基于的汽车电动车窗防夹控制系统设计

基于μC/OS-Ⅱ的汽车电动车窗防夹控制系统设计DesignofAutomobilepowerwindowanti-pinchcontrolSystembaseonμC/OS-Ⅱ作者姓名艾晨晨学位类型工程硕士学科、专业电子与通信工程研究方向信号检测与处理系统导师及职称王琼副教授胡璋高级工程师2013年8月基于μC/OS-Ⅱ的汽车电动车窗防夹控制系统设计摘要汽车电子技术的迅猛发展，加快了汽车性能的提升，人们对汽车的乘坐舒适性和安全性的要求也越来越高，因此诞生了如：自动防抱死刹车系统（ABS）、电子车身稳定控制系统（ESP）、电子刹车辅助系统（EBA）、自适应转向大灯系统（AFS）等汽车安全控制系统，大大提升了汽车的安全性能。本文介绍的电动车窗防夹系统作为目前中高端车上一个重要的安全控制装置，在国内还没有自主品牌防夹产品应用于实际车型中的报道。一些比较流行的国产知名品牌汽车如奇瑞、吉利、比亚迪等采用的电动车窗防夹系统基本上采用的还都是国外公司防夹产品。因此汽车电动车窗防夹系统的研制是一个非常有意义的课题。论文对汽车电动车窗防夹系统的工作原理展开了研究和设计，针对电动车窗传动系统主要参数计算的基础上建立了直流电机升降车窗的运动模型，并采用霍尔信号检测与机械功率检测相结合的防夹控制策略，避免了由于机械摩擦的变化和机械传动的间隙而造成电机电流的不连续产生的误判断，从而提高了系统的性能。论文通过分析汽车电动车窗防夹控制器的系统需求，以飞思卡尔单片机MC9S12XEP100为核心，设计了系统的硬件电路，完成了霍尔脉冲信号调理电路、霍尔电流信号调理电路、电机驱动电路及CAN通信电路等电路的设计。引入了嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ并成功移植，完成了汽车电动车窗防夹应用系统各功能模块的软件设计和实现。本文设计的电动车窗防夹系统在奇瑞风云系列车窗升降器中进行了实验测试，结果表明：电动车窗防夹系统的硬件电路设计合理可行，软件所采用的控制策略正确、有效，系统运行稳定可靠。关键词：电动车窗防夹霍尔脉冲机械功率μC/OS-ⅡMC9S12XEP100DesignofAutomobilepowerwindowanti-pinchcontrolSystembaseonμC/OS-ⅡAbstractTherapiddevelopmentofautomobileelectronictechnologyhasacceleratedtheimprovementoftheperformanceoftheautomobile,peopleontherequirementsofautomobileridecomf-ortandsafetyarealsoincreasing.forthisreasonsuchas:Anti-lockBrakingSystem(ABS),Elec-tronicStabilityProgram(ESP),ElectronicBrakeAssist(EBA),AdaptiveFront-lightingSystem(AF-S)andotherautosafetycontrolsystemwasborn,whichgreatlyenhancethesafetyperformanceofacar.Thepowerwindowanti-pinchsystemintroducedbythisarticle,asaimportantsafetycontrold-eviceincurrenthigh-endcar,whichhasnoreportsontheownbrandanti-pinchproductsbeenusedi-nthepracticaltypeofcar.Somepopulardomesticfamousbrandsofcar,suchasChery,Geely,BY-Dandsomeotherbrands,whosepowerwindowanti-pinchsystembasicallyuseanti-pinchproductsfromforeigncompanies.Sothecarpowerwindowanti-pinchsystemdevelopmentisaveryi-nterestingtopic.Theintroductionofthisarticleanalyzestheautomobileanti-pinchelectricwindowssystemworks,onthebasedofthemainparametersinthepowerwindowdriveDCmotorliftwindowscomputingandmotionmodel,theHallsignaldetectionanddetectionofmechanicalpowercontrolcombinedstrategyisusedtoavoidgeneratingmisjudgment.Changesduetomechanicalfrictionandmechanicaltransmissioncausedbythegapofthemotorcurrentisnotcontinuous.Throughtheanalysisoftheautopowerwindowanti-pinchsystemrequirementsofcontroller,ta-kethefreescalemicrocontrollerMC9S12XEP100asthecore,designedthehardwarecircuitofthes-ystem,completeddesignsofthehallcurrentsignalconditioningcircuit,motordrivecircuitandCA-Ncommunicationcircuitandothercircuits.Introducedtheembeddedreal-timeoperatingsystemμC/OS-Ⅱandsuccessfullytransplantedit,completedeachfunctionmodule'sdesignandachievemento-fthesoftwareintheautopowerwindowanti-pinchapplicationsystem.Theexperimenttestoftheautomotivepowerwindowanti-pinchcontrolsystemintheCheryFulwinseries'windowlifter.Theresultsshowthehardwarecircuitoftheautomotivepowerwindowanti-pinchcontrolsystemisreasonableandthecontrolstrategyofsoftwareisaccurateandeffective.Thesystemwhichcanworksteadilyandreliablycanimprovevehiclesafety.Keywords:anti-pinchelectricwindows；Hallpulse；μC/OS-Ⅱ；MC9S12XEP100；致谢通过近一年的时间，在论文完成之际，向在我完成硕士论文过程中帮助过我的所有老师和同学表达最真诚的谢意！没有他们的帮助，我的论文就不会顺利的完成。首先，要特别感谢我的研究生导师王琼副教授，在我整个研究生学习和生活期间，她给予了我无微不至的关怀，并在学术研究上言传身教。她在繁忙的教研任务中抽出宝贵时间，从毕业设计的选题、资料收集、系统设计、论文撰写以及修改等各方面给我提供耐心细致的指导和帮助。并且，导师在生活中的优良品格和治学上的严谨态度也深深地影响着我，为我在今后的工作学习中树立了榜样。其次，要感谢我的家人，感谢他们的养育之恩，感谢他们教导我如何做人做事。并且，没有他们的支持，我就不可能安心复习并顺利考取研究生，也不可能取得今天的这些成绩。再次，我要感谢实验室的老师们，给我创造了良好的学习条件和科研氛围，让我能够全身心地投入到课题的研究，并顺利完成论文的写作。还有实验室的同学们，他们在平时给了我很多帮助，给了我学习的动力，给了我家一般温暖的生活学习环境。最后，还要感谢合肥工业大学以及每一位曾经给我授过课的老师。感谢合肥工业大学给我提供了优良的学习条件和氛围，感谢老师们教给我相关专业知识，这些都是我成长的必要条件。作者：艾晨晨2013年8月23日目录第一章绪论...........................................................................................11.1课题研究的背景和意义................................................................................11.2国内外研究现状.............................................................................................21.2.1国外汽车电动车窗防夹技术的发展..............................................21.2.2国内汽车电动车窗防夹技术的应用..............................................31.3引入嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ的意义.....................................................31.4本文研究的主要内容....................................................................................61.5本章小结..........................................................................................................6第二章汽车电动车窗防夹控制算法关键技术研究.......................................72.1汽车电动车窗防夹工作原理.......................................................................72.2汽车电动车窗传动系统主要参数计算......................................................92.3直流电机升降车窗的运动模型.................................................................102.4基于机械功率检测的电动车窗防夹控制关键技术..............................122.4.1汽车电动车窗防夹区位置检测.....................................................122.4.2汽车电动车窗电机机械功率检测.................................................132.4.3仿真与结果分析...............................................................................152.5本章小结..........................................................................................................6第三章汽车电动车