，输 出方波信号WAVE B; WAVE B送到单片机作为电机运行位移检测信号。
4、 如权利要求l所述的汽车电动车窗控制装置，其特征在于所述的电机驱动电路包括由三极管Q3接收来自单片机的电机驱动信号IN_WA，驱动继电器JD1的 线包，继而将电机输出A与R32相连接，驱动车窗电机运行(上升和下降方 向自定)；由二极管D7为继电器关闭时线包释放电流提供通路；由三极管Q2接收来自单片机的电机驱动信号IN—WB，驱动继电器JD1的 线包，继而将电机输出B与R31相连接，驱动车窗电机运行(上升和下降方 向自定)；由二极管D6为继电器关闭时线包释放电流提供通路。
专利摘要本实用新型涉及汽车电动车窗控制装置，包括输入采样电路采集输入控制开关的控制信号；单片机对输入的控制信号和其它电路反馈的采样信号进行比较处理；电机驱动电路接收来自单片机输出的驱动信号，用以控制车窗的升降动作；电流纹波检测电路用于检测驱动电机上运行电流中夹杂的微小纹波；电机运行电流采样电路用来采集电机带载运行的电流值；单片机通过上述两个电路的反馈信号，确认是否满足防夹程序的条件，控制电机驱动电路。本实用新型解决了汽车车窗的防夹问题，取得了成本低、结构简单、性能可靠、安装简便等有益效果。
文档编号E05F15/20GK201202350SQ20082005897
公开日2009年3月4日 申请日期2008年5月26日 优先权日2008年5月26日
发明者乐成彦, 威 刘, 刘继阳, 千应庆, 波 梁 申请人:上海电控研究所