技术领域
[0001] 本发明涉及车门窗玻璃的技术领域，具体地，涉及一种基于触摸压感按键玻璃升降系统及方法。
相关背景技术
[0002] 目前车窗的升降控制方式大都采用按钮控制，控制逻辑分为两种：一种为按压超过额定幅度时可实现车窗一键升降功能，升降速度一定；另一种为在额定值之内根据按压时间实现车窗升降，升降速度也是固定不变的。这两种控制方式会导致车窗开启幅度难以控制，用户往往需要反复调节才可达到预期，且调节时间久，带给用户的直观感受就是车窗调节不跟手。最近出现的新车型越来越智能化，部分车窗的升降速度可以在中控系统中进行调节，但是这种改变升降速度的方式并不能解决用户痛点，固定速度的升降方式才是造成这一问题的根本原因。
具体实施方式
[0019] 以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
[0020] 在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
[0021] 为了至少部分地解决上述问题以及其他潜在问题中的一个或者多个，本公开的一个实施例提出了一种基于触摸压感按键玻璃升降系统，包括：压感传感器、转换电路、中央控制器、脉冲调制电路和电机，并接收调节频率，压感传感器接收按键位移输出差动电容；转换电路与压感传感器电连接，转换接受差动电容并转换为初始电压；中央控制器与转换电路电连接，中央控制器接收初始电压并基于初始电压输出调节频率；脉冲调制电路与中央控制器电连接，脉冲调制电路基于调节频率输出调制电压；电机与脉冲调制电路电连接，并接收调制电压，调制电压用于调节电机转速和转动方向。
[0022] 具体地，如图1所示，压感传感器设置在车窗的触摸压感按键的下方，当用于通过触摸压感按键施加按键位移时，压感传感器输出差动电容，即用户一次按键位移全程产生的差动电容。转换电路通过连接压感传感器将差动电容转换成电压信号，转换电路将接收的差动电容转换后输出初始电压。中央控制器为车载控制器或车窗控制器，中央控制器通过连接转换电路接收初始电压，中央控制器包括预设的初始电压与电机转速的对应关系，例如，初始电压与电机转速成正比，当中央控制器接收到初始电压信号后根据预设的对应关系确定其对应的电机转速，并根据确定的电机转速输出调节频率。脉冲调制电路采用PWM脉宽调制电路，通过中央控制器接收调节频率对其输出的调制电压进行调节。电机为车窗玻璃的驱动电机，电机与车窗玻璃的驱动机构连接，电机通过脉冲调制电路接收的调制电压改变其转动方向和转动速度，从而进一步地实现对车窗上升或下降速度的调节。
[0023] 在一些实施例中，电机包括电机码盘，中央控制器接收电机码盘的实时码盘值，中央控制器包括标定单元，标定单元用于存储初始电压对应的电机转速和调节频率，中央控制器基于实时码盘值计算电机的实时转速，并基于实时转速和调节频率对应的目标转速输出偏差频率，脉冲调制电路基于接收的偏差频率调节调制电压。
[0024] 具体地，电机码盘通过与中央控制器的通信连接输出电机的实时码盘值，使中央控制器通过实时码盘值计算电机转速。标定单元存储初始电压、调节频率和电机转速对应关系。当中央控制器接收到初始电压后，根据初始电压和电机转速的对应关系确定初始电压对应的目标转速，中央控制器根据确定的目标转速输出调节频率；当中央控制器根据实时码盘值确定电机的实时转速时，中央控制器根据标定单元确定实施转速对应调节频率与目标转速对应的调节频率的差值，并通过输出偏差频率对脉冲调制电路输出的调制电压进行调节，从而实现对电机转速的实时调节，提高车窗玻璃升降速度的控制精度。
[0025] 在一些实施例中，如图2所示，压感传感器采用板式压感传感器，包括动极板B、第一静极板A和第二静极板C，第一静极板A和第二静极板C设置在同一平面内，动极板B平行于第一静极板A和第二静极板C所在的平面，动极板B在其所在平面内基于按键位移绕固定轴转动，固定轴垂直于第一静极板A和第二静极板C所在平面，动极板B和第一静极板A输出第一电容值，动极板B和第二静极板C输出第二电容值，压感传感器基于动极板B的转动输出差动电容。在当动极板B在初始位置处时，第一电容C1和第二电容C2具有如下关系：
[0026]
[0027] 其中，S为动极板B和第一静极板A、第二静极板C的相对面积，d为动极板与第一静极板A、第二静极板C之间的距离，R为第一静极板A、第二静极板C的外缘弧线所在圆的半径，r为第一静极板A、第二静极板C的内圆弧线所在圆的直半径，α0为动极板B在初始位置处时分别与第一静极板A、第二静极板C相对部分对应的圆心角。当动极板B逆时针转动一定角度Δα时，第一电容值C1和第二电容值C2分别为：
[0028]
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[0030] 在另外的实施例中，压感传感器采用圆柱式压感传感器，以可以实现通过按键位移实现对动极板相对初始位置的角度位移，从而使压感传感器输出差动电容即可。相较于单电容式传感器，差动式输出更线性，精度高、稳定性好，具有抗干扰的特性。同时考虑到按键按压时的位移变化并不是直线，而是绕轴的转动，因此本申请中的压感传感器采用面积变化型差动式电容传感器，其基本原理是用户按压按键时会带动电动传感器的动极板产生角位移，导致电容两电极板之间的面积发生变化，使电容量发生变化，通过测量电容量的变化量可以反映用户按键位移度。
[0031] 在一些实施例中，转换电路包括电压比较器N1、电压比较器N2、双稳态触发器、低通滤波器、电容C11、电容C12，二极管VD11、二极管VD12、电阻R11、电阻R12，电压比较器N1和电压比较器N2的高电平输入端连接参考电压，电压比较器N1的低电平输入端连接电容C11，电压比较器N2的低电平输入端连接电容C12，电压比较器N1和电压比较器N2分别连接双稳态触发器的输入端，双稳态触发器的输出端连接低通滤波器的输入端，电阻R11的一端和二极管VD11的正极连接在电压比较器N1的低电平输入端和电容C11之间，电阻R11的一端和二极管VD11的负极连接在双稳态触发器输出端和低通滤波器之间，电阻R12的另一端和二极管VD12的正极连接在电压比较器N2的低电平输入端和电容C12之间，电阻R12的另一端和二极管VD12的负极连接在双稳态触发器输出端和低通滤波器之间。
[0032] 具体地，如图3所示，转换电路用于将压感传感器输出的差动电容进行电容电压转换。电容C11和电容C12分别对应电压传感器的第一电容和第二电容。电路工作时，输入一个稳定的正向参考电压Ur，此时，双稳态触发器输出端的A点为高电平，双稳态触发器输出端的B点为低电平，电容C11通过由电阻R11和电容C11组成的回路进行充电，当充至Ur时，电压比较器N1翻转，双稳态触发器输出端的A点为低电平，双稳态触发器输出端的B点为高电平，二极管VD11导通，电容C11放电，电容C12充电，当电容C12电压充电到与参考电压Ur相同时，电压比较器N2翻转。由此周而复始输出受电容C11和电容C12调制的高低电平。输出电压为A、B两个输出口的差值，差动电容C11和差动电容C12的存在可以消除电路中的共模偏差，实现更精准的电压转换。
[0033] 利用对压感传感器电容的充放电使电路输出的脉冲宽度随传感器电容量变化而变化，再通过低通滤波器转换为直流信号输入中央控制器内。相较于其他转换电流，它具有理论上的线性特性，保证输出的准确性，并采用直流电源，有更好的电压稳定性，无需经过稳压稳频处理，成本低精度高。
[0034] 在一些实施例中，脉冲调制电路包括锯齿波电路模块、调速前置模块和控制电路模块，锯齿波电路的输入端连接电源，调速前置模块的输入端连接锯齿波电路模块的输出端和中央控制器的输出端，控制电路模块的输入端连接调速前置模块的输出端，控制电路模块输出端连接电机。
[0035] 具体地，锯齿波电路模块用于生成锯齿波电压；调速前置模块的输入端接收锯齿波电压，同时接收中央控制基于输入的初始电压输出的调节频率，以及接收负偏置电压的输入，其中，负偏置电压用于确保0输入时的输出平均信号也为0；控制电路模块输出特定占空比的调制电压来控制电机的输入功率，进而改变升降电机的转速，进而由升降电机控制车窗玻璃的升降速度。
[0036] 在一些实施例中，锯齿波电路模块包括：时基芯片、电阻R3、电阻R2、电阻R1、电阻R4、电阻R5、三极管V5、电容C1、电容C2和电容C3，时基芯片采用时基555芯片，时基芯片的引脚1接地，时基芯片的引脚7连接电容C1的第一端，电容C1的第二端接地，时基芯片的引脚4连接电源E的正极，时基芯片的引脚8连接电源E的正极，时基芯片的引脚3连接电阻R4的第一端，电阻R4的第二端连接三极管V5的基极，三极管V5的集电极连接电源E的正极，三极管V5的发射极连接电阻R5的第一端，电阻R5的第二端接地，时基芯片的引脚6连接电阻R3的第一端，电阻R3的第二端连接电阻R2的第一端，电阻R2的第二端连接电阻R1的第一端，电阻R1的第二端连接电源E的正极，电容C2的第一端接地，电容C2的第二端连接在电阻R3的第一端和时基芯片的引脚6，时基芯片的引脚2连接在电阻R3的第一端和电容C2的第二端，电容C3的第一端连接在电阻R2的第二端和电阻R1的第一端，电容C3的第二端输出锯齿波信号Uf，连接调速前置模块的输入端，即电阻R7的第一端。
[0037] 在一些实施例中，调速前置模块包括放大器、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9和可变电阻R10，电阻R7的第一端连接电容C3的第二端，电阻R7的第一端连接放大器的反相输入端，电阻R6的第一端连接中央控制器，接收中央控制器输出的控制信号Uc，电阻R6的第二端连接放大器的反相输入端，可变电阻R10的第一端连接负偏置电压，可变电阻R10的第二端连接，放大器的反相输入端，电阻R8的第一端接地，电阻R8的第二端连接放大器的同相输入端，电阻R9的第一端连接放大器的同相输入端，电阻R9的第二端连接放大器的输出端，放大器的输出端连接控制电路模块的输入端。
[0038] 在一些实施例中，控制电路模块包括反相器、三极管V1、三极管V2、三极管V3、三极管V4、二极管VD1、二极管VD2、二极管VD3和二极管VD4，反相器的输入端连接调速前置模块的输出端，反相器的输出端连接三极管V3的基极，三极管V3的集电极连接电机的输入端，三极管V3的发射极连接二极管VD3的正极，二极管VD3的负极连接二极管VD1的正极，二极管VD1的负极连接三极管V1的集电极，三极管V1的基极连接调速前置模块的输出端，三极管V1的发射极连接电机的输入端，反相器的输出端连接三极管V4的基极，三极管V4的集电极连接电机的输入端，三极管V4的发射极连接二极管VD4的正极，二极管VD4的负极连接二极管VD2的正极，二极管VD2的负极连接三极管V2的集电极，三极管V2的基极连接调速前置模块的输出端，三极管V2的发射极连接电机的输入端，三极管V3和三极管V4的发射极接地。
[0039] 另一方面，提供一种基于触摸压感按键玻璃升降方法，压感传感器基于接收的按键位移输出差动电容；转换电路将接收的差动电容转换为初始电压信号；中央控制器接收初始电压信号，中央控制器包括初始电压与目标转速的对应关系，中央控制器基于初始电压信号输出目标转速对应的调节频率；脉冲调制电路接收调节频率，并响应于调节频率输出调制电压；电机接收调制电压，调制电压用于控制电机转速和转动方向。
[0040] 具体地，基于触摸压感按键玻璃升降方法采用如前任一所述基于触摸压感按键玻璃升降系统，当用户希望升降玻璃时，用户用手按压玻璃升降按键，按键位移变化幅度对应压感传感器电容量的变化，并通过压感传感器输出差动电容，由转换电路为电容电压转换电路，用于将差动电容转换为初始电压输入到中央控制器中，所述中央控制器基于已有的程序分析此初始电压对应的电机转速(或电机转速对应的压力值)，并将该电机转速对应的调节频率输出至所述PWM脉冲调制器内，由所述PWM脉冲调制器生成特定占空比的调制电压来控制电机的输入功率，进而改变所述升降电机的转速。
[0041] 在一些实施例中，还包括：电机包括电机码盘，中央控制器接收电机码盘输出的实时码盘值，中央控制器基于实时码盘值计算电机的实时转速，并基于实时转速和调节频率对应的目标转速输出偏差频率，脉冲调制电路基于接收的偏差频率调节调制电压。
[0042] 具体地，升降电机上的码盘将电机实时码盘值反馈给中央控制器，中央控制器计算出对应的实时转速，并与目标转速对比生成偏差频率，输入至PWM脉冲调制器内修正所述占空比，进而实现转速的精确快速控制。
[0043] 以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文。
