一种车窗防夹检测系统及检测方法与流程

本发明涉及车辆控制，尤其涉及一种车窗防夹检测系统及检测方法。

背景技术：

随着科学技术的不断发展，人们物质生活水平的不断提高，汽车这一高端科学集成物也走进了千家万户，方便了人们的日常生活，降低了人们的出行难度，但也随之带来了很多安全问题。如电动车窗越来越广泛地被运用于近代汽车领域，虽然区别于传统手柄摇动方式使车窗上升或下降，电动车窗的运用，减轻了驾驶员和乘客的劳动强度，提高了驾驶和乘坐的舒适性；但由于电动车窗的上升速度较快，很容易造成乘客夹伤或者物品夹坏等问题。因此，就需要电动车窗有一定的防夹功能，即在电动车窗上升的过程中，如果遇到障碍物的阻挡，车窗能够马上停止上升，迅速下降，从而减小事故造成的损害，或者说避免事故的发生。

在这样的背景下，电动车窗防夹功能模块得到了推广应用，同时也相应的制定了相关技术标准。如图1所示，为目前常用的车窗防夹模块的工作示意图。图1所示步骤中，电动车窗防夹功能的好坏是由霍尔传感器的精度直接决定的。而霍尔传感器的精度主要由两方面构成：

1)满量程计数个数，也就是说对车窗整个运动过程的细分，判断车窗位置的精确性，计数个数越多，测量越为精确，相应的，计数个数越少，精确度也就越差；

2)霍尔传感器脉冲宽度变化精度，即是对障碍物阻碍力大小的测量，变化精度越高，车窗防夹功能也就越容易触发，从来带来很多误判，如车身颠簸，路况差等环境。如果变化精度越低，功能触发也就越为困难，可能造成不可估量的后果。

因此，基于上述以霍尔传感器为基础的车窗防夹模块的使用所带来的许多问题，亟需一种可摒弃高成本的霍尔传感器的车窗防夹系统，在保证触发精度的同时，可避免误判的情况发生。

技术实现要素：

为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种一种车窗防夹检测系统及检测方法，通过取消霍尔传感器的使用，避免了霍尔传感器本身检测所带来的测量误差，提高了车身防夹的准确度。

本发明公开了一种车窗防夹检测系统，用于防止车窗夹持障碍物，包括：检测模块，检测外部触发指令并转发；车身控制模块，接收所述外部触发指令，以形成控制指令并驱动一电机提升车窗的位置，所述车窗防夹检测系统还包括：电流采样模块，与所述电机连接，对所述电机的电流采样；信号处理模块，接收所述电流采样模块形成的采样电流信号，并对所述采样电流信号进行小波变换，以形成n层系数，且所述信号处理模块内置有一系数阈值，当所述n层系数中的幅值处于所述系数阈值的区间内时，所述信号处理模块向所述车身控制模块发送告警指令；所述车身控制模块根据所述告警指令，驱动所述电机下降所述车窗的位置。

优选地，所述车窗防夹检测系统还包括：车窗控制模块，与所述车身控制模块连接，接收所述控制指令并驱动所述电机。

优选地，所述车窗防夹检测系统还包括：滤波模块，通信连接于所述电流采样模块与信号处理模块间，对所述采样电流信号滤波，并形成滤波后的采样电流信号。

优选地，信号处理模块包括：分解与重构单元，基于一小波函数与所述采样电流信号卷积，形成所述n层系数；特征提取单元，于所述n层系数中提取信号奇异点，以于所述奇异点处形成与所述系数阈值比较的幅值。

优选地，所述n≥2，最优选地，所述n＝5。

优选地，所述小波函数为morlet小波或maar小波。

优选地，所述信号处理模块配置为：当所述n层系数中的幅值大于所述系数阈值的区间时，向所述车身控制模块发送终止指令；所述车身控制模块根据所述终止指令停止驱动所述电机。

本发明还公开了一种车窗防夹检测方法，包括以下步骤：

s1：检测外部触发指令并下发；

s2：接收所述外部触发指令，并形成控制指令以驱动电机提升车窗的位置；

s3：对所述电机的电流采样；

s4：接收采样电流信号，并对所述采样电流信号进行小波变换，以形成n层系数；

s5：将所述n层系数与预设的系数阈值比较，当所述n层系数中的幅值处于所述系数阈值的区间内时，发送告警指令至车身控制模块；

s6：所述车身控制模块根据所述告警指令驱动所述电机下降所述车窗的位置。

优选地，所述s4中，所述小波变换包括以下步骤：

s4-1：将所述采样电流信号定义为f(t)，将小波变换中的小波母函数定义为g(t)；

s4-2：将g(t)求导与所述f(t)分解与重构，形成morlet小波或maar小波。

优选地，所述g(t)为高斯函数。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.取消霍尔传感器，改用高精度的采样电阻对车窗电机电流进行采样，降低了车窗防夹模块的成本；

2.去除霍尔传感器后，不需要针对于特定车型进行特定标定，减少重复研发；

3.取消了霍尔传感器本身检测所带来的测量误差，提高了车身防夹的准确度。

4.车窗防夹检测系统的体积更小，方便各种车型安装，同时也减小了机械成本。

附图说明

图1为现有技术中车窗防夹检测方法的流程示意图；

图2为符合本发明一优选实施例中车窗防夹检测方法的流程示意图；

图3为符合本发明一优选实施例中电机正常运行时采样电流信号示意图；

图4为符合本发明一优选实施例中电机正常运行时小波变换后采样电流信号的各层系数示意图；

图5为符合本发明一优选实施例中车窗遇到障碍物时采样电流信号示意图；

图6为符合本发明一优选实施例中车窗遇到障碍物时小波变换后采样电流信号的各层系数示意图；

图7为符合本发明一优选实施例中电机堵转时采样电流信号示意图；

图8为符合本发明一优选实施例中电机堵转时小波变换后采样电流信号的各层系数示意图；

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。

该实施例中，车窗防夹检测系统由以下组件构成：

-检测模块

使用者对车辆进行操作，按下或发出需要上升车窗的指令时，检测模块将上述指令视为检测到车窗上升命令触发，形成指令后将转发该触发信号。

-车身控制模块bcm

与检测模块通信连接，连接方式如can-bus、lin-bus等，并自检测模块处接收外部触发指令。车身控制模块bcm根据该触发信号，可确定使用者上升车窗的意向，并形成控制指令驱动车辆的电机运作，以开始提升车窗的位置。

-电流采样模块

电机在运作时，流过其内部的电流将影响电机的上升速度。因此在本实施例的车窗防夹检测系统中，与电机电连接有电流采样模块，实时地对流过电机的电流进行采样，以确定任意时刻下电机电流的大小。

-信号处理模块

信号处理模块与电流采样模块连接，接收对电机的采样电流信号，该采样电流信号反映了电机上升的速度及驱动上升的驱动力大小。信号处理模块对采样电流信号进行小波变换，具体地，小波变换的应用是基于信号的双通道分解及其级联。在对信号的采样满足香农定理shannon时，会假设其数字频率在0～+π。将此信号x[n]分别通过一个理想低通滤波器h和一个理想高通滤波器g，那么信号的频谱被分解成了的低频部分和的高频部分。低频部分可以认为是信号的平滑部分，也可以理解为信号的概貌，从函数角度看，它是对x[n]的逼近；而高频部分可以认为是信号的细节部分。此处理后的两路输出信号的频带不交叠，两路信号是正交的，即双通道分解处理。经过滤波器h或g后，由于输出信号的带宽均减为x[n]带宽的1/2，采样率降低为原信号x[n]采样率的1/2而不会丢失信息。为了减少以变换后的数据量，在滤波后需要进行下抽样。下抽样指的是将输入序列每隔一个位置取值一次，组成长度缩短1/2的新序列。

将上述双通道分解处理视为一级处理模块，那么可以将多级处理模块进行级联，将上一级分解后的低频部分作为下一级的输入经过g和h进行再分解，每一个g和h后都进行二抽取操作。

一般而言，信号的精细结构和突变部分主要有高频成分起作用，为了体现小波变换的时间局部化分析，需在高频细节部分时间细分，因而只对每一层的低频部分进行再分解，没有在高频上进行级联分解。

采样电流信号经小波变换多级分解后，形成了多级、即n层系数，每层系数均为低频部分和高频部分提取后的结果。为了对上述提取结果的利用，在信号处理模块内预设有一系数阈值，作为提取的n层系数中的幅值的比较对象，当n层系数中的上下限幅值处于系数阈值的区间内时，信号处理模块根据该信息判断车窗在上升过程中产生了异动，该异动有可能是由于夹住了某物体而产生的，依据此信息，信号处理模块箱车身控制模块发送一告警指令，使得车身控制模块根据该告警指令发送驱动指令至一车窗控制模块，车窗控制模块将根据控制指令驱动电机，电机进而下降车窗的位置。

通过对采样电流的小波变换，将车窗夹到异物时造成的电流瞬间升高转化为提取的特征系数，当特征系数存在奇异点时，该奇异点即为电流过大的反馈。一般车窗在上升过程中电流过大的情况均由夹到异物所造成的，因此，通过上述配置，可起到车窗防夹的功能。

在电流采样模块与信号处理模块间，还设有一滤波模块，对采样电流信号滤波，以加强小波变换后奇异点的提取精确度。

在一优选实施例中，信号与处理模块包括有：

-分解与重构单元

采样电流信号于该分解与重构单元内，基于小波函数与采样电流信号的卷积，形成上述n层系数。具体地，分解与重构单元具有对采样电流信号分解与重构的作用，其基于小波函数为morlet小波或maar小波及其他必要理论：

根据多分辨率理论，得出结论：

其中，pjf(t):f(t)在vj中的投影，是f(t)在分辨率j下的平滑逼近。xn^(j):线性组合的权重,也就是f(t)在分辨率j下的平滑逼近的概貌。φjn(t):离散后的正交小波基

当j＝0时，

由于

因为d1f(t)与φ1k(t)正交，所以<d0f(t),φ1k(t)>＝0,所以

其中

〈φ0n(t),φ1k(t)>＝h0(n-2k)

代入(2)得

注：为离散平滑逼近，类似还可以得到

注：为离散细节信号即小波信号

从设计滤波器的角度考虑，设

经过下抽样后，得

将(5)式代入上式，得

类似还可以得到

注：(6)(7)式表现了由v0到v1，w1的分解。

其中分解系数为

〈φ1n(t),φ2k(t)>＝<φ0n(t),φ1k(t)〉＝h0(n-2k)

这样可以逐级引申，对做由v1到v2，w2的分解，得到和再对做由v2到v3，w3的分解，得到和，……，对由vj到vj+1，wj+1的分解，所需的电路结构不变，且滤波器的系数仍为h0(-k＝h′0(k)，h1(-k)＝h′1(k)，从而可以重复推演下去。

用类似的思路，可以逆推重构过程，由上可知

所以

又

因此

由信号分解中相同的证明，我们可以得到

<φjk(t),φj-1,n(t)〉＝〈φ1k(t),φ0n(t)>＝h0(n-2k)

所以

(10)式反映了相邻两级的反演关系，其中是第j级的离散平滑信号，是第j级的离散细节信号；是由和重构得到的第j-1级离散平滑信号。

这里g0(k)＝<φ10(t),φ0k(t)〉

其中g0(k)、g1(k)与前面的h0(k)、h1(k)一样，为重构系数。

上述便是实现离散快速小波变换的算法，实现了小波变换的多极分解与小波重构。

-特征提取单元

用于于n层系数中提取信号奇异点，在该信号奇异点处形成于系数阈值比较的幅值。

经过小波变换后，系数层数可以是有多层，如2层、3层等，最优选地为5层。分解层数(尺度)越低时，能够更加准确的检测出信号的突变点；分解层数(尺度)越高时，可以清晰地表示出信号的系数大小。因此，在层数为5层时，可同时兼顾信号突变点的位置及信号的系数大小。

鉴于车窗在升高过程中会由于触碰到顶部而同样地造成电机堵转和电机电流过大。因此通过上述情况下的电机电流大于车窗夹住异物时的电流特点，在对采样电流信号分解及提取时，若提取的n层系数中的幅值大于系数阈值的区间时，可认为车窗已到达顶端，遂由信号处理模块向车身控制模块发送终止指令，车身控制模块根据该终止指令停止驱动电机，截止车窗上升。

通过上述任一实施例中的配置，已取消了外接霍尔传感器或者其他类型传感器以完成车窗防夹功能，在研发设计时也无需对特定车型进行单独标定，能够有效的降低成本，提高研发效率。

本发明还提供了一种车窗防夹检测方法，如图2所示，包括有以下步骤：

s1：检测使用者对车窗控制器施加的外部触发指令，并下发至车窗防夹检测系统中；

s2：接收外部触发指令，并基于此外部触发指令形成控制指令，驱动提升车窗的位置。

s3：电机驱动车窗上升过程中，对流过电机的电流进行实时采样。

s4：对采样电流信号进行小波变换，以形成n呈系数。

如图3及图4所示，为电机正常运行、行进过程无障碍物时的采样电流信号及小波变换后的5层系数示意图。自上图中可获知，当电机正常运行时，采样电流信号及小波变换后的5层系数提取值的整体均呈平稳态，无奇异点。

s5：将n乘系数与预设的系数阈值比较，当n层系数中的幅值处于系数阈值的区间内时，发送告警指令至车身控制模块。如该实施例中，系数阈值为±0.3，如图5及图6所示，为电机上升过程中夹住障碍物时采样电流及小波变换后的5层系数示意图。自上图中可获知，当出现障碍物时，采样电流迅速增大，且在电流信号的突然增大处，小波变换后的信号波形出现了奇异点，该奇异点处于上述系数阈值的区间内。通过反向地检测小波变换后的信号的奇异点，可获知电机的上升过程是否具有障碍物阻碍。

s6：车身控制模块根据告警指令驱动电机下降车窗的位置，以避免继续上升夹紧障碍物的现象。

小波变换的方式可采用morlet小波或maar小波为母函数，例如，在上述步骤s4中，小波变换包括以下步骤：

s4-1：将采样电流信号定义为f(t)，将小波变换中的小波母函数定义为g(t)；

s4-2：将g(t)求导与f(t)分解与重构，形成morlet小波或maar小波。，其中g(t)为高斯函数，作为其平滑作用的低通平滑函数，以方便计算，高斯函数的一阶和二阶导数可作小波母函数。

参阅图7及图8，当车窗上升至最高处，与车身触碰时，电机将发生堵转，此时采样电流同样过大，且小波变换后的系数将大于系数阈值，该实施例中为±0.5。因此，通过上述现象，当系数大于系数阈值时，可判断车窗已升至最高处，控制电机停止即可。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。