专利名称：一种汽车直流电机装置的控制方法
技术领域：
本发明涉及直流电机装置控制方法，更详细地说涉及一种汽车直流电机装置的控制方法。
背景技术：
直流电机在汽车上广泛使用，中高档汽车通常有几十个电机，如车门的电动玻璃升降器、电动天窗、电动座椅、电动雨刷、油泵、电动助力转向器等等。汽车上的许多装置都含有直流电机。要对这些汽车直流电机装置进行控制，首先要知道装置的行程、是否受阻和极限位置。现有技术通常是采用霍尔传感器、光电传感器、可变电阻、行程开关等传感器予以实现。例如使用霍尔传感器、光电传感器来控制装置的行程，其不足之处是，安装传感器使装置结构复杂、成本高、生产调试困难。特别是当直流电机装置达到极限位置或运动受阻时，直流电机会发生堵转，不对其进行控制，或控制方法不当，不但会损坏电机，而且非常耗电。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽车直流电机装置的控制方法，采用所述控制方法，不需要安装传感器就能测出汽车直流电机装置的行程、是否在极限位置、是否受阻，以便对直流电机进行正转、反转或停止控制。
实现本发明目的的技术方案是直流电机在工作过程中换向时，在电枢电流中产生与电刷位置相对应的脉动信号，采用本发明所述方法提取脉动信号能确定直流电机旋转的位置，或者是汽车直流电机装置的行程。当汽车直流电机装置达到极限位置或运动受阻时，直流电机发生堵转，堵转电流通常是工作电流的6～7倍。因此，测量电枢电流，就可以判断装置是否运动受阻；根据外部指令，结合上述两种信号，可以对直流电机进行正转、反转或停止控制。
本发明所述一种汽车直流电机装置的控制方法，其具体步骤是(1)用取样电阻把电枢电流信号变换成电压信号。
(2)通过信号处理单元，把电机电枢电流中与电刷位置相对应的脉动信号变换成数字脉冲信号，同时通过信号处理单元，把电机电枢电流信号放大成直流信号I。
(3)计算控制单元对数字脉冲信号计数为N，根据N计算出电机转子转角θ和汽车直流电机装置的行程S求直流电机转子转角θθ＝Kθ×N①其中，Kθ是与电刷个数有关的常数求汽车直流电机装置的行程SS＝KS×N②其中，KS是与电刷个数和传动机构有关的常数。
(4)计算控制单元根据I＞IS或ΔI＞ΔIS，判断所述装置是否运动受阻，具体如下，运动受阻判定方法1-电流法I＞IS判断装置为运动受阻③其中，IS是设定电流阈值设定电流阈值IS采用试验方法确定记录最低工作电压下汽车直流电机装置负载最大时的工作电流的多次采样平均值，记为Imin，记录最低工作电压下，汽车直流电机装置运动受阻，即直流电机堵转时的电枢电流的多次采样平均值，记为Imax，当Imax＞Imin时 IS＝μ(Imax+Imin)④其中，μ一般取0.5，也可根据受阻力的大小调整。
电流法可以用数模转换器和软件实现，也可以用比较器实现。
运动受阻判定方法2-电流微分法ΔI＞ΔIS判断装置为运动受阻⑤
其中，ΔIS是设定电流微分阈值当Imax＜Imin时，电流法不能正确判断，但不论Imin和Imax哪一个大，都可以采用电流微分法。
用下述实验方法确定电流微分阈值。
记录各种电压下电机堵转或装置运动受阻时电枢电流变化幅度的多次采样平均值ΔI，根据受阻力要求(如10kg)和多次实验结果找出最合理的设定电流微分阈值ΔIS，使所有的实验中电机堵转或装置运动受阻，用ΔIS都能正确判断的最大值。
在实际运行时，每个采样点多次采样平均值是I(k)，k为第k个采样时刻，采样间隔为T秒(T一般取140ms)。
计算ΔI(k)＝I(k+1)-I(k)，当ΔI(k)＞ΔIS时，判断装置为运动受阻。
(5)计算控制单元根据外部指令、N、θ、S、所述装置是否运动受阻、受阻是否在极限位置，发出电机正转、反转或停止控制信号，由驱动单元控制汽车直流电机装置运行。
按照本发明所述的方法，所述取样电阻串联在电枢回路，把电枢电流变成电压信号。
按照本发明所述的方法，所述信号处理单元由放大器、滤波器、比较器、限幅器、数模转换器、逻辑电路全部或部分组合而成，连接在取样电阻与计算控制单元之间，把电压信号变换成数字脉冲信号；同时把电压信号放大成信号I。
按照本发明所述的方法，所述数字脉冲信号，其计数为N，正比于转子转角θ和汽车直流电机装置的行程S。
按照本发明所述的方法所述计算控制单元由单片机、信号处理器构成，连接在信号处理单元和驱动单元之间，能够接受外部指令。
按照本发明所述的方法其特征是，当I＞IS时，或当ΔI＞ΔIS时，判断装置为运动受阻；根据N和所述装置是否受阻，控制直流电机正转、反转或停止。
按照本发明所述的方法，脉冲计数N乘上一个比例因子，作为转子转角θ，或作为汽车直流电机装置的行程S，据此控制直流电机正转、反转或停止。
本发明的有益效果是(1)、本发明所述方法技术构思新颖、独特，易于实施，控制装置安全、便捷。
(2)、不用传感器，简化结构，降低成本，节约传感器的供电；(3)、及时判断电机堵转或装置运动受阻，控制电机停止或反转，节约直流电机受阻时的耗电，防止直流电机损坏。
图1为汽车直流电机装置的控制方法示意图；图2为汽车直流电机装置运动受阻时电枢电流取样信号；图3为与汽车直流电机的电刷位置对应的数字脉冲信号；图4为汽车直流电机装置运动受阻时电枢电流放大信号I和/ΔI；图5为根据本发明所述汽车直流电机装置的控制方法设计的电动玻璃升降控制器电路图；图6为本发明所述汽车直流电机装置的控制方法实施例程序流程图。
具体实施例方式
现结合说明书附图1至6介绍本发明所述汽车直流电机装置的控制方法以及根据本发明方法设计的电动玻璃升降控制器。
图1是汽车直流电机装置的控制方法示意图。图中，负载和直流电机就是所述的汽车直流电机装置。图中的虚线部分是用所述方法制造的控制器，其中，取样电阻串联在电机电枢中，取出电枢电流信号；信号处理单元把电枢电流信号变换成数字脉冲信号和放大的直流信号I；计算控制单元接收外部指令，对数字脉冲计数为N，计算控制单元的数模转换将I变成数字量，再综合这些信息，发出正转、反转或停止的控制信号；通过驱动单元，控制直流电机，从而控制汽车直流电机装置。
图2示出串在电枢中的取样电阻取出的电机电枢电流信号。
如图3所示，信号处理单元把电枢电流信号中与电刷位置相对应的电流脉动信号变换成的数字脉冲信号。
如图4所示，信号处理单元把电枢电流信号变换成放大的直流信号I。
图5示出本发明实施例电动玻璃升降控制器电路图。
其中电源部分U1与电容C1、C2、C3一起组成电源电路，把DC12V降至DC5V，用作单片机U2和信号处理电路U3的供电。
电机驱动部分单片机U2发出控制信号，通过三极管Q1、Q2驱动继电器K1、K2，控制电动玻璃升降器直流电机M的正转、反转和停止。
信号处理部分直流电机电枢电流信号，如图2所示，经过取样电阻R1，变成小信号的电压信号；一路通过信号处理单元U3后，变成数字脉冲信号，如图3所示；另一路通过信号处理单元U3变成直流电压信号I，如图4所示。
指令输入部分升降指令接DC12V时为有效电平，经分压电阻R4、R5、R6、R7分压成TTL电平，输入到单片机U2中。
单片机部分单片机U2对上升指令处理流程如图6所示。收到升指令后，驱动电机M正转，玻璃上升。在玻璃上升过程中，如果I＞IS或ΔI(k)＞ΔIS时，则说明玻璃运动受阻，根据脉冲计数N，计算出S，从而得到玻璃位置；若位置在顶部，则说明这个受阻是因为玻璃到达到顶部，单片机U2发出指令，停止电机运转，玻璃停止上升，保护电机不发热；若位置在中间，则说明这个受阻是因为玻璃夹住异物，单片机U2发出信号，玻璃下降，下降的距离用升降器直流电机脉冲计数来规定，防夹力感的大小，也是由电流IS或ΔIS来确定，从而达到防夹的功能。下降指令的处理与上升指令的处理类似。
在本发明实施例中，单片机根据N和I或ΔI来判断受阻是夹住异物还是到顶，并计算控制下降距离。
权利要求
1.一种汽车直流电机装置的控制方法，其特征是(1)用取样电阻把电枢电流信号变换成电压信号；(2)通过信号处理单元，把电机电枢电流中与电刷位置相对应的脉动信号，变换成数字脉冲信号；同时通过信号处理单元，把电机电枢电流信号放大成直流信号I；(3)计算控制单元对数字脉冲信号计数为N，根据N计算出电机转子转角θ和汽车直流电机装置的行程S；(4)计算控制单元根据I＞Is或ΔI＞ΔIs，判断装置是否运动受阻；(5)计算控制单元根据外部指令、N、θ、S、装置是否运动受阻、受阻是否在极限位置，发出电机正转、反转或停止控制信号，通过驱动单元，对汽车直流电机装置实施控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述取样电阻串联在电枢回路，把电枢电流变成电压信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述信号处理单元由放大器、滤波器、比较器、限幅器、数模转换器、逻辑电路全部或部分组合而成，连接在取样电阻与计算控制单元之间，把电压信号变换成数字脉冲信号；同时把电压信号放大成直流信号I。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述数字脉冲信号，其计数N，正比于转子转角θ和汽车直流电机装置的行程S。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述计算控制单元由单片机、信号处理器构成，连接在信号处理单元与驱动单元之间，可以接受外部指令。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是，当I＞Is时，或当ΔI＞ΔIs时，判断装置为运动受阻；根据N和是否受阻，控制直流电机正转、反转或停止。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是，脉冲计数N乘上一个比例因子，作为转子转角θ，或作为汽车直流电机装置的行程，据此控制直流电机正转、反转或停止。
全文摘要
本发明涉及汽车直流电机装置的控制方法，所述控制方法利用电路，一方面从直流电机电枢电流中提取与电刷位置相对应的脉冲信号，脉冲计数为N；另一方面将该电流信号放大成直流信号I。根据N，求出直流电机转子的转角θ及装置的行程S；根据I，判断装置是否运动受阻；根据是否受阻和行程S，对直流电机实施正转、反转或停止控制，从而对汽车直流电机装置实施控制。本发明所述方法的优点是，不需要传感器就可以设计制造控制器，对汽车直流电机装置进行控制，操作简单、实用。
文档编号H02P1/22GK101082822SQ20071009998
公开日2007年12月5日 申请日期2007年6月1日 优先权日2007年6月1日
发明者张建华 申请人:张建华