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一种电动乘客门 控制器及控制方法

阅读：777发布：2023-03-21

专利汇可以提供一种电动乘客门控制器及控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种电动乘客门控制器及控制方法，包括上壳、PCBA板、下壳、功率信号插件和控制信号插件；通过检测组合开关信号，使电动乘客门控制器进入自学习模式；自学习模式包括记录开关门行程、开门过程的电流曲线和关门过程的电流曲线；在学习到开门行程之后，电动乘客门控制器会将开关门行程划分成多段，每段都会记录一个正常电机电流和正常电机转速，并设定防夹电流和防夹转速。本发明具有电机参数自适应、防夹电流自学习、开关门行程自学习、乘客门位置检测、电机驱动电流检测、温度检测补偿算法、故障诊断等功能，即实现了电动门控制器的控制灵活、防夹灵敏、开关门平顺、调试简单、故障率低的技术优势。，下面是一种电动乘客门控制器及控制方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种电动乘客门控制器，其特征在于：包括上壳、PCBA板、下壳、功率信号插件和控制信号插件；所述的功率信号插件和控制信号插件焊接在PCBA板上，PCBA板通过螺丝固定在下壳上，下壳通过螺丝和上壳固定；所述的PCBA板上设有MCU最小系统、开关量采集电路、模拟量采集电路、电源输出、高边功率输出、电源电路、CAN总线模块、外部存储模块、电机驱动电路、频率信号检测电路和主从检测电路，其中上述模块均直接与MCU最小系统连接；所述的功率信号插件用于连接电机；控制信号插件用于连接整车信号。
2.根据权利要求1所述的一种电动乘客门控制器，其特征在于：在乘客门上设有角度传感器，所述的角度传感器将采集到的乘客门的开关角度以电压的方式传输到模拟量采集电路中。
3.根据权利要求1所述的一种电动乘客门控制器，其特征在于：所述的电机内设有温度传感器和霍尔传感器。
4.根据权利要求1所述的一种电动乘客门控制器，其特征在于：所述的电动乘客门控制器上还设有主从检测管脚；所述的主从检测管脚能够实现双控制器协同工作，分别控制两扇乘客门的动作。
5.一种采用电动乘客门控制器对乘客门进行控制的方法，其特征在于：
首先通过检测一组组合开关信号，使电动乘客门控制器进入自学习模式；所述的自学习模式包括记录开关门行程、开门过程的电流曲线和关门过程的电流曲线；在学习到开门行程之后，电动乘客门控制器会将开关门行程划分成多段，每段都会记录一个正常电机电流和正常电机转速，并设定防夹电流和防夹转速；
当电机电流为大于等于所述的正常电机电流的125%，或电机转速为小于等于所述的正常电机转速的60%时，触发电流防夹，乘客门保持开门状态并等待下次命令；
电动乘客门控制器通过频率信号检测电路检测电机霍尔传感器所发出的脉冲数，根据开关门行程计算电机每转一圈乘客门所运行的距离，并将计算出电机所转的圈数换算为乘客门的位置，判断乘客门开关是否到位。
6.根据权利要求5所述的一种采用电动乘客门控制器对乘客门进行控制的方法，其特征在于：所述的电动乘客门控制器检测温度传感器，判断当前电机温度，当环境温度低于零下20℃时，所述的电动乘客门控制器会启动电机驱动补偿算法；所述的电机驱动补偿算法为：首先测试乘客门在从-40℃至85℃的温度变化中，开关门时电机的电流曲线和转速曲线，并将所述的电流曲线和转速曲线与常温25℃下的电流曲线和转速曲线相比较，计算出补偿量作为算法中的一个参数，对电机驱动补偿算法进行补偿。
7.根据权利要求5所述的一种采用电动乘客门控制器对乘客门进行控制的方法，其特征在于：电动乘客门控制器能够对不同型号的无刷直流电机实现自适应，首先将已知的多个电机的参数提前存储到控制器中，并进行预驱动；在预驱动时，控制器会对比实际采集到的电机参数和预先存储的电机参数是否一致，如果电机参数符合，则首次选择的电机正确，如果发现电机参数在误差之外，则切换电机参数，重新进行预驱动，直到电机参数相一致。

说明书全文

一种电动乘客门 控制器及控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于客车零部件领域，具体涉及一种电动客车门控制器及控制方法。

背景技术

[0002] 目前公交车和客车上安装的乘客门，根据驱动门的动力不同，可以分为气动乘客门和电动乘客门两种。

[0003] 气动乘客门目前使用的比较广泛，几乎国内市场上所有客车和公交车目前使用的都是气动乘客门。气动乘客门的优点是控制简单、技术门槛低、总体成本低相对较低、容易实现；缺点是安全性差，容易出现夹伤人、关不上门、打不开门等故障；行业故障率高，根据有关统计，因气动元件造成的市场故障在1.8%左右；开关门速度不易调整，无法满足客户需求；电动乘客门的优点是控制灵活、防夹灵敏、开关门平顺、调试简单、故障率低，是一种发展趋势。但国外的同类产品多为零部件厂商为乘客门厂商定制开发的专用系统，将控制器和乘客门作为一个系统销售，存在成本高、通用性差、以及受接口、尺寸的影响不适用于乘客门厂商现有接口等问题，很难推广。

[0004] 对于气动乘客门，乘客门控制器是通过控制一个电磁阀切换气路，实现开门和关门。

[0005] 其实现开关门的过程大致如下：检测到开门信号——控制电磁阀换向——气路导通实现开门；
检测到开关信号——控制电磁阀换向——气路导通实现关门；
这种乘客门控制器的缺点是：功能简单，不直接驱动乘客门，因此在乘客门运行的过程中，开关门速度的快慢、开关门所用的时间、门是否关到位、门是否关紧、是否有晃动、关门过程中是否夹到了东西等，控制器都无法自行检测。

[0006] 为了弥补乘客门控制器的不足，乘客门在系统结构上需要增加很多东西。如为了调节开关门速度，达到客户满意的值，需要反复调节气泵的压力。为了实现防夹，需要增加气囊传感器，这种气囊传感器的缺点是在小于10℃时气囊会变硬，导致防夹不灵敏甚至失效。而且在乘客门下方有约10cm的区域是用来密封气囊的没有防夹功能，容易出现夹伤脚的现象。由于需要调节气泵压力、安装气囊传感器和密封等，给乘客门安装和调试带来了很大的不变。根据统计，每辆车在下线之前，花费在乘客门调试上的时间，平均在30分钟左右。

[0007] 对于电动乘客门，国外的产品器控制器多为定制化产品，即和乘客门是配套使用的，不能单独拆开销售。其技术特点是，将控制器安装在乘客门的门轴内，直接控制门轴。受国内车型的结构限制，很难直接使用，而且定制化带来的高成本、适用性差等问题，使其很难很快推广。

[0008] 因此如何设计出一款电动乘客门控制器，即能实现电动乘客门的控制灵活、防夹灵敏、开关门平顺、调试简单、故障率低的技术优势，又能实现通用性强、成本低、方便推广的市场需求，成为有待解决的关键问题。

发明内容

[0009] 本发明为了解决上述问题，本发明提供了一种采用直流无刷电机控制技术，输出功率为200W的电动乘客门控制器，该控制器具有电机参数自适应、防夹电流自学习、开关门行程自学习、乘客门位置检测、电机驱动电流检测、温度检测补偿算法、故障诊断等功能，即实现了电动门控制器的控制灵活、防夹灵敏、开关门平顺、调试简单、故障率低的技术优势；又实现了通用性强、成本低、方便推广。

[0010] 本发明采用的技术方案为：一种电动乘客门控制器，包括上壳、PCBA板、下壳、功率信号插件和控制信号插件；所述的功率信号插件和控制信号插件焊接在PCBA板上，PCBA板通过螺丝固定在下壳上，下壳通过螺丝和上壳固定；所述的PCBA板上设有MCU最小系统、开关量采集电路、模拟量采集电路、电源输出、高边功率输出、电源电路、CAN总线模块、外部存储模块、电机驱动电路、频率信号检测电路和主从检测电路，其中上述模块均直接与MCU最小系统连接；所述的功率信号插件用于连接电机；控制信号插件用于连接整车信号。

[0011] 进一步，在乘客门上设有角度传感器，所述的角度传感器将采集到的乘客门的开关角度以电压的方式传输到模拟量采集电路中。

[0012] 进一步，所述的电机内设有温度传感器和霍尔传感器。

[0013] 进一步，所述的电动乘客门控制器上还设有主从检测管脚；所述的主从检测管脚能够实现双控制器协同工作，分别控制两扇乘客门的动作。

[0014] 一种采用电动乘客门控制器对乘客门进行控制的方法，该方法首先通过检测一组组合开关信号，使电动乘客门控制器进入自学习模式；所述的自学习模式包括记录开关门行程、开门过程的电流曲线和关门过程的电流曲线；在学习到开门行程之后，电动乘客门控制器会将开关门行程划分成多段，每段都会记录一个正常电机电流和正常电机转速，并设定防夹电流和防夹转速；当电机电流为大于等于所述的正常电机电流的125%，或电机转速为小于等于所述的正常电机转速的60%时，触发电流防夹，乘客门保持开门状态并等待下次命令；
电动乘客门控制器通过频率信号检测电路检测电机霍尔传感器所发出的脉冲数，根据开关门行程计算电机每转一圈乘客门所运行的距离，并将计算出电机所转的圈数换算为乘客门的位置，判断乘客门开关是否到位。

[0015] 进一步，所述的电动乘客门控制器检测温度传感器，判断当前电机温度，当环境温度低于零下20℃时，所述的电动乘客门控制器会启动电机驱动补偿算法；所述的电机驱动补偿算法为：首先测试乘客门在从-40℃至85℃的温度变化中，开关门时电机的电流曲线和转速曲线，并将所述的电流曲线和转速曲线与常温25℃下的电流曲线和转速曲线相比较，计算出补偿量作为算法中的一个参数，对电机驱动补偿算法进行补偿。

[0016] 进一步，电动乘客门控制器能够对不同型号的无刷直流电机实现自适应，首先将已知的多个电机的参数提前存储到控制器中，并进行预驱动；在预驱动时，控制器会对比实际采集到的电机参数和预先存储的电机参数是否一致，如果电机参数符合，则首次选择的电机正确，如果发现电机参数在误差之外，则切换电机参数，重新进行预驱动，直到电机参数相一致。

[0017] 本发明产生的有益效果是：1、适用性强，通过参数标定的方式，实现对不同无刷直流电机的控制，通过自学习的方式，实现对不同行程和不同结构乘客门的控制；
2、结构简单，安装方便；
3、调试方便，整车用于电动乘客门的时间可以控制在1分钟以内，大大提高了整车的生产节拍；
4、防夹控制灵敏，功能没有死角；
5、通过控制电机转速可以很方便调节开关门速度，满足客户需求；
6、开关门过程分段控制，开关门平顺无拐点，开关门过程中，可以实时监控乘客门所在位置；
7、故障率低，设计故障率只有500ppm。
附图说明

[0018] 图1为本发明的结构示意图；图2为PCBA板上的模块连接图。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图对本发明作进一步的说明如图1所示，本发明是一种用于控制电动乘客门的控制器，该控制器由上壳1、PCBA板2、下壳3、功率信号插件4和控制信号插件5组成，其中功率信号插件4和控制信号插件5焊接在PCBA板2上，PCBA板2通过螺丝固定在下壳3上，下壳3通过螺丝与上壳1固定。在本发明中，上壳1和下壳3采用金属材料制成，其功能为：1、PCBA板上的发热部件通过导热片与下壳接触，能够起到辅助散热的作用；2、金属外壳能够屏蔽电磁干扰，对外界的电磁辐射能够起到隔离作用，同时能够防止控制器内部的电磁干扰辐射出去，影响整车其它设备；3、金属外壳能够吸收静电，防止静电干扰影响控制器。控制器分别通过功率信号插件4和控制信号插件5连接电机和整车信号，功率信号插件4和控制信号插件5能够将电机驱动线束和整车信号线束分开，减少线束之间的串扰，避免电机驱动信号影响到整车信号，造成逻辑检测错误。

[0020] 如图2所示，PCBA板2上设有多种模块，由MCU最小系统201、开关量采集电路202、模拟量采集电路203、5V电源输出204、高边功率输出205、电源电路206、CAN总线模块207、外部存储模块208、电机驱动电路209、频率信号检测电路210和主从检测电路211共11部分组成。通过这些电路模块，实现了电动乘客门控制器的开关门开关量信号检测、电机温度检测、电机驱动、电机转速检测、电机位置检测、电机相电流检测、乘客门位置检测、输入电源防反接、CAN通讯、主机从机自识别、参数标定、故障诊断、低功耗和唤醒等功能。

[0021] 本发明采用了无刷直流电机控制技术，通过试验发现，可以将影响电机控制的一些参数抽象出来，作为电机控制算法的变量；在更换电机后，只需要将电机的这些参数通过标定的方式写到控制器中，就可以实现对新电机进行可靠控制。这些参数包括：电机极对数、电机减速比、电机三相霍尔传感器布置角度、绕组电阻、绕组电感、额定转速、额定电流、堵转电流、空载电流、额定扭矩、反电动势常数以及电机常数等。参数标定通过CAN总线模块207，标定后，参数保存在外部存储模块208中。通过以上技术，实现了控制器不与电机绑定，不限定电机型号，适用于用任意采用无刷直流电机驱动的乘客门。

[0022] 本发明还实现了对不同型号的无刷直流电机实现自适应。具体方案是，首先将预知的两个电机的参数提前存储到控制器中。在实际应用时，控制器并不需要预先知道所控制的电机是哪个型号，而是先按照一个电机进行预驱动；在预驱动时，控制器会对比实际采集到的电机参数和预先存储的参数，如果关键参数符合，说明首次选择的电机正确，如果发现关键参数在误差之外，则说明首次选择的电机错误。

[0023] 本发明能够实现对不同行程、不同结构的乘客门进行控制。具体方案是，首先通过检测一组组合开关信号，使控制器进入自学习模式。自学习内容包括开关门行程、开门过程的电流曲线、关门过程的电流曲线。在学习到开门行程之后，软件会将开关门行程划分成十段，每段都会设定一个防夹电流和防夹转速，从而实现对开关门行程进行精准控制，保证每个阶段的防夹的灵敏性和乘客门运行的平顺性。通过自学习，可以将整车乘客门调试时间由原来的30分钟降到1分钟以内，大大提高了整车的生产节拍。

[0024] 本发明中的控制器还具有如下功能：电流防夹：在自学习的过程中，控制器会对开关门行程每个阶段的电流进行了记录。电流防夹是在关门过程中，若检测到电流突然增加25%，电机转速明显降低60%，则认为触动防夹，触发防夹后，保持开门状态等待下次命令。通过测试，控制器所实现的电流防夹比原来的气囊防夹灵敏性提高了50%以上；而且防夹力很方便控制，不受温度的影响，不存在气囊防夹中因乘客门下方有约10cm的区域没有防夹功能的问题。

[0025] 乘客门位置全程监测：控制器通过自学习后，记录了开关门的行程，并且通过计算可以得出电机每转一圈，乘客门所运行的距离。在乘客门从开到关的过程中，通过频率信号检测电路210，检测电机霍尔传感器所发出的脉冲数，计算出电机所转的圈数并换算为乘客门的位置，从而实现了在开关门过程中，对乘客门位置进行全程监测，且精确到1mm。通过对乘客门行程的检测，可以判断出乘客门开关是否到位，当前运行在所划分的哪个行程区间。

[0026] 为了保证乘客门位置监测的可靠性，控制器提供了备份设计：即通过在乘客门转动机构上安装角度传感器的方式进行检测。角度传感器安装后，在开门位置和关门位置，所输出的电压不同。在自学习时，控制器会记下开门位置、关门位置以及乘客门在运行到每个阶段时的电压。在开关门控制过程中，通过模拟量采集电路203检测角度传感器输出的电压，就可以判断出乘客门所在的位置。

[0027] 低温下电机驱动补偿算法：在环境温度低于零下20℃时，受乘客门本身机械结构的影响，阻力会变大，如果还采用常温下的控制策略，会无法开门。本发明中，通过采集电机温度，在低温下，通过补偿算法，提高控制电流，实现低温下正常开关门。本方案在电机内集成了温度传感器，温度传感器输出为电阻量，电阻值随温度的升高而减小，随温度的下降而增大。控制器通过检测温度传感器的电阻值，就可以判断出当前电机的温度。如在常温25℃时，温度传感器输出为1KΩ；在-40℃时，温度传感器输出为36.7KΩ；在高温85℃时，温度传感器输出为88Ω。

[0028] 在实验室中，将测试台架放进步入式高低温箱中，测试温度从85℃到-40℃变化时，开关门的电流曲线和转速曲线，并将电流曲线和转速曲线和常温25℃下的这两个曲线进行比较，计算出补偿量作为开关门算法中的一个参数，对算法进行补偿。

[0029] 双控制器主从扩展功能：本发明可以通过配置主从检测管脚，实现双控制器协同工作，应用在由两扇乘客门，并且每扇乘客门都由单独电机控制的乘客门中；通过主从检测电路211实现。在双控制器系统中，将主控制器的主从检测管脚接到整车电源上，配置成高电平，从控制器的主从检测管脚接地或悬空。控制器通过检测自身主从检测管脚的电平，判定是主控制器还是从控制器。在关门时，从控制器先动作，主控制器后动作；在开门时，主控制器先动作，从控制器后动作。

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