探討基於電流紋波的電動車窗位置的準確性判斷方法
發布時間:2018-02-12 來源:電子工程世界 責任編輯:lina
【導讀】隨著汽車工業的發展,汽車電子部件越來越多地被應用於現代汽車中,為汽車提供了更好的安全性、舒shu適shi性xing和he經jing濟ji性xing。以yi前qian汽qi車che普pu遍bian采cai用yong手shou搖yao曲qu柄bing的de方fang式shi使shi車che窗chuang玻bo璃li上shang升sheng或huo下xia降jiang,現xian今jin轎jiao車che很hen多duo都dou安an裝zhuang了le電dian動dong車che窗chuang。而er具ju有you防fang夾jia功gong能neng的de電dian動dong窗chuang應ying用yong於yu汽qi車che始shi於yu20世紀90年代,當玻璃上升途中遇到人力障礙時會自動識別而反向運行,防止乘員夾傷,實現防夾功能。
由(you)於(yu)該(gai)功(gong)能(neng)的(de)重(zhong)要(yao)性(xing),在(zai)歐(ou)美(mei)新(xin)車(che)型(xing)上(shang)都(dou)已(yi)成(cheng)為(wei)標(biao)準(zhun)配(pei)置(zhi),目(mu)前(qian)國(guo)內(nei)新(xin)推(tui)出(chu)的(de)高(gao)端(duan)車(che)型(xing)已(yi)成(cheng)為(wei)標(biao)準(zhun)配(pei)置(zhi)。由(you)於(yu)低(di)成(cheng)本(ben)方(fang)案(an)的(de)推(tui)出(chu),經(jing)濟(ji)型(xing)轎(jiao)車(che)也(ye)開(kai)始(shi)逐(zhu)漸(jian)配(pei)備(bei)應(ying)用(yong)這(zhe)一(yi)功(gong)能(neng)。而(er)車(che)窗(chuang)位(wei)置(zhi)判(pan)斷(duan)準(zhun)確(que)是(shi)車(che)窗(chuang)的(de)防(fang)夾(jia)功(gong)能(neng)的(de)正(zheng)常(chang)實(shi)現(xian)的(de)前(qian)提(ti)。
1準確判斷電動窗位置的重要性
法fa規gui規gui定ding,具ju有you自zi動dong上shang升sheng功gong能neng的de車che窗chuang必bi須xu配pei備bei自zi動dong防fang夾jia功gong能neng。即ji當dang車che窗chuang在zai自zi動dong上shang升sheng過guo程cheng中zhong如ru果guo,車che窗chuang玻bo璃li遇yu到dao障zhang礙ai物wu。必bi須xu做zuo出chu判pan斷duan後hou反fan轉zhuan,並bing且qie防fang夾jia力li要yao小xiao於yu100 N。而法規規定的防夾區域是4 mm~200 mm(如圖1)。這就要求係統對車窗的位置進行準確的計算和判斷。

圖1 法規防夾區域
如果車窗位置計算不準確會有以下後果:
1) biruchechuangzaishangshengguochengzhongzaifangjiaquyunei,ruguochechuangweizhijisuanbuzhunque,xitongpanduanweifangjiaquyuwai。chechuangkenengyudaozhangaiwu,danshibuzuofangjiafanzhuan。ershijixushangshengboli。zhangaiwuruguoshiren,daozhibarenjiashang。

圖2 防夾車窗
2) 車窗自動上升過程中,如果車窗位置計算不準確,車窗就會到頂部位置認為在防夾區域內,遇堵後反轉。導致車窗不能關滿。
3) 車窗在上升過程中,由於存在車窗重量和窗框阻力等因素,在每個位置上的阻力大小是不一樣的。因此判斷車窗位置也是相當重要的。
由以上三點分析可知,車窗位置判斷的準確在防夾功能中,既有非常重要的意義。
2電動窗位置判斷的原理
從(cong)機(ji)械(xie)的(de)角(jiao)度(du)講(jiang),電(dian)動(dong)車(che)窗(chuang)砸(za)升(sheng)降(jiang)時(shi),電(dian)機(ji)旋(xuan)轉(zhuan)會(hui)帶(dai)動(dong)鋼(gang)絲(si)繩(sheng)的(de)運(yun)動(dong),從(cong)而(er)帶(dai)動(dong)車(che)窗(chuang)的(de)上(shang)下(xia)開(kai)閉(bi)。電(dian)機(ji)每(mei)旋(xuan)轉(zhuan)一(yi)定(ding)的(de)角(jiao)度(du),鋼(gang)絲(si)繩(sheng)就(jiu)相(xiang)應(ying)地(di)運(yun)動(dong)一(yi)定(ding)行(xing)程(cheng),因(yin)此(ci)車(che)窗(chuang)運(yun)動(dong)的(de)行(xing)程(cheng)與(yu)電(dian)機(ji)的(de)旋(xuan)轉(zhuan)的(de)圈(quan)數(shu)成(cheng)線(xian)性(xing)關(guan)係(xi)。通(tong)過(guo)計(ji)算(suan)電(dian)機(ji)旋(xuan)轉(zhuan)的(de)圈(quan)數(shu),可(ke)以(yi)間(jian)接(jie)算(suan)出(chu)車(che)窗(chuang)的(de)位(wei)置(zhi)。
2.1霍爾原理
電機的旋轉會使得霍爾傳感器產(chan)生(sheng)脈(mai)衝(chong)信(xin)號(hao)。玻(bo)璃(li)位(wei)置(zhi)的(de)檢(jian)測(ce)是(shi)通(tong)過(guo)對(dui)控(kong)製(zhi)模(mo)塊(kuai)中(zhong)的(de)霍(huo)爾(er)傳(chuan)感(gan)器(qi)發(fa)出(chu)的(de)方(fang)波(bo)進(jin)行(xing)計(ji)數(shu)來(lai)實(shi)現(xian)。軟(ruan)件(jian)設(she)計(ji)中(zhong)通(tong)過(guo)單(dan)片(pian)機(ji)芯(xin)片(pian)的(de)輸(shu)入(ru)捕(bu)捉(zhuo)功(gong)能(neng)記(ji)錄(lu)車(che)窗(chuang)運(yun)行(xing)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)脈(mai)衝(chong)個(ge)數(shu),通(tong)過(guo)學(xue)習(xi),將(jiang)車(che)窗(chuang)的(de)上(shang)密(mi)封(feng)條(tiao)記(ji)為(wei)位(wei)置(zhi)0,而下密封條為最大位置。在車窗上升過程中將位置計數器減1,上升到頂時位置計數器清0,下降時位置計數器加l。因此,可按照要求確定防夾區界限對應的位置計數器的值。通過對位置計數器的值的檢測可以間接判斷玻璃的位置。

圖3 霍爾原理
脈mai衝chong計ji數shu方fang式shi的de關guan鍵jian問wen題ti在zai於yu位wei置zhi記ji錄lu要yao精jing確que,但dan在zai試shi驗yan中zhong卻que存cun在zai電dian機ji切qie斷duan電dian源yuan後hou依yi舊jiu會hui發fa出chu幾ji個ge脈mai衝chong的de問wen題ti,這zhe幾ji個ge脈mai衝chong由you慣guan性xing造zao成cheng,而er且qie不bu同tong的de玻bo璃li升sheng降jiang器qi產chan生sheng的de脈mai衝chong個ge數shu不bu同tong。這zhe些xie脈mai衝chong對dui車che窗chuang位wei置zhi影ying響xiang隨sui情qing況kuang的de不bu同tong而er不bu。在zai車che窗chuang上shang下xia兩liang端duan堵du轉zhuan時shi,這zhe些xie脈mai衝chong不bu太tai可ke能neng造zao成cheng車che窗chuang位wei置zhi的de變bian化hua,而er在zai中zhong間jian位wei置zhi停ting止zhi時shi則ze有you可ke能neng造zao成cheng車che窗chuang位wei置zhi移yi動dong,特te別bie是shi下xia降jiang途tu中zhong人ren為wei停ting止zhi時shi對dui車che窗chuang位wei置zhi的de影ying響xiang更geng大da。為wei了le減jian小xiao這zhe種zhong影ying響xiang,與yu電dian機ji通tong電dian運yun動dong時shi位wei置zhi計ji數shu一yi樣yang,在zai算suan法fa中zhong捕bu捉zhuo這zhe些xie脈mai衝chong。如ru果guo當dang前qian為wei下xia降jiang狀zhuang態tai,則ze對dui電dian機ji斷duan電dian後hou產chan生sheng的de脈mai衝chong進jin行xing位wei置zhi加jia法fa操cao作zuo,如ru果guo當dang前qian為wei上shang升sheng狀zhuang態tai,則ze對dui電dian機ji斷duan電dian後hou產chan生sheng的de脈mai衝chong進jin行xing位wei置zhi減jian法fa操cao作zuo。
2.2紋波原理
電機有磁極、轉子線圈、換(huan)向(xiang)器(qi)組(zu)成(cheng)。根(gen)據(ju)右(you)手(shou)定(ding)律(lv)轉(zhuan)子(zi)線(xian)圈(quan)通(tong)電(dian)後(hou)再(zai)磁(ci)極(ji)磁(ci)場(chang)的(de)作(zuo)用(yong)下(xia)產(chan)生(sheng)運(yun)動(dong)。運(yun)動(dong)到(dao)磁(ci)場(chang)邊(bian)緣(yuan)是(shi)磁(ci)場(chang)變(bian)弱(ruo),電(dian)動(dong)勢(shi)減(jian)小(xiao),電(dian)流(liu)增(zeng)大(da)。換(huan)向(xiang)器(qi)改(gai)變(bian)轉(zhuan)子(zi)線(xian)圈(quan)的(de)電(dian)流(liu)方(fang)向(xiang),重(zhong)新(xin)進(jin)入(ru)磁(ci)場(chang)電(dian)動(dong)勢(shi)增(zeng)大(da),電(dian)流(liu)減(jian)小(xiao)。轉(zhuan)子(zi)線(xian)圈(quan)不(bu)斷(duan)轉(zhuan)動(dong)、電dian動dong勢shi和he電dian流liu不bu斷duan變bian化hua,從cong而er紋wen波bo不bu斷duan產chan生sheng。所suo以yi紋wen波bo是shi電dian機ji的de固gu有you特te性xing,通tong過guo計ji算suan紋wen波bo的de個ge數shu就jiu能neng計ji算suan出chu轉zhuan子zi換huan向xiang的de次ci數shu,就jiu能neng計ji算suan出chu窗chuang戶hu的de相xiang對dui位wei置zhi,結jie合he時shi間jian就jiu能neng得de出chu電dian機ji的de轉zhuan速su。

圖4 紋波原理
由於電機在啟動,停止,反轉,堵轉時的紋波特征不明顯。如圖5和圖6,不(bu)能(neng)精(jing)準(zhun)的(de)計(ji)數(shu)紋(wen)波(bo)個(ge)數(shu)。隻(zhi)能(neng)通(tong)過(guo)算(suan)法(fa)進(jin)行(xing)補(bu)償(chang)。這(zhe)樣(yang)紋(wen)波(bo)計(ji)數(shu)必(bi)然(ran)和(he)實(shi)際(ji)的(de)必(bi)然(ran)存(cun)在(zai)誤(wu)差(cha)。而(er)這(zhe)誤(wu)差(cha)隨(sui)著(zhe)車(che)窗(chuang)操(cao)作(zuo)次(ci)數(shu)的(de)增(zeng)加(jia),誤(wu)差(cha)也(ye)會(hui)跟(gen)著(zhe)累(lei)積(ji)。

圖5 特殊場景一

圖6 特殊場景二
出(chu)於(yu)舒(shu)適(shi)性(xing)對(dui)機(ji)構(gou)噪(zao)聲(sheng)要(yao)求(qiu)和(he)電(dian)機(ji)機(ji)構(gou)的(de)壽(shou)命(ming)保(bao)護(hu)。往(wang)往(wang)要(yao)求(qiu)車(che)窗(chuang)到(dao)頂(ding)和(he)到(dao)底(di)停(ting)止(zhi)做(zuo)軟(ruan)停(ting)止(zhi),即(ji)不(bu)是(shi)做(zuo)堵(du)轉(zhuan)停(ting)止(zhi),而(er)是(shi)通(tong)過(guo)準(zhun)確(que)判(pan)斷(duan)車(che)窗(chuang)的(de)位(wei)置(zhi),在(zai)接(jie)近(jin)頂(ding)或(huo)底(di)的(de)時(shi)候(hou),停(ting)止(zhi)對(dui)電(dian)機(ji)的(de)輸(shu)出(chu),通(tong)過(guo)慣(guan)性(xing)將(jiang)車(che)窗(chuang)關(guan)滿(man)。通(tong)過(guo)策(ce)略(lve)經(jing)過(guo)幾(ji)次(ci)的(de)操(cao)作(zuo)車(che)窗(chuang)後(hou)才(cai)關(guan)閉(bi)軟(ruan)停(ting)止(zhi),做(zuo)堵(du)轉(zhuan)學(xue)習(xi)車(che)窗(chuang)位(wei)置(zhi),消(xiao)除(chu)誤(wu)差(cha)積(ji)累(lei)。這(zhe)對(dui)車(che)窗(chuang)位(wei)置(zhi)判(pan)斷(duan)精(jing)準(zhun)度(du)提(ti)出(chu)了(le)更(geng)大(da)的(de)挑(tiao)戰(zhan)。
3判斷基於電流紋波的電動車窗位置的準確性的3種方法
3.1霍爾比較法
軟件開發前期,使用霍爾電機來開發紋波計數算法。開發2taosuanfa。yitaohuoerjishu。yitaowenbojishu。tongguohuoerjishuzhizuochechuangweizhicankao。laijiaozhengwenbojishu。geiwenbobuchanghebiaodingtigongjizhuncankao。tongguogaodiwengaodiyazuheduocishiyan,ruguotongguohuoerjishudechudechechuangweizhihewenbojishudechudechechuangweizhizuochazhi。ruguozaizhenggeshiyanguochengshizhongshixiaoyu4 mm。namekeyirenweiwenbojisuansuanfashizhunquede。cifangfashiyongyusuanfakaifajieduan,feichangfangbianyukaifazhe,fangbianzuosuanfayouhuahebiaodingzhixuanqu。danshiyouyuhuoerchuanganqijingdubugao,(一般一個霍爾電機上會裝有2個霍爾傳感器,一個用於計算霍爾方波個數,一個用於相位判斷電機的轉向)所以霍爾方法本身也會存在一定的誤差。隻能做參考。真正紋波防夾升降器在產品階段是沒有霍爾傳感器的。
3.2多次不到頂和到底操作後4 mm防夾法
有軟停止功能的紋波計數的誤差清除策略往往是車窗操作經過一個標定值的次數n後進行堵轉學習(前n次的停止做軟停止,誤差會累積)。因此我們可以通過n操作升降窗不到頂和底,不讓車窗做堵轉學習消除累積誤差。在第n+1次後拿4 mm測試棒放在窗頂(如圖7.),讓其做4mm防夾反轉。如果能堵轉反轉,那麼接下來要撤掉4 mm測試棒,執行自動升窗,如果也能完成自動升降並關滿車窗。則可以說明紋波計數算法是比較準確的。
為什麼第n+1次後防夾反轉後還要做確認是否能自動升窗把窗關滿這一項。因為第n+1次能防夾反轉有可能是誤差是向下誤差,比如在4 mm處軟件算法可能認為是10 mm處或其他。那麼誤差較大的情況下也可防夾反轉。這種情況執行自動上升的時候,在車窗0位置就有可能誤認為是防夾區域,從而導致關窗時候遇到頂又做防夾反轉,導致關窗不滿。如果誤差是向上偏的,比如在10 mm位置,紋波計數算法認為是在小於4 mm的非防夾區域,就不做防夾反轉。那麼車窗就會在4 mm棒處停止升窗。
此方法簡單直接,不需要借助太多的測試工具,可操作性強,適用於整個過程。非常適用於測試人員測試驗收。

圖7 4 mm防夾測試
3.3紋波計數清零判斷法
wenbojishusuanfali,ruanjianlibiranyouyonglaidaibiaowenbogeshuhuochechuangweizhidebianliang,wulunnazhongcelve,wenbodeleijiwuchadezhongjiushibixuxiaochude。namezaixiaochuqing0的前一個值就是誤差的累積值。通過監控這個值。如果這個值始終對應的車窗位置是小於4 mm,那na麼me肯ken定ding這zhe個ge紋wen波bo計ji數shu算suan法fa是shi比bi較jiao準zhun確que的de。此ci方fang法fa判pan斷duan的de準zhun確que性xing最zui高gao,適shi用yong用yong與yu整zheng個ge過guo程cheng。但dan是shi需xu要yao借jie助zhu較jiao多duo的de其qi他ta輸shu出chu顯xian示shi工gong具ju。比bi較jiao適shi用yong於yu開kai發fa人ren員yuan。不bu方fang便bian測ce試shi人ren員yuan。
4結論
本ben文wen首shou先xian闡chan述shu了le電dian動dong車che窗chuang位wei置zhi判pan斷duan準zhun確que性xing的de重zhong要yao性xing,然ran後hou分fen別bie介jie紹shao了le基ji於yu霍huo爾er的de和he基ji於yu電dian流liu檢jian測ce的de電dian動dong窗chuang的de位wei置zhi的de判pan斷duan原yuan理li。就jiu基ji於yu紋wen波bo的de電dian動dong車che窗chuang位wei置zhi的de準zhun確que性xing的de判pan斷duan3gefangfajinxingleliejuxiangxidechanshu。zonghequanwenkezhi,diandongchuangdeweizhidepanduandezhunquexingduichechuangdefangjiagongnengdezhengchangshixianyingxianghenda。yinci,xiwangbenwendangneirongnenggougeiguoneizhengchechanghegongyingshangzaifangjiadiandongchuangkaifahepinggugongrenyuanyixiecankao。
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