基于电流的电源视窗防夹机构自动阈值外文翻译资料

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基于电流的电源视窗防夹机构自动阈值

Wahyu Kunto Wibowo Jeong 萨姆·桑优 李雅敏

印度尼西亚佩塔米纳大学电气工程系

韩国普克永国立大学转介和空调系

韩国海洋大学机械工程分系

韩国普克永国立大学机电一体化工程系

摘要

在本文中， 汽车动力窗口已与一种先进的安全机制集成，称为防夹系统，以获得良好的保护。基于接触法，提出了一种采用低成本技术的新安全机制，将阈值作为确定夹点条件或自动阈值方法的限制。电流信息很容易通过使用安装在电机驱动器上的电流传感器来检测，而不需要额外的设备。然后利用系统中的电流信息快速反映和计算夹点条件。由于自动阈值是通过预先分析系统行为来决定的，因此可以保证最优计算，然后以具有成本效益的方式将其应用于安全机构。通过广泛的实验测试，验证了所提出的反销系统的压缩力，以满足FMVSS118法规的要求。

关键词 ：反弹夹 自动阀值 汽车动力窗口 直接探查测定法 电流信息 FMVSS118号法规

对应作者：

Wahyu Kunto Wibowo,

Department of Electrical Engineering,

Universitas Pertamina,

Komplek Universitas Pertamina, Jalan Teuku Nyak Arief, Simprug, Kebayoran Lama, Jakarta, Indonesia.

导言

防夹系统是动力窗口上的车辆安全机制，防止司机和乘客因人体卡死或夹在窗口区域而造成致命伤害和死亡[1]，[2]当电源窗口检测到指定区域的障碍物入侵时，防夹系统将开始工作，机动窗口将自动下降。反销系统的工作机制有两种：非接触法和接触法。非接触系统使用传感器（例如，电磁场传感器）检测障碍物的位置，以测量在窗口接触障碍物之前进入传感器空间电荷场的障碍物的接近距离。这种方法很少用于包含防夹系统的电源窗口，因为与类似的性能相比，它是一种高成本的机制[3]。另一方面，感知窗口上障碍物入侵的接触方法一般是基于防夹系统。该方案通过直接触摸窗口和影响直流电机行为的障碍物来感知障碍物[4]。

通过处理当窗玻璃碰到障碍物时直流电机转速的变化，提出了一种防夹技术[5]-[7]。 通过在直流电动机转子环磁铁附近安装霍尔集成电路速度传感器的数量来获得速度信息。传感器的输出是直流电机转速的信号周期。当车窗玻璃碰到障碍物时，电机转速的周期大于正常周期。通过对周期施加阈值，确定夹点条件的周期阈值由程序员手动设置。提出了一种接触式防夹系统。利用直流电机的角速度，然后根据角速度信息估计转矩速率，确定夹点条件[8]-[11]。利用卡尔曼滤波和滤波器估计转矩率。然后利用估计确定阈值，然后手动设置。此外，还提出了一种使用模糊逻辑方案[12]、[13]的天窗防夹系统。利用工作温度与电压的关系，建立了一个隶属函数来确定夹点条件。通过对隶属函数的比较，可以得到压缩力。

在本研究中，利用直流电机的电流作为决定夹点条件的主要信息，建立了该防夹系统。 电流传感器安装在直流电机驱动器上。使用当前信息的关键好处是，夹点条件以良好的灵敏度快速反映和检测。然而利用当前信息存在一些缺点，如容易产生干扰，从而导致噪声，也会使系统产生误报警。此外，直流电机参数在运行过程中的变化也会引起误夹报警。在运行时间上，当直流电机开始工作时，电流会在直流电机上产生热量或热能，来自直流电机的热量影响直流电机的电流信息。如果将手动阈值应用于已知存在这些缺陷的系统，可靠性低的系统将导致大量的假夹点警报。

在现有的防夹系统中，提出了自动阈值作为电流极限确定夹点条件的新方案。为了实现这种低成本技术，预先观察了电流特性，并分析了最优电流阈值，将其应用于防夹机构。在实验测试中，获得最佳的电流阈值，并与防夹系统相匹配。最后对所提出的防夹系统进行了挤压力试验，挤压力应符合FMVSS118安全标准。

研究方法

欧洲和美国公布了关于汽车安全动力窗口的严格规定：欧洲对2000/4/EC、11号指示的规定和美国对FMVSS118-S5的规定[14]，[15]。 这些规定规定了对最大压缩力的标准限制和电力窗口的最小安全反转距离，出于安全原因，必须由防夹系统确认。在本研究开发的防夹机构中，电流信息直接由电流传感器利用霍尔效应获得，霍尔效应附着在直流电机驱动器上。 为了使汽车电动车窗对驾驶员和乘客更加安全和舒适，实施了改进规定。在这种安全中，美国加强了适用于欧洲地区的车辆安全标准。表1说明了2000/4/EC和DOT FMVSS118-S5条例的关键特点。 挤压力、反转截面和反转距离（在#1和#2的情况下）对于这两种规定是相同的，但在#3的情况下，测试棒的力偏转比和反转距离是不同的。力挠度比取决于试验杆本身的尺寸。在FMVSS118中需要两个测试棒。值得注意的是FMVSS118的规定是更严格的使用65N/mm测试棒。

此外，窗口区域被划分为两个工作区域，用于防夹系统；停止区和反转区。窗户区域的反转区域是从4~200毫米，而这个区域以外的是 定义为停止区域。 防夹工作区如图1所示。基于电流，建议采用接触法的防夹系统，满足FMVSS118规定。这块地设计的防夹系统的AGRA M如图2所示。

表1. 电力窗口条例

图1. 防夹系统工作区窗户区域的安全规定

窗户玻

璃位置

窗口机制

图2. 基于电流的防夹系统原理图

防夹系统是基于作为动力窗口执行器工作的直流电机的电流变化。如果障碍物在窗口区域上，而窗口玻璃与障碍物接触，直流电机将受到负载扰动，因为障碍物使直流电机电流上升。此电流变化将由电流传感器检测，如果电流值超过当前阈值，则将检测为夹点条件。本文提出了一种自动阈值法。位置传感器也用在防夹系统中作为辅助传感器，检查窗框上的窗玻璃位置。根据安全规定，窗户玻璃在框架上的位置对于决定危险区域是重要的，并且必须在停止区和反转区上包含不同的响应。当系统检测到夹点条件时，它将直接检查窗口玻璃的位置，以决定夹点条件发生在哪个位置。

2.1直流电机电流特性

本文提出了一种自动阈值在反针系统中进行夹点决策的方法。 在将自动阈值应用于系统之前，应观察当前特性并分析最佳计算。 图3描述了包括直流电机作为执行器的完整电源窗口模型的框图。 整个系统可分为直流电机部分和窗口力学部分，其中包含一套机械齿轮和窗口玻璃。

直流电机的外加电压V为12V。直流电机电流值可以从电流传感器产生的信号中得到。 直流电动机电流为电枢电流Ia，并通过处理该电枢电流得到夹点条件。 从图3中的线性功率窗口模型 反销系统直流电动机的总电枢电流Ia如下：

(1)

从图4来看，直流电机电流值一直不一致。 从1.5到3.3s，窗口到达窗框的曲率区域。 在这段时间内，当系统运行时，窗玻璃与框架之间的摩擦发生变化，因此扰动扭矩T d正在上升，从而使直流电机电流上升。 具有自动电流阈值的防夹系统使用这些直流电机电流特性。自动电流阈值在系统运行应覆盖和运行的所有时间。

图3. 电力窗口模型的框图

• • • 1. (b)

图4. 直流电机电流特性(a)实际，(b)线性模型

2.2采用自动阈值法进行寸径判定

在实际系统中，直流电机的电流幅值总是根据直流电机的情况而变化。 新的直流电机电流特性将不同于旧的直流电机特性。操作定时也会导致直流电机电流幅值发生变化，采用自动阈值法，设计了防夹系统来克服这些问题。 通过分析动力窗口系统直流电机电流特性，确定了采用自动阈值法的夹点决策。 利用系统辨识方案，可以预测直流电机电流模型如下：

(2)

（ 2 ）

其中系统的所有参数都包含了直流电机模型、窗口力学以及窗口玻璃与窗框之间的摩擦特性。

即使系统扰动转矩在变化，也不会影响电流值的瞬态状态。 Widyan等人 [16]分析了直流电机的瞬态响应随外加电压的变化而发生的变化。 在本研究中，发现瞬态时间内的电流值完全覆盖了电源窗口操作上的所有直流电机电流值。 在此基础上，将利用直流电机瞬态时间区域的电流值的样本数据计算自动阈值。 在定义了自动阈值的计算面积后，可以使用瞬态时的电流值从方程（1）计算出瞬态时的电流阈值(Ith)。

（ 3 ）

其中，检测夹点条件的合理自动阈值电平为瞬态时间最大电流的97%。 这种方法可以被认为是解决夹点检测的系统方法，而不是手动阈值。

基于方程（3）作为自动阈值的计算，功率窗口响应如图5所示。 指出当系统出现夹点条件时，直流电机电流将上升。 如果电流超过阈值水平，则反针系统将被激活，使窗口玻璃在反转区向下移动，然后窗口将停止在停止区。

图5. 应用于电源窗防夹系统的自动阈值

3.经验和讨论

在本实验中，采用LabVIEW控制直流电机驱动器，并根据传感器信号计算直流电机电流。此外，还利用LabVIEW计算了防夹系统的压缩力.. 图6描述了使用LabVIEW的电源窗口系统实验装置的基本特征。 使用夹具连接到电源窗口的负载单元作为力传感器来检测电源窗口的压缩力。 作为试验杆的更换，将试验弹簧连接在与FMVSS118-S5规范

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