玻璃升降器防夹算法的建模与仿真研究

摘要

汽车产业飞速发展不断推动着汽车从纯机械化产品到电子自动化产品的过渡。目前汽车的平均电子化程度已经达到40％~50%，部分高档汽车超过60%。尽管国内汽车电子产品的复杂性与功能性在不断增强与完善，但在汽车电子产品可靠性方面与国外同类型电子产品仍存在较大差距，在很大程度上制约着我国电子产品的深入发展。　　为了提高防夹模块的可靠性，本课题采用基于模型（Model-Based）的开发方法对汽车电动玻璃升降器的防夹控制算法进行建模与仿真研究，提出了改进的防夹控制算法，该算法能通过双重车窗玻璃受力大小的判定标准实现对车窗玻璃防夹控制的优化，提高防夹控制系统的可靠性。课题首先利用Simulink/Simscape/SimMechanics的建模与仿真环境建立了电动玻璃升降器系统的仿真模型，创新地将热量传递过程加入到一般的直流电机模型中；为了确保模型参数的有效性，利用Simulink的参数估计工具（Parameter Estimation）对它的主要参数进行了估计；在对比分析目前国内外主流的玻璃升降器防夹控制算法的基础上，针对课题的玻璃升降器防夹控制系统的设计要求提出基于双霍尔传感器和直流电机电流检测的DHSCD（Double Hall Sensor andCurrent Detection）防夹控制算法。该算法通过直流电机电流的检测能直接判断玻璃的受力大小；通过双霍尔传感器的脉冲个数、脉冲宽度以及脉冲相位差分别判断车窗玻璃的位置、受力大小和运动方向。基于此防夹控制算法的思想，利用Simulink/Stateflow事件驱动逻辑建模与仿真环境建立了玻璃升降器DHSCD防夹控制算法的仿真模型。在Matlab/Simulink软件平台对玻璃升降器防夹控制算法进行离线仿真的验证后，利用dSPACE平台完成了防夹控制算法的快速控制原型仿真测试、目标控制器的自动代码生成、硬件在环仿真验证与控制器标定等过程。离线仿真和半实物实时仿真的验证结果表明采用基于模型（Model-Based）的方法开发的电动玻璃升降器防夹控制算法可以达到主机厂认可的可靠性与环境适应性要求。　　本文的研究在一定程度上为其他更加复杂的汽车电子产品的开发提供了有效的思路与方法，在提高我国汽车电子产品的可靠性方面具有一定的参考价值。

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第1章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 玻璃升降器防夹技术的国内外研究现状

1.3 论文的主要内容与结构

第2章 电动玻璃升降器系统模型的建立

2.1 电动玻璃升降器的结构及工作原理

2.2 Simulink/Simscape物理建模环境

2.3 开关和继电器模型的建立

2.4 直流电机模型的建立

2.5 机械传动模型的建立

2.6 本章小结

第3章 电动玻璃升降器系统模型的参数估计

3.1 基于Matlab/Simulink模型的参数估计

3.2 直流电机模型的参数估计

3.3 本章小结

第4章 电动玻璃升降器防夹控制算法的建模

4.1 电动玻璃升降器防夹控制系统的设计要求

4.2 DHSCD防夹控制算法

4.3 基于Simulink/Stateflow的DHSCD防夹算法的建模

4.4 外界物理环境对防夹控制算法的影响及解决方案

4.5 本章小结

第5章 电动玻璃升降器防夹控制算法的仿真与验证

5.1 基于Simulink的防夹控制算法的离线仿真

5.2 基于dSPACE的防夹控制算法的仿真与验证

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 研究总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

攻读学位期间获得与学位论文相关的科研成果目录