控制車輛的可移動閉合元件的方法與流程
2023-10-29 12:56:42 2
本文總體涉及車輛的可移動閉合元件，並且更具體地涉及一種控制可移動閉合元件的方法。
背景技術：
車輛可以包括各種可移動的閉合元件，包括例如側窗、後升降門窗、動力滑動門、天窗和月亮天窗。在車輛的正常操作過程中使用這些可移動閉合元件可產生鄰近閉合位置的夾點(pinchpoint)。在工業中已知的是，減小鄰近閉合位置的可移動閉合元件的行進或移動速度可使在閉合過程期間存在障礙的情況下這種夾點的影響最小化。事實上，車輛安全標準規定了在這種情況下可以施加到障礙物體的力的大小。
工業中常見的控制可移動閉合元件的速度的一種方法是使用脈衝寬度調製。脈衝寬度調製速度控制通過以一系列「開-關(on-off)」脈衝驅動馬達並且改變佔空比來工作，即脈衝的輸出電壓為「開(on)」的時間與當其為「關(off)」時相比的分數，同時脈衝保持頻率恆定。通過改變這些施加的脈衝的寬度並由此改變施加到馬達終端的平均直流(dc)電壓來控制被用來驅動馬達的電力。通過改變或調製這些脈衝的定時，可以控制馬達的轉速，即脈衝「開啟(on)」越長，馬達將旋轉地越快，同樣地，脈衝「開啟(on)」越短，馬達將旋轉地越慢。
使用脈寬調製的一個顯著缺點是產生電磁兼容性問題。換句話說，使用脈衝寬度調製來控制車輛內的驅動馬達可以產生無意的電磁能量，這可能導致不期望的效果，例如馬達附近的其他設備中的電磁幹擾或甚至物理損壞。甚至，在某些情況下，由於馬達的啟動/停止，脈衝寬度調製的使用可能引起機械振動。因此，需要一種用於控制可移動閉合元件的速度而不產生不想要的電磁幹擾或電磁兼容性問題的方法和相關電路。這種系統將使可移動閉合元件在初始位置和最終位置之間移動，同時允許調節移動速度。該調節可以被設計成克服與可移動閉合元件相關聯的密封件的阻滯力(retardingforce)，或者在鄰近閉合位置的夾點處遵守車輛安全標準。理想地，系統將允許車輛完全符合相關車輛安全標準地操作，並且將最小化(如果沒有消除的話)任何電磁兼容性問題。
此外，控制電路可以利用一個或多個分流器來控制馬達轉速。分流器可以形成為具有變化電阻的印刷電路板上的跡線。通過減少提供變化的馬達轉速所需的控制軟體的數量，利用跡線減少了印刷電路板上所需的空間、所使用的部件的數量，總成本、部件故障的數量以及印刷電路板和整個系統的總體複雜性。甚至，使用分流器消除了對脈衝寬度調製控制的需要。
技術實現要素：
根據本文所述的目的和益處，提供了一種控制車輛的可移動閉合元件的方法。該方法可以廣義地描述為包括以下步驟：確定可移動閉合元件的初始位置；啟動可移動閉合元件的移動；以及當可移動閉合元件處於可移動閉合元件的初始位置和最終位置之間的中間位置時，在第一分流器和第二分流器之間切換電力。
在一個可能的實施例中，第一分流器和第二分流器是印刷電路板上的第一跡線和第二跡線。
在另一可能的實施例中，啟動步驟包括根據可移動閉合元件的初始位置將電力切換到第一分流器或第二分流器。
在另一個可能的實施例中，啟動步驟包括當可移動閉合元件的初始位置被確定為閉合位置時，最初將電力切換到第一分流器。在另一個實施例中，切換步驟包括當可移動閉合元件處於中間位置時將電力從第一分流器切換到第二分流器。
在另一個可能的實施例中，啟動步驟包括當可移動閉合元件的初始位置被確定為打開位置時，將電力切換到第二分流器。在又一個實施例中，切換步驟包括當可移動閉合元件處於中間位置時將電力從第二分流器切換到第一分流器。
在又一些其它實施例中，可移動閉合元件是側門窗、後門窗、動力滑動門、天窗或月亮天窗。
根據本發明的第二方面，提供了一種控制車輛的可移動閉合元件的方法，包括以下步驟：開始將可移動閉合元件從初始位置移動到最終位置；以及在可移動閉合元件的初始位置和最終位置之間的第一中間位置處，在第一分流器和第二分流器之間切換電力。
在另一可能的實施例中，該方法還包括在第一中間位置和最終位置之間的第二中間位置處在第二分流器和第三分流器之間切換電力的步驟。
在又一可能的實施例中，第一分流器、第二分流器和第三分流器是印刷電路板上的第一跡線、第二跡線和第三跡線。
在又一個可能的實施例中，第二中間位置鄰近最終位置，並且在第二中間位置處在第二分流器和第三分流器之間切換電力的步驟減慢可移動閉合元件的移動，以提供足夠的時間段在可移動閉合元件與位於可移動閉合元件的在第二中間位置和最終位置之間的路徑內的物體之間接觸的情況下，使可移動閉合元件反向移動。
在另一可能的實施例中，用於控制車輛的可移動閉合元件的電路可以被廣義地描述為包括用於在初始位置和最終位置之間驅動可移動閉合元件的馬達、具有第一電阻的第一分流器、具有第二電阻的第二分流器、用於將電力從所述第一分流器和所述第二分流器切換到所述馬達的繼電器、以及連接到所述繼電器的控制模塊，該控制模塊用於使所述繼電器通電並根據可移動閉合元件的位置將電力從所述第一分流器和所述第二分流器引導到所述馬達。
在另一個可能的實施例中，用於控制車輛的可移動閉合元件的電路還包括與所述第一分流器並聯連接的第一開關和與所述第二分流器並聯連接的第二開關，並且其中所述控制模塊被連接到所述第一開關和所述第二開關，以根據可移動閉合元件的位置引導電力通過所述第一分流器和所述第二分流器。在又一個實施例中，第一開關和所述第二開關是功率半導體器件。
在又一個可能的實施例中，第一分流器和所述第二分流器是印刷電路板上的跡線，並且所述第一分流器具有第一電阻，並且所述第二分流器具有不同於第一電阻的第二電阻。
在另一個可能的實施例中，用於控制車輛的可移動閉合元件的電路還包括與所述第一分流器並聯連接的第一開關和與所述第二分流器並聯連接的第二開關，並且控制模塊被連接到所述第一開關和所述第二開關，以根據可移動閉合元件的位置選擇性地引導電力通過所述第一分流器和所述第二分流器。
在另一可能的實施例中，當可移動閉合元件的初始位置是閉合位置時，控制模塊選擇性地引導電力通過所述第一分流器，並且當可移動閉合元件處於中間位置時，控制模塊將來自第一分流器的電力重新引導通過所述第二分流器。
在又一個可能的實施例中，當可移動閉合元件的初始位置是打開位置時，控制模塊選擇性地引導電力通過所述第二分流器，並且當可移動閉合元件的初始位置處於中間位置時，控制模塊將來自第二分流器的電力重新引導通過所述第一分流器。
在其它可能的實施例中，用於控制上述車輛的可移動閉合元件的電路被包括到車輛中。
在下面的說明書中，示出和描述了控制車輛的可移動閉合元件的方法和相關電路的幾個實施例。應當認識到，方法和電路能夠具有其它不同的實施例，並且它們的幾個細節能夠在各種顯而易見的方面進行修改，而不脫離在所附權利要求中闡述和描述的方法和組件。因此，附圖和描述應當被認為本質上是說明性的而不是限制性的。
附圖說明
併入本文並形成說明書的一部分的附圖示出了車輛、電路和方法的若干方面，並與說明書一起用於解釋其某些原理。在附圖中：
圖1是以透視圖示出的車輛的示例性圖示；
圖2是車輛側門和部分打開的側窗的側視平面圖；
圖3是車輛頂部和部分打開的天窗的俯視平面圖；
圖4是用於控制車輛的閉合元件的示例性電路的框圖；和
圖5是用於選擇性地切換第一和第二分流器以控制馬達轉速和扭矩的示例性控制電路的框圖。
現在將詳細參考控制車輛的可移動閉合元件的方法的本文優選實施例和相關電路，其示例在附圖中示出，其中相同的附圖標記用於表示相同的元件。
具體實施方式
現在參考圖1，通常示出了配備有各種可移動閉合元件的機動客運車輛10。車輛10通常示出為具有包括動力可移動閉合元件的車身的客運車輛。動力可移動閉合元件包括例如側門窗12，其在車輛10的側門16中的開口14內在打開位置和閉合位置之間移動。其它示例性可移動閉合元件可包括運動型多用途車的後門窗、小型貨車中的動力滑動門、天窗或月亮天窗。
對於本領域技術人員顯而易見的是，側窗12可以響應於用戶開關18經由門控制單元20被致動，並且可以包括致動器22，例如馬達，以移動支撐側窗12的機構24(如圖2所示)，如本領域中已知的。定位在側門16內的機構24通常支撐側窗12，並且響應於門控制單元20而由馬達22致動，以如本領域已知的使側窗相對於側門中的開口14在初始位置和最終位置之間上下移動。在所述實施例中，例如，初始位置可以是閉合位置，其中側窗12完全升起並抵靠窗密封件28的上部26，並且最終位置可以是打開位置，其中側窗被完全縮回到側門16中。或者，初始位置和最終位置可以是在打開位置和閉合位置之間的中間位置，或者打開、閉合和中間位置的組合，並且門控制單元/馬達組合可以由如本領域中已知的內置有控制能力的智能馬達代替。
如圖2最佳所示，窗密封件28設置在側門窗12和側門16之間，以在關閉時密封車輛10。在圖中，側窗12被示為在初始位置(其中側窗完全打開)到最終位置(其中側窗完全關閉的)之間移動(參見動作箭頭34)。當其在初始位置和最終位置之間移動時，側窗12接合更多的密封件28。這產生了阻止側窗12的運動的阻滯力，並且導致側窗的運動減慢。這種阻滯力也可以通過側門16的結構產生，例如通過硬點或金屬板彎曲。
為了克服這種阻滯力並且提供側窗12的更一致的運動，可以向在中間位置驅動側窗的馬達22提供額外的電力。以這種方式，如果沒有完全消除，則可以減少側窗移動的視覺上明顯的減速。當然，改變提供給在多個中間位置驅動側窗12的馬達22的電力將進一步減少側窗移動的任何視覺上明顯的減速。
根據門結構和接合的密封量，中間位置可以是初始位置和最終位置之間的任何點。在圖2所示的側門16中，側窗12在其大部分行程中僅接合密封件28的後部30。直到側窗12幾乎完全關閉之前，密封件28的前部32都不被接合。因此，圖2中的側窗12所示的中間位置接近最終位置。在替代實施例中，側窗12可在其行進開始時接合密封件28的前部32和後部30二者。在這種布置中，將在表示中間位置向初始位置靠近的移動的較早的點處產生抵抗側窗的移動的更大的阻滯力。
除了保持視覺上一致的移動之外，提供給驅動側窗12的馬達22的電力可以在鄰近或靠近閉合位置的中間位置處減小，以限制施加到定位在側窗的移動路徑內物體(例如，手指或手)上的力的大小。鄰近或靠近閉合位置的中間位置可以是提供給馬達22的電力改變的第一中間位置，或第二或另外的中間位置。當側窗接近閉合位置時減慢側窗的移動的目的是提供足夠的時間段以在側窗和物體之間接觸的情況下停止側窗12的移動和/或使側窗12反向移動。以這種方式，可以至少根據車輛安全標準將在移動停止或反向之前施加到物體上的力最小化。
雖然圖2中所示和上文所述的移動在打開位置和閉合位置之間，但是當側窗12在閉合位置和打開位置之間移動時，同樣的邏輯適用。在這種情況下，側窗12在整個移動過程中接合減少量的密封件28。這減小了阻滯力並且導致側窗12在其接近打開位置時更快地移動。為了克服初始阻滯力，提供給驅動側窗12的馬達22的初始電力量可以是高的。然而，當更少的密封件28接合時，在初始位置和最終位置之間的中間位置處，提供給馬達22的電力減小，以保持側窗的運動，儘管為了提供更一致的移動而使阻滯力更小。以這種方式，如果沒有完全消除，則可以減少側窗移動的視覺上明顯的增加速度。當然，改變提供給在多個中間位置驅動側窗12的馬達22的電力將進一步減少側窗移動的任何視覺上明顯的減速。
圖1所示的車輛10還具有位於車輛車身的車頂36中的動力天窗組件。天窗組件包括可移動閉合元件38(示出為部分打開)，例如通常稱為月亮天窗的透明玻璃窗。天窗是可伸縮的頂板，通常由與車輛的車身相同的材料製成，其允許光或空氣進入車輛。玻璃的，或者是以其他方式透視或透明的天窗是通常被稱為月亮天窗。為了本發明的目的，月亮天窗被認為是天窗的子集。如本領域中已知的，類似於側窗12，天窗38可以響應於用戶開關(未示出)而被致動，並且可以包括致動器，例如馬達42，以移動機構48從而移動天窗38。在圖3所示的所述實施例中，機構48由馬達42致動，以使天窗38相對於頂部36中的開口44在初始或打開位置和最終或閉合位置之間移動，如動作箭頭46所示。甚至更多地，馬達42可以是具有內置控制能力以代替天窗控制單元/模塊的智能馬達。
與側窗12一樣，當打開和關閉天窗38時也會出現類似的問題。雖然天窗通常不使用類似於與側窗結合使用的密封件，但是在初始位置和最終位置之間的移動可能涉及阻滯力。例如，形成附接到天窗38以支撐和促進移動的機構48的一部分的彈簧在天窗接近閉合位置時產生針對關閉移動的最大阻力。為了克服這種阻滯力並且在整個移動中提供天窗38的更一致的移動，可以在初始位置和最終位置之間的中間位置處向馬達42提供附加的動力。以這種方式，如果不完全消除，可以減少天窗運動的視覺上顯著的減速。當然，改變在多個中間位置處提供給馬達42的電力將進一步減少天窗移動的任何視覺上明顯的減速。根據用於移動天窗的機構，中間位置可以是初始位置和最終位置之間的任何點。
除了保持視覺上一致的運動之外，提供給馬達42的電力可在鄰近或接近閉合位置的中間位置處減小，以便限制施加到位於所述天窗38的路徑內的物體的力的大小。這是關於側窗12使用的相同構思，並且同樣適用於滑動側門、升降門窗等。更多地，根據用於移動天窗38的機構，當閉合位置接近時，其移動可能需要減速。以這種方式，存在足夠的時間段以允許天窗或動力滑動門的適當移動，以實現關閉，並且在閉合元件和物體之間接觸的情況下停止閉合元件的移動或使閉合元件反向移動。以這種方式，可以至少根據車輛安全標準將在移動停止或反向之前施加到物體的力最小化。
雖然圖3中所示和上文所述的移動在打開位置和閉合位置之間，但是當在天窗38在閉合位置和打開位置之間移動時，適用同樣的邏輯。在這種情況下，施加到天窗38的力在整個運動過程中減小。這使得天窗38在其接近打開位置時更快地移動。為了在打開時適應初始力，提供給驅動天窗38的馬達42的初始電力量可以較低。然而，當施加較小的力時，在初始位置和最終位置之間的中間位置處，提供給馬達42的電力增加以加速天窗的移動，以提供更一致的運動。以這種方式，如果不完全消除，則可以減少天窗的視覺明顯的減速。當然，改變提供給在多個中間位置驅動天窗38的馬達42的電力將進一步減少天窗的任何視覺上可察覺的速度變化。
圖4示出了用於控制車輛10的閉合元件(例如，側窗12)的示例性電路50的框圖。電路50包括安裝在側門16的面板中本領域已知的門控制單元20。在所述實施例中，印刷電路板(pcb)52被支撐在門控制單元20內。門控制單元20和pcb52通過通信網絡54連接到多個車輛控制模塊中的至少一個。如本領域中已知的，通信網絡54可以是控制器區域網(can)總線或局部互連網絡(lin)總線。門控制單元20連接到控制模塊56，控制模塊56在所述實施例中是車身控制模塊。控制模塊56將致動器開關18的狀態傳送到門控制單元50。在開關18激活時，門控制單元20經由pcb52上的控制電路60從電源58(例如，車輛電池)向馬達22供電。如上所述，馬達22的致動使支撐側窗12的機構24在初始位置和最終位置之間移動。移動由開關18和控制電路60二者控制。
在圖5中示出了示例性控制電路60的框圖。如圖所示，控制電路60包括用於選擇性地將電力信號(v+)和接地信號切換到馬達22的繼電器62。在所描述的實施例中，繼電器62是雙極繼電器，其能夠向第一端子提供電力信號，並且將接地信號提供給馬達22的第二端子，用於在第一方向上旋轉馬達。例如，第一旋轉方向可以使諸如側窗的閉合元件向上移動。或者，繼電器62可以被操作以向第二端子提供電力信號，並且向馬達22的第一端子提供接地信號，用於在第二方向(例如側窗的向下運動)上旋轉馬達。繼電器62的操作和閉合元件的移動方向的控制由開關68響應於控制模塊56來控制。在所述實施例中，開關68包括兩個pnp電晶體，用於響應於經由控制模塊56的控制信號而選擇性地將電力信號導向繼電器62的第一極或第二極。
除了切換馬達22的旋轉方向之外，控制電路60還能夠經由第一分流器64或第二分流器66提供電力信號，以便如上所述地針對初始、中間和最終位置控制馬達的轉速。更具體地，控制模塊56確定來自電源58的電力是否經由第一分流器64或第二分流器66提供給繼電器62。在所述實施例中，第一分流器64和第二分流器66各自是具有預定值或電阻金屬跡線。如本領域中已知的，根據跡線的寬度和厚度確定電阻。第一和第二分流器64、66與開關70、72並聯連接，使得當不使用時相應的分流器從電路有效地移除。在所描述的實施例中，開關70、72各自是功率半導體器件(例如，金屬氧化物半導體場效應電晶體或mosfet)。第一開關70和第二開關72從控制模塊56接收控制信號。
在替代實施例中，第一分流器64和第二分流器66可以與開關70、72串聯連接。例如，當開關70斷開時，第一分流器64將有效地從電路中移除。類似地，當開關72斷開時，第二分流器66將有效地從電路移除。甚至，閉合開關70和72兩者將包括電路中的兩個開關，並且可以用於為閉合元件提供第三速度選擇。例如，僅使用第一分流器64產生與第一速度相關聯的第一電阻，僅使用第二分流器66產生與第二速度相關聯的第二不同電阻，並且利用第一和第二分流器二者產生與第三速度相關聯的第三組合電阻。根據本發明，可以使用任何數量的分流器來創建額外的速度選擇，用於為閉合元件的移動提供更精細的控制程度。
在圖5所示的本文所述電路的操作中，根據閉合元件的確定的初始位置，可以引導電力信號通過第一分流器64或第二分流器66。在本文所述的示例中，側窗12被確定為最初處於閉合位置。因此，電力信號在第一或穩態操作模式下被引導通過第一分流器64，從而開始側窗12的移動。如上詳細所述，當將側窗12從閉合位置降低到打開位置時，這種布置提供了馬達和側窗的移動的穩定速度，同時與大量的窗密封件28接合。
當側窗12在初始位置和最終位置之間移動時，窗密封件28的接合量減小，並且在中間位置，電力信號可以通過第二分流器66切換，以減少導向馬達22的電力大小。將電力信號引導通過第二分流器66增加了馬達22之前的電阻大小，其減小了馬達的轉速和轉矩二者。在該示例中，限制轉速和扭矩有效地減緩了在較少密封件28接合的中間點處的側窗移動，從而允許在初始位置和最終位置之間的移動顯得更加一致。當然，控制模塊56能夠根據初始位置是打開位置、閉合位置還是中間位置並根據閉合元件是側窗、滑動側門、天窗等，將第一分流器64和第二分流器66切換到控制電路56中和從控制電路56移除。
在這個或替代實施例中，控制電路60可以包括第三分流器，其也可以是具有不同預定值或電阻的金屬跡線。第三分流器同樣與開關並聯連接，使得響應於來自控制模塊56的控制信號，在不使用時有效地從電路中移除分流器。在該實施例中，電力信號可以在第二中間位置被切換通過第三分流器，以消除夾點。
在一個實施例中，第二中間位置鄰近最終或閉合位置，並且在馬達22之前引導電力信號通過第三分流器減小了馬達的轉速和扭矩二者。限制轉速和扭矩使第二中間點處的側窗移動減慢，這提供了停止側窗移動或使側窗反向移動的額外時間，以便在閉合過程中存在阻塞的情況下最小化這種夾點的影響。當然，根據上述教導，可以通過附加的分流器來提供對可移動閉合元件移動的額外控制。
總之，如本文所示，控制車輛10中的閉合元件12的方法產生了許多好處。該方法能夠控制閉合元件12，從而確保閉合元件在初始位置和最終位置之間的穩定移動，雖然與閉合元件相關聯的密封件存在阻滯力和/或使在鄰近閉合位置的夾點處符合車輛安全標準，同時消除了對脈衝寬度調製控制的需要。
出於說明和描述的目的呈現前述內容。其並不旨在窮舉或將實施例限制為所公開的精確形式。根據上述教導，顯而易見的修改和變化是可能的。例如，天窗控制系統的操作可以在不考慮降水或門是否被鎖定的情況下進行。當根據其公平、合法和公正地被授予的寬度來解釋時，所有這些修改和變化都落在所附權利要求的範圍內。