一种基于纹波电机的汽车防夹车窗系统的制作方法

本实用新型涉及汽车电子控制领域，尤其是一种基于纹波电机的汽车防夹车窗系统。

背景技术：

随着我国经济的迅速发展以及人民生活水平的不断提高，我国普通家庭以及单位的车辆保有量不断上升。人们在享受汽车带来的便捷的同时，更多的考虑到车辆的舒适性和安全性。在车身组成的众多零部件中，车窗便是重要的组成之一，而具有防夹功能的车床已应用于汽车上。

目前，汽车防夹车窗的防夹功能检测技术有红外传感器式、压力传感器式、霍尔传感器式。红外传感器式检测技术是利用红外光检测有无异物在车窗移动范围内，通过控制单元发出指令让车窗电机停转或反转带动车窗玻璃的停止或反转从而实现了防夹功能。压力传感器式检测技术是将压力传感器置于车窗上边框内，当车窗上升过程中夹到物体时，压力传感器反馈触发信号，通过控制单元发出指令让车窗电机停转或反转带动车窗玻璃的停止或反转从而实现了防夹功能。霍尔传感器式检测技术利用霍尔元件来监测车窗的运动位置，当运动中的车窗受到横向或正向压力时，它会给车窗电机带来大的负载，当霍尔元件感应的脉冲宽度达一定程度时，控制单元判定车窗在上升过程中遇到了阻力，并通过控制单元发出指令让车窗电机停转或反转带动车窗玻璃的停止或反转从而实现了防夹功能。以上的防夹检测技术或研究存在以下弊端：(红外传感器式检测技术对天气环境要求较高，在恶劣的气候条件(大雨、浓雾和灰尘)下会严重影响到红外光源的性能，在这些极端情况下，红外系统很难保证正常工作；压力传感器式检测技术的弊端在于成本高且容易误触发；霍尔传感器式检测技术对于检测硬度大的物体效果较好，对于检测硬度小的物体效果不理想。

此外，现有的防夹车窗系统还存在以下弊端：(1)车窗玻璃在完全关闭时因速度过快会与车窗边框碰撞产生撞击声；(2)玻璃升降器系统缺少报警装置，即当发生车窗玻璃夹到物体或发生故障时，玻璃升降器系统无法通知用户车窗的运行状态。

技术实现要素：

本实用新型要解决上述现有技术的缺点，提供一种基于纹波电机的汽车防夹车窗系统，旨在降低汽车防夹车窗系统的成本，并提高汽车防夹车窗系统的安全性及可靠性。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案：这种基于纹波电机的汽车防夹车窗系统，包括供电电源、开关输入单元、车窗控制单元、车窗驱动单元、总线通信单元，车窗控制单元包括MCU模块、与MCU模块连接的车窗电机驱动电路、车窗电机电流检测电路、纹波信号处理电路、蜂鸣器驱动电路，其中车窗电机驱动电路与车窗驱动单元连接，车窗电机电流检测电路分别与车窗驱动单元、纹波信号处理电路连接，蜂鸣器驱动电路与报警装置连接。

所述供电电源为车身电瓶，开关输入单元为三档或五档式机械复位开关，车窗驱动单元包括车窗电机、车窗驱动机构，总线单元为LIN总线或CAN总线，报警装置包括蜂鸣器。

所述车窗电机驱动电路包括场效晶体管MOSFET和继电器Relay，场效晶体管MOSFET的栅极与MCU模块的脉宽调制信号输出引脚连接，场效晶体管MOSFET的源极接地，场效晶体管MOSFET的漏极与车窗电机的电源负接线端连接，车窗电机的电源正接线端与继电器Relay的公共端连接，继电器Relay的常开端连接12V电压，继电器Relay的常闭端接地。

所述车窗电机电流检测电路包括一个精密电阻R5与车窗电机串联，并通过放大器U1与MCU模块的A/D转换口连接。

所述纹波信号处理电路包括R9和C1构成的RC滤波器，上述RC滤波器通过U2比较器与MCU模块连接。

所述蜂鸣器驱动电路包括电阻R14、三极管Q1，电阻R14的一端与MCU模块的报警提示控制信号输出引脚连接，电阻R14的另一端与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极连接蜂鸣器的电源负接线端，蜂鸣器的电源正接线端连接5V电源。

当用户操作车窗控制开关时，车窗控制单元检测到用户操作车窗按键后，首先对开关信号的有效性进行检测，同时通过LIN总线或CAN总线与车身网络通信获取车辆状态信息，并根据车辆状态信息判断是否满足车窗作动条件逻辑判断，在满足作动条件的情况下，车窗控制单元发送指令驱动车窗电机正转或反转控制车窗驱动机构上升或下降，从而实现车窗的上升或下降。车窗驱动电机转动会产生纹波电流，车窗控制单元内部的纹波信号处理电路将车窗电机的电流信号转换成脉冲信号，车窗控制单元根据脉冲信号个数对车窗位置进行监测。当车窗在自动上升过程中遇到障碍物，脉冲信号的宽度会变长且车窗驱动电机的电流会变大，车窗控制单元会根据车窗驱动电机脉冲信号的宽度及电机电流的大小判断是否有物体夹住，如在防夹区域内有物体夹住，车窗控制单元控制车窗电机反转实现防夹功能，同时报警装置发出提示音通知用户车窗的运行状态。当车窗达到全闭位置附近时，车窗控制单元采用PWM控制降低车窗电机的端子电压从而减慢电机转速，实现车窗缓慢关闭，降低因车窗关闭速度过快与车窗边框产生撞击声。

实用新型有益的效果是：一、通过LIN总线或CAN总线与车身网络通信及时获取车身信息，用于车窗作动条件的判断，提高了车窗作动的合理性；二、通过报警提示装置，及时通知用户车窗的运行状态，提高了车窗操作的安全性；三、采用PWM控制，可以有效的降低车窗玻璃与车窗边框的撞击声，提高了汽车的舒适性；四、车窗驱动电机中无霍尔传感器，降低了车窗驱动电机的成本；五、车窗控制单元通过车窗驱动电机的纹波脉冲信号宽度及电机电流大小来判断车窗上升过程中是否有障碍物，提高了车窗系统的安全性。

附图说明

图1为本实用新型的汽车防夹车窗系统架构框图；

图2为本实用新型的车窗电机驱动电路的示意图；

图3为本实用新型的车窗电机电流检测示意图；

图4为本实用新型的纹波信号处理电路示意图本；

图5为实用新型的蜂鸣器驱动电路示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

实施例：

参见图1，一种基于纹波电机的汽车防夹车窗系统，主要包括供电电源、开关输入单元、车窗控制单元、车窗驱动单元、总线通信单元。其中供电电源为车身电瓶；开关输入单元为三档或五档式机械复位开关；车窗控制单元包括MCU模块、车窗电机驱动电路、车窗电机电流检测电路、纹波信号处理电路、蜂鸣器驱动电路；车窗驱动单元包括车窗电机、车窗驱动机构；总线单元为LIN总线或CAN总线。

所述开关输入单元为三档或五档式机械复位开关。以图1中给出的五档式开关为例，当用户不操作开关时，Up档开关、Auto档开关及Down档开关为处于断开状态，车窗控制单元不控制车窗驱动电机运行；当用户操作开关且仅Up档开关触发时，车窗控制单元将控制车窗驱动电机运行时车窗电动上升，若用于松开开关，车窗驱动电机将停止运行；当用户操作开关且Up档开关和Auto档开关触发时，车窗控制单元将控制车窗驱动电机运行时车窗电动上升，若用于松开开关，车窗驱动电机将继续运行，使车窗自动上升；当用户操作开关且仅Down档开关触发时，车窗控制单元将控制车窗驱动电机运行时车窗电动下降，若用于松开开关，车窗驱动电机将停止运行；当用户操作开关且Down档开关和Auto档开关触发时，车窗控制单元将控制车窗驱动电机运行时车窗电动下降，若用于松开开关，车窗驱动电机将继续运行，使车窗自动下降。

所述总线通信单元为LIN总线或CAN总线与车身BCM或车身其他电控单元通信，获取车辆的状态信息。当用户操作车窗开关时，车窗控制单元根据获取的车辆状态信息判断车窗是否满足作动条件。

所述车窗驱动单元包括车窗电机及车窗驱动机构，当车窗控制单元检测到车窗开关按键触发后，在满足车窗作动条件的情况下，车窗控制单元控制发送指令驱动车窗电机正转或反转控制车窗驱动机构上升或下降，从而实现车窗的上升或下降。车窗控制单元包括驱动电机驱动电路，为降低因车窗关闭速度过快与车窗边框产生撞击声，车窗控制单元采用PWM控制通过改变车窗控制单元输出的占空比改变车窗电机驱动电路的通断时间，从而改变电机端子的平均电压。当车窗电机端子的平均电压降低后，车窗电机的转速减慢，从而实现车窗缓慢关闭。参见图2，所述电机驱动电路包括场效晶体管MOSFET和继电器Relay，所述场效晶体管MOSFET的栅极与车窗控制单元的脉宽调制信号输出引脚连接，所述场效晶体管MOSFET的源极接地，所述场效晶体管MOSFET的漏极与车窗电机的电源负接线端连接，车窗电机的电源正接线端与继电器Relay的公共端连接，所述继电器Relay的常开端连接12V电压，所述继电器Relay的常闭端接地。

图3为车窗驱动电机电流检测电路示意图，一个精密电阻R5与车窗电机串联，检测电路通过检测精密电阻的电压并通过放大器U1进行同向电压放大，U1的输出端连接MCU模块的A/D转换口，MCU模块根据所得的电压除以精密电阻的阻值即可得到流经电阻的电流值。所述车窗驱动电机转动会产生纹波电流，车窗控制单元内部的纹波信号处理电路将车窗电机的电流信号转换成脉冲信号，车窗控制单元根据脉冲信号个数对车窗位置进行监测。图4为纹波信号处理电路示意图，R9和C1构成RC滤波器用于滤除车窗驱动电机电流中的交流成分，然后再经过U2比较器将电机纹波信号变换成脉冲信号。车窗运行过程中，车窗控制单元同时检测车窗驱动电机电流和脉冲信号，并根据脉冲信号个数对车窗位置进行监测。当车窗在上升过程中遇到障碍物时，因障碍物作用施加到车窗电机的负载变大，电机的转速会变慢且电机的运行电流变大且脉冲信号的宽度会变宽，当脉冲宽度或车窗电机电流超过所设阈值时，车窗控制单元控制发送指令驱动车窗驱动单元电机反转控制车窗下降实现防夹功能。

所述车窗控制单元还包括蜂鸣器驱动电路，用户操作车窗开关时若不满足车窗作动条件或车窗在上升过程中遇到障碍物发生反转或车窗系统发生故障时，所述MCU模块输出报警提示控制信号给蜂鸣器驱动电路，控制报警装置发出提示音，通知用户车窗的运行状态。所述报警装置为蜂鸣器。参见图5，所述报警装置控制电路包括电阻R14、三极管Q1，所述电阻R14的一端与MCU模块的报警提示控制信号输出引脚连接，所述电阻R14的另一端与三极管Q1的基极连接，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的集电极连接蜂鸣器的电源负接线端，蜂鸣器的电源正接线端连接5V电源。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。