轿车天窗防夹控制算法研究与系统设计

摘要

随着人们对轿车天窗便捷性、舒适性和安全性需求的不断提高，轿车天窗控制技术尤其是防夹控制一直是近年来汽车电子领域研究的热点。作为轿车车身控制系统中的一个重要部件，天窗具有通风换气、摄影需求等重要作用。然而，轿车天窗在带来便利的同时，也存在潜在一些安全隐患。国外在电动窗防夹控制方面研究起步较早，技术也相当成熟，因此一些大型的汽车零部件公司几乎垄断了全球中高档轿车的天窗产品。国内对防夹控制研究起步较晚，且技术不够成熟，目前大部分带有防夹功能的电动天窗还需依靠进口国外产品。因此，研究天窗系统防夹控制算法，使防夹技术国产化，是目前汽车电子领域的热点课题。
　　本文首先分析了电机电流、霍尔脉冲、电流纹波、电机转矩以及电机功率防夹算法，对比分析各种防夹控制算法的优劣。其次详细分析了轿车天窗电机较硬的机械特性、被夹障碍物较为柔软的特点以及轿车运行过程中产生短暂或持续的抖动对夹持识别的影响，利用灰色理论处理含有不确定扰动系统的优点，建立天窗系统灰色模型，提出了基于灰色理论的n-n'防夹算法。该算法采用灰色理论对不确定性扰动进行预测和补偿，结合霍尔速度和霍尔加速度防夹算法对夹持状态识别和抑制路况干扰的各自优势，精确检测外部干扰和内部参数摄动对防夹决策造成的影响，运用机理分析法找出霍尔速度和霍尔加速度与电机转矩的变化关系，采用两者线性加权组合作为防夹决策判断因子，从而快速准确的实施防夹判断。最后，设计了轿车天窗控制系统ECU和天窗防夹监控软件，为本文算法提供基本的实验平台。
　　本文以某公司提供的轿车天窗为实验平台，采用自主研发的“天窗防夹监控软件”，进行算法仿真与应用测试。仿真实验和测试结果表明:本文提出的防夹算法不仅具有较好的响应速度，而且对复杂路况下的不确定干扰具有较好的抑制作用，同时对系统内部参数摄动具有较好的鲁棒性。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 课题背景及来源

1．1．1 轿车天窗介绍

1．1．2 课题来源

1．2 研究目的及意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 电动窗防夹控制技术研究现状

1．3．2 电动窗防夹算法研究现状

1．4 论文的主要研究内容

1．5 论文的结构与章节安排

第2章 防夹算法基础

2．1 天窗结构与防夹介绍

2．1．1 天窗结构介绍

2．1．2 天窗防夹介绍

2．2 基于电枢电流的防夹算法

2．2．1 电流幅值防夹算法

2．2．2 电流斜率防夹算法

2．2．3 电流积分防夹算法

2．3 基于霍尔脉冲的防夹算法

2．3．1 霍尔速度防夹算法

2．3．2 霍尔加速度防夹算法

2．4 基于电枢电流纹波的防夹算法

2．5 基于转矩和功率的防夹算法

2．5．1 基于转矩的防夹算法

2．5．2 基于功率的防夹算法

2．6 本章小结

第3章 基于灰色理论的n-n’防夹算法

3．1 灰色理论介绍

3．2 轿车天窗系统灰色建模

3．3 基于灰色理论的n-n’防夹算法提出

3．3．1 夹持识别观测量的选取

3．3．2 基于灰色理论的干扰预测

3．4 基于灰色理论的n-n’防夹算法设计

3．4．1 基于灰色理论的n-n’防夹算法参数设计

3．4．2 基于灰色理论的n-n’防夹算法流程

3．5 本章小结

第4章 防夹控制系统设计与测试

4．1 天窗电机ECU设计

4．1．1 微控制器模块

4．1．2 电机驱动电路模块

4．1．3 霍尔传感器模块

4．1．4 输入／输出电路模块

4．1．5 电机控制电路PCB设计

4．2 天窗防夹监控软件设计

4．2．1 QT软件介绍

4．2．2 天窗防夹监控软件界面设计

4．2．3 天窗防夹监控软件信号和槽设计

4．3 算法仿真测试与结果分析

4．3．1 天窗电机参数选择

4．3．2 算法响应特性实验

4．3．3 算法抗干扰性试验

4．4 控制系统应用测试

4．5 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表学术论文

附录B 攻读学位期间参与科研项目