車窗升降控制系統及控制方法與流程

本發明涉及一種車窗升降控制系統及其控制方法，特別是一種帶防夾功能的車窗控制系統及控制方法。

背景技術：

為了方便駕駛員和乘客，大量汽車采用電動車窗。電動車窗的開啟及關閉運動由一車窗升降機構驅動完成。所述車窗升降機構一般包括電機及相應的傳動組件。然而，傳統中用于驅動車窗運動的電機多為有刷電機，設有定子、轉子、電刷等原件。導致所述電機的尺寸相對較大。同時，由于電機運轉時，與轉子相連的換向器與電刷相互磨擦，電刷容易被磨損，導致采用有刷電機的電動車窗故障率高，壽命低。另外，現有的電動車窗通常要引入自動升降系統。引入自動升降系統的電動車窗需要引入防夾功能，因此需要安裝開關霍爾傳感器用于判定車窗的位置，使得采用有刷電機帶來的成本優勢大大削弱。

技術實現要素：

鑒于上述狀況，有必要提供一種體積相對較小、故障率低、成本合理的車窗升降控制系統及控制方法。

一種車窗升降控制系統，用于控制車窗的升降，所述車窗升降系統包括車窗電機、電機驅動控制模組、逆變器及轉子位置傳感器，所述車窗電機為無刷直流電機，該電機驅動控制模組根據轉子位置傳感器獲得的轉子位置反饋信號驅動逆變器而控制車窗電機旋轉，所述車窗升降控制系統還設有防夾控制模組，所述防夾控制模組包括脈沖計數器、計數比較器、障礙判定單元及防夾指令單元，所述脈沖計數器用于記錄車窗上升過程中轉子位置傳感器 產生脈沖個數，計數比較器用于測得的脈沖個數與預定的閥值進行比較而判斷是否處于防夾區，當判斷位于防夾區時啟動障礙判定單元，當所述障礙判定單元判定到障礙物存在時，所述防夾指令單元向電機驅動控制模組發出防夾指令，電機驅動控制模組根據防夾指令驅動逆變器，使得電機反轉。

一種車窗升降控制方法，包括如下步驟：提供一無刷直流電機用于驅動車窗升降；根據外部命令及電機位置反饋信號運轉所述無刷直流電機；根據電機位置反饋信號判斷車窗是否處于防夾區間；當判定車窗位于防夾區間時，根據電機運行參數判斷車窗上升是否存在障礙物；當判定存在障礙物時，控制電機執行防夾動作。

本發明的電機升降控制系統采用無刷直流電機，同時利用無刷直流電機固有的轉子位置傳感器產生的位置反饋信號來執行防夾動作，從而具有體積小，故障率低，成本合理的優點。

為了能更進一步了解本發明的特征以及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，然而所附圖僅提供參考與說明用，并非用來對本發明加以限制。

附圖說明

附圖中：

圖1是本發明車窗電機升降控制系統的一實施方式的的結構示意圖；

圖2是本發明車窗電機升降控制系統的另一實施方式的的結構示意圖；

圖3是圖1中逆變器一實施方式的的電路圖；

圖4是圖1中逆變器另一實施方式的的電路圖；

圖5是本發明車窗電機升降控制方法的一實施方式的的流程圖

具體實施方式

下面結合附圖，通過對本發明的具體實施方式詳細描述，將使本發明的技術方案及其他有益效果顯而易見。

如圖1所示是，本發明車窗升降控制系統用于控制一車窗80升降。所述車窗升降控制系統包括車窗電機10、電機驅動控制模組20、逆變器30、轉子位置傳感器40及防夾控制模組50。

所述車窗電機10為三相或者單相無刷直流電機。所述車窗電機10通過齒輪減速箱、車窗牽引絲等傳動組件連接該車窗80，從而將該車窗電機10轉軸輸出的動力傳遞到車窗80，形成驅動車窗80升降的牽引力。

所述電機驅動模組20用于對外部命令進行分析和執行，具有數據運算以及驅動逆變器30的功能。所述電機驅動模組20包括命令接收單元21、運算單元23及驅動單元25。命令接收單元21接收外部命令，例如通過車窗按鍵輸入的車窗上升、下降或者停止的指令。運算單元23根據接收到指令進行運算得到相應的電機控制信號。驅動單元25根據電機控制信號形成常規驅動信號并驅動逆變器30給車窗電機10各繞組供電或斷電，從而可啟動或停止電機及控制車窗電機10的啟動方向。

由于車窗電機10為無刷直流電機，為了保證車窗電機10的持續運轉，需要利用轉子位置傳感器40檢測電機轉子的位置，在電機轉子50轉過預設位置時通過所述電機驅動控制模組20驅動逆變器30運作，使得車窗電機10進行換相。具體而言，轉子位置傳感器40與所述電機驅動控制模組20的運算單元23相連，接收轉子位置傳感器40的位置反饋信號。運算單元23根據該位置反饋信號形成換相信號，驅動單元25根據換相信號生成換相指令而驅動逆變器30執行換相動作，保證車窗電機10連續轉動，實現控制車窗80自動升降的目的。所述轉子位置傳感器40包括一個或多個開關霍爾傳感器。每一個開關霍爾傳感器隨著電機的運轉產生連續的方波信號。

在其中一實施方式中，所述電機驅動模組20還包括電機轉向判定單元27，用于判斷電機的實際旋轉方向，并判斷電機的實際轉向是否于命令接收單元21所接收的控制命令一致，當兩者不一致時，發出故障信號。需要指出的是，當設有所述電機轉向判定單元27時，所述轉子位置傳感器40包括至少兩個開關霍爾傳感器，所述電機轉向判定單元27通過采集到的所述兩個開關霍爾傳感器產生的方波信號的時序關系判斷電機的轉向。

具體而言，當該車窗電機10為三相無刷直流電機時，所述轉子位置傳感器40包括三個開關霍爾傳感器，所述三個開關霍爾傳感器的對應檢測電機轉子相對于定子繞組的三相的位置，因此，相鄰兩開關霍爾傳感器的位置相差120度電角度。可以利用三個開關霍爾傳感器中任意兩個開關霍爾傳感器或者是全部所述三個開關霍爾傳感器產生的方波信號的時序關系判斷電機的實際 轉向。當該車窗電機10為單相無刷直流電機時并未設所述電機轉向判定單元27，所述轉子位置傳感器模組50包括一個開關霍爾傳感器即可，當然，如前所述，當設所述電機轉向判定單元27時，需要兩個開關霍爾傳感器，其中一個開關霍爾傳感器用來運轉電機，并通過兩個開關霍爾傳感器組合判定電機的旋轉方向。

所述逆變器30為一橋式開關電路。如圖2所示，當采用三相無刷直流電機時，所述橋式開關電路通常為包括6個功率管開關的三相橋式開關電路。如圖2所示，當采用單相無刷直流電機時，所述橋式開關電路通常為4個晶體管開關組成的h型橋式開關電路。所述功率管開關可以為mosfet(金屬-氧化物半導體場效應晶體管)

所述防夾控制模組50包括脈沖計數器51，計數比較器53、障礙判定單元55及防夾指令單元57。由于轉子位置傳感器40為一個或多個開關霍爾傳感器，隨著電機轉子的轉動，所述轉子位置傳感器40產生方波脈沖信號，脈沖的個數與轉子的轉動圈數成正比。由于傳動模組具有固定的減速比，因此，脈沖的個數與車窗的位置線性對應，通過記錄脈沖的個數便可檢測車窗的位置。在一實施方式中，所述車窗電機10為三相無刷直流電機，所述轉子位置傳感器40包括三個開關霍爾傳感器，所述脈沖計數器51用于記錄車窗80上升過程中其中三個開關霍爾傳感器產生的脈沖數量。在另一實施方式中，所述車窗電機80為單相無刷直流電機，所述轉子位置傳感器40包括兩個開關霍爾傳感器，所述脈沖計數器51用于記錄車窗80上升過程中其中一個開關霍爾傳感器產生的脈沖數量。計數比較器53用于將脈沖計數器51記錄的脈沖個數與預定的閥值進行比較，根據記錄的脈沖個數與閥值的關系確定車窗是否處于防夾區。例如，所述閥值包括上限閥值及下限閥值，當記錄的脈沖個數位于上限閥值及下限閥值之間時，判定車窗處于防夾區而啟動障礙判定單元55。

障礙判定單元55可以通過測定電機的速度、電機繞組的電流及電機輸出扭矩三者中至少一個，并與預設的閥值進行比較而判斷車窗上升是否遇到障礙物。由于轉子位置傳感器40產生的脈沖寬度與車窗電機10的轉速正相關，通過檢測轉子位置傳感器40產生的脈沖寬度可以表征電機的轉速。在一實施方式中，所述障礙判定單元55包括脈寬記錄器及脈寬比較器。所述脈寬記錄器用于記錄轉子位置傳感器40產生的脈沖寬度。所述脈寬比較器用于將錄得 的脈沖寬度與一預設的閥值進行比較。當錄得的脈沖寬度大于該預設閥值時，所述障礙判定單元55判定障礙物存在。當所述車窗電機10為三相無刷直流電機時，所述轉子位置傳感器40包括三個開關霍爾傳感器，所述脈寬記錄器用于記錄其中一開關霍爾傳感器產生的脈沖寬度。當所述車窗電機10為單相無刷直流電機，所述轉子位置傳感器40包括兩個開關霍爾傳感器，所述脈寬記錄器用于記錄其中一個開關霍爾傳感器產生的脈沖寬度。

所述防夾指令單元57與電機驅動控制模組20相連，當所述障礙判定單元55判定到障礙物存在時，所述防夾指令單元57向電機驅動控制模組20發出防夾指令，所述電機驅動控制模組20的運算單元23根據防夾指令進行運算得到相應的防夾控制信號。所述電機驅動控制模組20的驅動單元25根據防夾控制信號形成防夾驅動信號并驅動逆30變器執行防夾動作，使得車窗電機10反轉。

如圖5所示，本發明車窗升降控制方法的一實施方式包括如下步驟：

s10:提供一無刷直流電機用于驅動車窗升降。

所述無刷直流電機的轉軸通過傳動機構連接車窗。所述車窗電機通過齒輪減速箱、車窗牽引絲等傳動組件連接該車窗，從而將該車窗電機轉軸輸出的動力傳遞到車窗，形成驅動車窗升降的牽引力。外部電源通過一逆變器給該無刷直流電機供電。

s20:根據外部命令啟動所述無刷直流電機，并根據感測到的無刷直流電機轉子位置反饋信號使所述無刷直流電機旋轉，在一實施方式中，所述位置反饋信號為方波脈沖信號。

所述步驟20包括：

s21:根據外部命令進行運算而得到相應的電機控制信號。所述外部命令包括通過車窗按鍵輸入的車窗上升、下降或者停止的指令。

s22：根據電機控制信號形成常規驅動信號并驅動逆變器給無刷直流電機電機各繞組供電或斷電，從而可啟動或停止電機及控制車窗電機的啟動方向。

在一實施方式中，所述步驟20進一步包括：

s23：感測無刷直流電機轉子的相對多個位置的位置反饋信號，通過這些位置反饋信號的時序關系判斷電機的實際轉向，并將實際轉向與控制信號的控制轉向進行比較，當兩者不一致時，發出故障信號。

s30：判斷車窗是否處于防夾區間。

所述步驟30包括：

s31：記錄位置反饋信號的個數；在一實施方式中，記錄位置反饋信號的個數即利用一計數器記錄方波脈沖的個數。

s32：將記錄的位置反饋信號個數與預設的閥值進行比較，根據位置反饋信號的個數與預設的閥值的關系判斷車窗是否處于防夾區間。在一實施方式中，所述預設的閥值包括上限閥值及下限閥值，當所述反饋信號的個數在上限閥值及下限閥值之間時判定車窗位于防夾區間。

s40：當判定車窗位于防夾區間時，判斷車窗上升是否存在障礙物。

所述步驟40包括：

s41：感測無刷直流電機的運行參數，所述參數為電機轉速、電機繞組的電流及電機輸出扭矩中任意一個或多個。當轉子位置傳感器產生的反饋信號為方波脈沖信號，其脈沖信號的脈沖寬度可用于表征電機的轉速。一實施方式中，該步驟為記錄位置傳感器產生的脈沖寬度。

s42：將感測到的無刷直流電機的運行參數與一預設閥值進行比較，根據感測到的無刷直流電機的運行參數于對應閥值的關系判斷車窗上升是否存在障礙物。在一實施方式中，將記錄的置傳感器產生的脈沖寬度與一脈沖寬度的閥值進行比較，當記錄的置傳感器產生的脈沖寬度大于該閥值時判定存在障礙物。

s50：當判定存在障礙物時，控制電機執行防夾動作。

所述步驟50包括：

s51：當判定存在障礙物時，形成一防夾指令；

s52：根據防夾指令運算得到相應的防夾控制信號；

s53：根據防夾控制信號形成驅動信號用于驅動逆變器執行防夾動作。該防夾動作包括使得該無刷直流電機反轉。