一种车门的运动保护方法及系统与流程
本发明涉及车辆工程技术领域，更具体地说，涉及一种车门的运动保护方法及系统。
背景技术：
随着机动车辆的不断发展，机动车辆中的各种辅助功能大量涌现，丰富了机动车辆的各项功能。
但这些辅助功能大多为在机动车辆运动过程中辅助驾驶员驾驶的功能，例如车道偏离预警、acc自适应巡航等，应用于机动车辆在静态情况下的辅助功能却寥寥无几。例如，在机动车辆的使用过程中，在具有坡度的路面上停驻是比较常见的场景，当机动车辆停驻在上坡，用户需要关闭车门或者当机动车辆停驻在下坡，用户需要打开车门时，由于路面坡度的存在，机动车辆的车门的重力会存在沿路面斜坡方向的分力，这个分力会使得车门的关闭速度过快或车门的打开速度过快，从而有可能造成车门的损伤。例如车门的关闭速度过快，出现损伤车门和车身的情况或车门打开速度过快撞击到障碍物上或打开至最大角度损伤车门或车身的连接件的情况。
因此，有必要提出一种车辆车门运动过程中的保护方法，以避免机动车辆停驻在具有坡度的路面上进行开关车门操作时，可能出现的上述问题。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明提供了一种车门的运动保护方法及系统，以实现在机动车辆停驻在上坡关门和停驻在下坡开门时，对车辆车门提供保护，以避免车辆车门运动速度过快而受到损伤的目的。
为实现上述技术目的，本发明实施例提供了如下技术方案：
一种车门的运动保护方法，应用于机动车辆的车门运动过程，所述车门的运动保护方法包括：
获取所述机动车辆所在路面的坡度；
获取所述车门的打开角度、所述车门运动过程的角速度和角加速度；
根据获取的所述坡度、所述车门的打开角度、角速度和角加速度，计算所述车门的重力在垂直于所述车门表面方向上的重力分量；
根据计算获得的所述重力分量、所述角速度、角加速度和车门设计参数，计算保护阻力矩，并根据所述保护阻力矩为所述车辆车门提供辅助阻力矩；所述车门设计参数包括：车门等效转动惯量、车门等效阻尼系数和车门质量。
一种车门的运动保护系统，应用于机动车辆的车门运动过程，所述车门的运动保护系统包括：
第一参数获取模块，用于获取所述机动车辆所在路面的坡度；
第二参数获取模块，用于获取所述车门的打开角度、所述车门运动过程的角速度和角加速度；
重力分量计算模块，用于根据获取的所述坡度、所述车门的打开角度、角速度和角加速度，计算所述车门的重力在垂直于所述车门表面方向上的重力分量；
保护力矩提供模块，用于根据计算获得的所述重力分量、所述角速度、角加速度和车门设计参数，计算保护阻力矩，并根据所述保护阻力矩为所述车辆车门提供辅助阻力矩；所述车门设计参数包括：车门等效转动惯量、车门等效阻尼系数和车门质量。
从上述技术方案可以看出，本发明实施例提供了一种车门的运动保护方法及系统，其中，所述车门的运动保护方法根据机动车辆所在路面的坡度以及车门的运动状态，计算保护阻力矩，并根据计算的保护阻力矩为所述车辆车门提供辅助阻力矩，以避免车门运动过快而可能对车门或车身造成损坏的情况出现，并且避免车门过快关闭带来的巨大声响对用户带来不良的使用体验。具体地，所述车门的运动保护方法获取机动车辆所在路面的坡度、车门的打开角度、车门运动过程的角速度和角加速度，并根据获取的参数计算保护阻力矩，实现根据计算的保护阻力矩为所述车辆车门提供辅助阻力矩的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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。
图1为本发明的一个实施例提供的一种车门的运动保护方法的流程示意图；
图2-3为本发明的一个实施例提供的机动车辆停驻场景示意图；
图4为本发明的另一个实施例提供的一种车门的运动保护方法的流程示意图；
图5为本发明的又一个实施例提供的一种车门的运动保护方法的流程示意图；
图6为当车门的运动机构为电撑杆系统时的俯视模型示意图；
图7为当车门的运动机构为铰链系统时的俯视模型示意图；
图8为机动车辆的正视面车门重力分解示意图；
图9为机动车辆的俯视面车门重力分解示意图；
图10为当车门的运动机构为电撑杆系统时的数学模型；
图11为当车门的运动机构为铰链系统时的数学模型。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种车门的运动保护方法，如图1所示，应用于机动车辆的车门运动过程，所述车门的运动保护方法包括：
s101：获取所述机动车辆所在路面的坡度；
s102：获取所述车门的打开角度、所述车门运动过程的角速度和角加速度；
s103：根据获取的所述坡度、所述车门的打开角度、角速度和角加速度，计算所述车门的重力在垂直于所述车门表面方向上的重力分量；
s104：根据计算获得的所述重力分量、所述角速度、角加速度和车门设计参数，计算保护阻力矩，并根据所述保护阻力矩为所述车辆车门提供辅助阻力矩；所述车门设计参数包括：车门等效转动惯量、车门等效阻尼系数和车门质量。
在步骤s101中获取的所述机动车辆所在路面的坡度的取值范围大于或等于0°，当机动车辆所在路面为水平路面时，该路面的坡度为零；在其他情况下，所述机动车辆所在路面的坡度是指，路面所在的平面与水平面之间的夹角。
在步骤s102中，获取的车门打开角度是指车门在打开过程中，从关闭状态到所在位置转动的角度。车门打开角度对于时间的微分即为所述车门运动过程的角速度，角速度对时间的微分即为所述车门运动过程的角加速度。
在步骤s101和s102中获取的各类参数，可以依靠各类传感器获取的参数以及传感器所安装的位置等参数获得。此外，在获取了机动车辆所在路面的坡度之后，还可以通过机动车辆的传感器的当前姿态判断所述机动车辆是处于上坡状态，还是下坡状态。
参考图2和图3，图2中示出了机动车辆停驻在上坡的示意图，从图2中可以看出，机动车辆停驻在上坡是指：机动车辆停驻的路面具有角度不为零的坡度，且机动车辆的车头朝向坡顶；
图3中示出了机动车辆停驻在下坡的示意图，从图3中可以看出，机动车辆停驻在下坡是指：机动车辆停驻的路面具有角度不为零的坡度，且机动车辆的车头朝向坡底。
在图2所示的情景中，当用户开门下车后需要关闭车辆车门时，由于车门的重力具有沿平行于路面，且指向坡底的分量，这个分量会给车门的运动提供加速度，当用户不为车门施加运动的阻力矩甚至为车门施加运动的动力时，车门的运动速度会在该重力分量和用户施加的动力下加速运动，直至关闭，这个过程不仅可能会导致车门的过快关闭，从而对车门和车身造成损害，还可能会对站立在车门运动轨迹上的用户造成伤害。
在图3所示的情景中，当用户在车内需要打开车门时，同样由于车门的重力具有沿平行于路面，且指向坡底的分量，这个分量会给车门的运动提供加速度，如果用户在开门过程中不给车门提供阻力矩，则会导致车门不断加速打开，直至打开至最大角度，这样不仅会在车门连接件阻止车门运动时对车门造成损害，而且车门对于车门连接件的冲击还会导致车门连接件的损坏。
因此，针对图2和图3中所示的应用场景，有必要在适当的情况下，为车门的运动提供辅助阻力矩。
在本实施例中，所述车门的运动保护方法根据机动车辆所在路面的坡度以及车门的运动状态，计算保护阻力矩，并根据计算的保护阻力矩为所述车辆车门提供辅助阻力矩，以避免车门运动过快而可能对车门或车身造成损坏的情况出现，并且避免车门过快关闭带来的巨大声响对用户带来不良的使用体验。具体地，所述车门的运动保护方法获取机动车辆所在路面的坡度、车门的打开角度、车门运动过程的角速度和角加速度，并根据获取的参数计算保护阻力矩，实现根据计算的保护阻力矩为所述车辆车门提供辅助阻力矩的目的。
在上述实施例的基础上，在本发明的另一个实施例中，如图4所示，所述车门的运动保护方法包括：
s201：根据安装于所述机动车辆车身的加速度传感器测得的垂直于所述机动车辆所在路面的重力加速度分量，计算所述机动车辆所在路面的坡度；
s202：根据安装于所述机动车辆车身的角速度传感器测得的垂直于车门方向的加速度分量作为所述车门的角速度；
s203：利用所述角速度除以所述加速度传感器的几何中心到车门轴之间的距离，获得所述车门的角加速度；
s204：根据安装于所述车门的霍尔传感器测量的霍尔信号与所述霍尔传感器的比例系数的乘积，以及所述车门的运动机构参数，计算获得所述车门的打开角度；
s205：根据获取的所述坡度、所述车门的打开角度、角速度和角加速度，计算所述车门的重力在垂直于所述车门表面方向上的重力分量；
s206：根据计算获得的所述重力分量、所述角速度、角加速度和车门设计参数，计算保护阻力矩，并根据所述保护阻力矩为所述车辆车门提供辅助阻力矩；所述车门设计参数包括：车门等效转动惯量、车门等效阻尼系数和车门质量。
在本实施例中，步骤s201提供了一种具体地获取机动车辆所在路面的坡度的方法；步骤s202-204提供了一种具体地获取车门的打开角度、所述车门运动过程的角速度和角加速度的方法。
具体地，在步骤s201中，所述根据安装于所述机动车辆车身的加速度传感器测得的垂直于所述机动车辆所在路面的重力加速度分量，计算所述机动车辆所在路面的坡度包括：
s2011：计算所述加速度传感器测得的垂直于所述机动车辆所在路面的重力加速度分量与参考加速度的重力比值，所述参考加速度为所述加速度传感器在当前安装姿态下，测得的所述机动车辆在水平路面时垂直于水平面的重力加速度；
s2012：利用反三角函数和计算获得的所述重力比值，计算所述机动车辆所在路面的坡度。
在加速度传感器静止的情况，其测量的两个加速度分量之和是重力加速度，当机动车辆处于静止且位于水平路面上时，根据加速度传感器的安装姿态，可以计算出处置与地面的重力加速度分量并作为所述参考加速度。
当机动车辆处于静止且位于具有一定坡度的路面上时，根据计算得出的垂直于路面的重力加速度分量，并计算该重力加速度分量与参考加速度的重力比值，最后将该重力比值代入反余弦函数中，计算得出所述机动车辆所在路面的坡度。
在步骤s202-步骤s203中，首先根据角速度传感器测量的参数，获得车门的角速度；然后即可利用获得的角速度和角速度传感器的安装位置计算车门的角加速度。在步骤s204中，霍尔传感器测量的霍尔信号与所述霍尔传感器的比例系数的乘积，即可表示车门的运动机构转动的角度，然后根据车门的运动机构转动的角度以及车门的运动机构参数，即可计算获得车门的打开角度。
所述车门的运动机构可以是电撑杆系统，还可以是铰链系统。当所述车门的运动机构为电撑杆系统时，电撑杆转动结构的转动会带动电撑杆伸长，根据电撑杆转动结构的转动角度、电撑杆的伸长长度即可计算出车门的打开角度；当所述车门的运动机构为铰链系统时，铰链系统的转动会带动车门的运动，根据铰链系统转动的角度和机械安装位置以及特性即可计算出车门的打开角度。本发明对所述车门的运动机构的具体种类并不做限定，具体视实际情况而定。
在上述实施例的基础上，在本发明的又一个实施例中，如图5所示，所述车门的运动保护方法包括：
s301：获取所述机动车辆所在路面的坡度；
s302：获取所述车门的打开角度、所述车门运动过程的角速度和角加速度；
s303：根据获取的所述坡度、所述车门的打开角度、角速度和角加速度，计算所述车门的重力在垂直于所述车门表面方向上的重力分量；
s304：利用第一预设公式计算保护阻力矩，并在当所述保护阻力矩大于0时，为所述车辆车门提供辅助阻力矩，所述辅助阻力矩的大小等于所述保护阻力矩；在当所述保护阻力矩小于或等于0时，为所述车辆车门提供的辅助阻力矩为零；
所述第一预设公式为：te＝tel+ted其中，tel＝-nel·tl，
在本实施例中，提供了一种根据计算获得的所述重力分量、所述角速度、角加速度和车门设计参数，计算保护阻力矩，并根据所述保护阻力矩为所述车辆车门提供辅助阻力矩的具体方法。
下面对所述第一预设公式的推导过程以及机动车辆在处于上坡时关门和下坡时开门的模型进行分析。
参考图6和图7，图6为当车门的运动机构为电撑杆系统时的俯视模型示意图；图7为当车门的运动机构为铰链系统时的俯视模型示意图。在图6中，车门系统包括车门、车身和电撑杆系统，车门和车门采用铰链连接，其中铰链没有直接被驱动，电撑杆系统中的电撑杆一端用球形铰链连接在车身，另一端用球形铰链连接在车门，电撑杆的伸长和缩短会带动车门的打开和关闭。
在图7中，汽车车门系统包括车门、车身和铰链系统，车门和车身采用铰链系统连接，铰链系统直接被集成的电机驱动，电机的正转和反转会带动车门的打开和关闭。
当机动车辆处于具有一定坡度路面时的车门重力分解示意参考图8和图9，图8为机动车辆的正视面车门重力分解示意图，图9为机动车辆的俯视面车门重力分解示意图，即图9中的视角为从上到下垂直于路面的方向。
在图8中，所述机动车辆停驻在上坡，箭头表示机动车辆的车头指向方向，机动车辆停驻的路面的坡度为α，汽车车门质量为md，重力加速度为g，则汽车车门的重力为mdg，车门重力在垂直于路面的分量为mdg·cosα，水平于路面的分量为mdg·sinα。
在图9中，所述机动车辆停驻在上坡，虚线框表示所述车门处于关闭状态时所处位置，实线框表示所述车门开启状态所处位置，车门开启角度为θ；对水平于路面的车门的重力分量mdg·sinα沿垂直于车门表面的方向的分量定义为：fl＝mdg·sinα·cosθ，方向为垂直于车门并指向车门内，当车门完全关闭时，该分量为0。
相应的，如果机动车辆停驻在下坡，路面坡度为α，则车门重力沿垂直于车门的方向的分量大小为：fl＝mdg·sinα·cosθ，方向为垂直于车门并指向车门外。
参考图10和图11，图10为当车门的运动机构为电撑杆系统时的数学模型，图11为当车门的运动机构为铰链系统时的数学模型。
在图10中，视角为从上到下垂直于机动车辆底盘的方向，点o为车门和车身的连接点，点s为电撑杆系统中电撑杆在车身的安装点，点d为电撑杆在车门的安装点，点g为车门的重心，点c为点s沿垂直于线od或线od延长线与od或od延长线的交点，车门开启角度为θ。点o和点s之间的距离为los，点o和点d之间的距离为lod；线sd表示所述电撑杆，长度为lsd，机动车辆的控制器采集电撑杆内部的霍尔传感器的霍尔信号计算出霍尔位置h，当车门完全关闭时，长度为lsd0，霍尔位置h为0，霍尔位置和电撑杆长度的比例系数为kh，电撑杆长度和霍尔位置的关系为：lsd＝lsd0+kh·h；角γ表示线od和线sd的夹角，即∠ods。
在图11中，视角为从上到下垂直于机动车辆底盘的方向，点o为车门和车身的连接点，点g为车门的重心，车门开启角度为θ，铰链电机安装在o点，带动车门的打开和关闭。
以图10和图11所示的车门的数学模型为例，如果机动车辆停在上坡且用户正在关闭车门，或者机动车辆停在下坡且用户正在打开车门，则车门的重力在垂直于车门方向的分量对车门运动提供动力，力矩大小为tl＝fl·log，以点o为轴车门的转动惯量为
如果不为车门的运动提供辅助阻力矩，则车门过快的运动会在车门关闭时造成对车身和车门自身的损伤，因此，在此种情况下，有必要为车门的运动提供辅助阻力矩。
如果机动车辆处于上坡，且车门处于正在关闭的状态，或机动车辆处于下坡，且车门处于正在打开的状态，则车门的运动方程为：
其中，te为施加的阻力矩，即计算出的保护阻力矩，te分为两部分，一部分确保可以抵消车门重力的影响，另一部分减小车门的等效的转动惯量和阻尼系数。
则可得te＝tel+ted；
tel＝-nel·tl；
如果计算得出的保护阻力矩小于或等于0，则表示车门的角速度和/或角加速度较小，ted的绝对值小于tel的绝对值，则使辅助阻力矩为零；如果计算得出的保护阻力矩大于0，则说明车门的角速度和/或角加速度较大，ted的绝对值大于tel的绝对值，则使辅助阻力矩等于保护阻力矩。
在实际应用过程中，辅助阻力矩可以由设置于车门系统中的离合装置提供，离合装置的工作状态可以由机动车辆的控制器控制，离合装置提供的阻力矩大小可以由控制器向离合装置提供的电流大小决定。
如果在离合装置不工作的情况下，车门的运动方程如下：
如果在离合装置工作的情况下，车门的运动方程如下：
如果用户在离合装置不工作的情况下停止对车门施加作用力(阻力矩)，既th等于0，则车门的运动速度加快，在这个过程中，如果计算得出的te大于0，则控制离合装置工作，使车门的角速度降低。
如果用户在离合装置工作的情况下停止对车门施加作用力，既th等于0，由于nel大于100％，侧门由于离合装置的施加的阻力矩，角速度降低，直至计算得出的te小于0，则离合装置不工作。
从上述过程可以看出，所述车门的运动保护方法可以使车门的角速度在用户不对车门施加作用力的情况下减小，但同时不会使车门反方向运动，起到了在机动车辆处于上坡关门和处于下坡开门情况下对于车门的保护作用。
下面对本发明实施例提供的车门的运动保护系统进行描述，下文描述的车门的运动保护系统可与上文描述的运动保护方法相互对应参照。
相应的，本发明实施例提供了一种车门的运动保护系统，应用于机动车辆的车门运动过程，所述车门的运动保护系统包括：
第一参数获取模块，用于获取所述机动车辆所在路面的坡度；
第二参数获取模块，用于获取所述车门的打开角度、所述车门运动过程的角速度和角加速度；
重力分量计算模块，用于根据获取的所述坡度、所述车门的打开角度、角速度和角加速度，计算所述车门的重力在垂直于所述车门表面方向上的重力分量；
保护力矩提供模块，用于根据计算获得的所述重力分量、所述角速度、角加速度和车门设计参数，计算保护阻力矩，并根据所述保护阻力矩为所述车辆车门提供辅助阻力矩；所述车门设计参数包括：车门等效转动惯量、车门等效阻尼系数和车门质量。
可选的，所述保护力矩提供模块根据计算获得的所述重力分量、所述角速度、角加速度和车门设计参数，计算保护阻力矩，并根据所述保护阻力矩为所述车辆车门提供辅助阻力矩具体用于，
利用第一预设公式计算保护阻力矩，并在当所述保护阻力矩大于0时，为所述车辆车门提供辅助阻力矩，所述辅助阻力矩的大小等于所述保护阻力矩；在当所述保护阻力矩小于或等于0时，为所述车辆车门提供的辅助阻力矩为零；
所述第一预设公式为：te＝tel+ted其中，tel＝-nel·tl，
可选的，所述第一参数获取模块具体用于，根据安装于所述机动车辆车身的加速度传感器测得的垂直于所述机动车辆所在路面的重力加速度分量，计算所述机动车辆所在路面的坡度。
可选的，所述第一参数获取模块包括：
第一计算单元，用于计算所述加速度传感器测得的垂直于所述机动车辆所在路面的重力加速度分量与参考加速度的重力比值，所述参考加速度为所述加速度传感器在当前安装姿态下，测得的所述机动车辆在水平路面时垂直于水平面的重力加速度；
第二计算单元，用于利用反三角函数和计算获得的所述重力比值，计算所述机动车辆所在路面的坡度。
可选的，所述第二参数获取模块包括：
传感器参数单元，用于根据安装于所述机动车辆车身的角速度传感器测得的垂直于车门方向的加速度分量作为所述车门的角速度；
第三计算单元，用于利用所述角速度除以所述加速度传感器的几何中心到车门轴之间的距离，获得所述车门的角加速度；
第四计算单元，用于根据安装于所述车门的霍尔传感器测量的霍尔信号与所述霍尔传感器的比例系数的乘积，以及所述车门的运动机构参数，计算获得所述车门的打开角度。
综上所述，本发明实施例提供了一种车门的运动保护方法及系统，其中，所述车门的运动保护方法根据机动车辆所在路面的坡度以及车门的运动状态，计算保护阻力矩，并根据计算的保护阻力矩为所述车辆车门提供辅助阻力矩，以避免车门运动过快而可能对车门或车身造成损坏的情况出现，并且避免车门过快关闭带来的巨大声响对用户带来不良的使用体验。具体地，所述车门的运动保护方法获取机动车辆所在路面的坡度、车门的打开角度、车门运动过程的角速度和角加速度，并根据获取的参数计算保护阻力矩，实现根据计算的保护阻力矩为所述车辆车门提供辅助阻力矩的目的。
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。
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发明。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发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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。
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