用于障碍物检测的方法和系统与流程

1.本发明涉及一种用于检测由电马达驱动的可移动地布置的车辆部件的移动障碍物的方法，以及一种用于控制电马达的操作的马达控制系统，其中，电马达可操作地联接到可移动地布置的车辆部件以用于移动车辆部件。此外，本发明涉及一种车顶组件，所述车顶组件包括可移动地布置的部件和所述马达控制系统。


背景技术：

2.敞开式车顶组件在本领域中是公知的。已知的敞开式车顶组件布置在车辆的车顶上，其中，在车顶中设置有开口。可移动地布置的封闭构件选择性地处于打开位置或关闭位置。在打开位置中，车辆的内部与车辆的外部开放式接触，例如用于在内部提供新鲜空气。在关闭位置中，车辆的内部被关闭并且例如被保护免受雨水和其他外部影响。在已知的敞开式车顶组件中，封闭构件可以是(半)透明的，以在封闭构件处于关闭位置时允许阳光进入内部。
3.通常，电马达被设置并且可操作地联接到封闭构件，以使封闭构件在打开位置和关闭位置之间移动。通常，当从关闭位置移动到打开位置时，封闭构件首先倾斜，然后封闭构件朝向打开位置滑动。倾斜和滑动移动由驱动线缆操作的适当机构来提供，该驱动线缆由电马达拉动或推动。由于机构的不同移动和部件，由电马达施加的力可能沿着驱动线缆的轨迹变化。这种力的变化使阻碍封闭构件的移动的障碍物的检测复杂化。
4.在现有技术中，公开了许多方法来检测这种障碍物，例如夹在封闭构件和车顶的开口的边缘之间的物体。特别地，直接检测方法和系统是已知的，其中例如通过使用照相机或辐射束(例如红外光)的中断来直接检测车顶中的开口中的任何物体。间接方法也是已知的。例如，将马达电流的量与封闭构件的位置，特别是位置的变化进行比较。这种位置变化可以通过确定马达轴或马达传动装置的旋转量来确定。这种间接方法可以是成本有效的，因为它们不需要昂贵的附加部件，并且可以容易地实施。然而，由于上述力的变化和相关的速度变化，间接方法可能是缓慢的或不一致的。为了确保安全操作，可以选择用于检测的阈值，但这使得错误障碍物检测的可能性增加。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种用于检测阻碍可移动地布置的车辆部件的移动的障碍物的可靠且快速的方法和系统。
6.在第一方面，该目的在根据权利要求1索素和的用于检测可移动地布置的车辆部件的移动障碍物的方法中实现。该车辆部件可操作地联接到电马达，使得所述电马达可以驱动所述车辆部件。电马达被供应有用于操作的马达电流。根据本发明的方法包括以下步骤：向电马达供应电源电压以便提供马达电流；确定所述马达电流的频率含量；以及分析所述频率含量以确定是否存在移动障碍物。
7.马达电流随时间变化，而与马达电流是ac电流还是dc电流无关。这种变化可能是
由于马达换向、车辆部件的移动的驱动中的力变化或任何其它原因。这种变化可以具有低或高的频率。通过对马达电流的适当分析，可以确定马达电流的频率含量。例如，确定信号的频率含量的公知方法是傅立叶变换，但是其它技术和方法也是公知的。
8.注意，在现有技术中，由于马达换向而产生的马达电流纹波用于确定马达旋转和车辆部件的相关位置。这种电流纹波检测不在如本文所使用的马达电流的频率含量的分析的范围内。电流纹波在频谱中在纹波频率处产生主峰，并且在其谐波频率处产生相关峰。确定主峰的频率可以用于确定马达轴的转速。相反，如本文所使用的，频率含量的分析包括确定频谱中的一个或多个频率的水平或量。
9.已经发现，与不存在障碍物的情况相比，阻碍车辆部件移动的障碍物显著地改变马达电流的频率含量。因此，对马达电流的频率含量的适当分析使得能够容易且快速地检测障碍物的存在。
10.在该方法的实施例中，分析步骤包括如下步骤：分析频率含量以确定频率含量是否满足预定条件；以及基于频率含量是否满足预定条件，确定是否存在移动障碍物。例如，可以将所确定的频率含量与预定阈值进行比较。然而，也可以应用任何其它条件。简单且快速地检测障碍物的最合适的条件可以取决于所使用的电马达类型、可移动地布置的车辆部件的机械构造以及其它方面和属性。可以认为，本领域技术人员能够比较未被阻碍的车辆部件和被阻碍的车辆部件的频率含量，并且基于比较的结果，选择合适的方法来检测障碍物。
11.在一个实施例中，分析步骤可以包括将所确定的频率含量与先前确定的频率含量进行比较以确定频率含量的变化的步骤。所确定的差可以用于确定障碍物的存在。在另一个实施例中，可以参考先前确定的值等直接分析确定的频率含量。
12.在一个实施例中，分析基于比预定下限频率高的频率的频率含量和/或基于比预定上限频率低的频率的频率含量。频率含量的变化在某些频率下可能更明显，这可能取决于所使用的电马达类型、可移动地布置的车辆部件的机械构造以及其它方面和属性。可以认为，本领域技术人员能够比较未被阻碍的车辆部件和被阻碍的车辆部件的频率含量，并且基于比较结果，识别频谱中最适合于简单和快速检测的任何频率。
13.在另一方面，本发明提供一种用于控制电马达的操作的马达控制系统，其中电马达可操作地联接到可移动地布置的车辆部件以用于移动车辆部件。电马达构造成被供应有马达电流，并且马达控制系统构造成检测移动障碍物。障碍物检测基于对马达电流的频率含量的分析。因此，马达控制系统构造成执行上述方法。
14.在一个实施例中，移动障碍物检测基于所确定的马达电流的频率含量的变化，特别是与先前确定的频率含量相比。
15.在一个实施例中，移动障碍物检测基于比预定下限频率高的频率的频率含量和/或基于比预定上限频率低的频率的频率含量。在特定实施例中，马达控制系统包括用于对马达电流的频率含量进行滤波的频率滤波器，其中频率滤波器包括低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器中的至少一者。因此，可以容易地分离和分析频率含量的特定部分，其中，预先确定了在频谱的这种部分中的频率含量在障碍物的情况下明显地改变。
16.在一个实施例中，频率滤波器是以马达电流作为输入的模拟滤波器，并且其中马达控制系统构造成分析频率滤波器的输出。
17.可移动的车辆部件可以是任何其它电驱动的和可移动的部件，例如侧窗或后挡板。
18.在一个方面，本发明提供了一种用于车顶的车顶组件，所述车顶组件包括可移动地布置的封闭构件、可操作地联接到封闭构件的电马达以及根据权利要求6所述的用于检测移动障碍物的马达控制系统，所述移动障碍物阻碍封闭构件移动。
附图说明
19.本发明的进一步的应用范围将从以下给出的详细描述中变得显而易见。然而，应当理解，详细描述和具体示例虽然指示了本发明的实施例，但仅以说明的方式给出，因为根据参考所附示意图的该详细描述，本发明的范围内的各种改变和修改对于本领域技术人员将变得显而易见，其中：
20.图1a是具有敞开式车顶组件的车顶的透视图；
21.图1b示出了图1a的敞开式车顶组件的分解图；
22.图2示出了用于车顶的敞开式车顶组件的俯视图；
23.图3示出了用于根据图2的敞开式车顶组件的电马达的实施例的频率含量的曲线图；
24.图4示出了根据图2的敞开式车顶组件中的电马达的实施例的频率含量的曲线图；
25.图5a示出了根据本发明的马达控制系统的实施例；
26.图5b示出了在图5a的实施例中使用的频率滤波器的滤波器属性；
27.图6a示出了供应至根据图2的敞开式车顶组件中的电马达的马达电流；以及
28.图6b示出了从图6a所示的马达电流中过滤的频率含量的测量。
具体实施方式
29.现在将参照附图描述本发明，其中在所有的几个视图中，相同的附图标记用于标识相同或相似的元件。
30.图1a示出了其中布置有敞开式车顶组件的车顶1。敞开式车顶组件包括可移动面板2a和固定面板2b。可移动面板2a也被称为封闭构件，因为可移动面板2a可在第一车顶开口3a上方移动，以便能够打开和关闭第一车顶开口3a。在第一车顶开口3a的前侧处布置有导风板4。
31.在所示实施例中，可移动面板2a可以处于关闭位置，所述关闭位置为如下位置：可移动面板2a布置在第一车顶开口3a的上方并将所述第一车顶开口关闭，并且因此通常布置在车顶1的平面内，此外，可移动面板2a可以处于倾斜位置，所述倾斜位置为如下位置：可移动面板2a的后端部re比关闭位置时升高，而可移动面板2a的前端部fe仍然处于关闭位置。此外，可移动面板2a可以处于打开位置，所述打开位置为如下位置：可移动面板2a滑动打开并且第一车顶开口3a部分地或完全地暴露。
32.注意，所示的车顶1对应于客车。然而，本发明不限于客车。也可以考虑任何其它类型的可以设置有可移动面板的车辆。
33.图1b示出了与图1a所示相同的车顶，其具有面板2a和2b。特别地，虽然图1a示出了处于打开位置的敞开式车顶组件，但是图1b是处于关闭位置的敞开式车顶组件的分解图。
此外，在图1b的该分解图中，示出了存在第二车顶开口3b。第一和第二车顶开口3a、3b设置在敞开式车顶组件的框架5中。框架5的边缘5a限定第一车顶开口3a。
34.第二车顶开口3b布置在固定面板2b下方，使得光可以通过固定面板2b进入车辆内部乘客舱，假定固定面板2b是玻璃面板或类似的透明面板，例如由塑料材料或任何其它合适的材料制成。具有透明或半透明的固定面板2b的第二车顶开口3b是可选的，并且在敞开式车顶组件的另一实施例中可以省略。
35.挡风板4通常是柔性材料，例如具有布置在其中的通孔的织造或非织造布或者幅材或网。柔性材料由支撑结构4a支撑，例如杆状或管状结构，所述支撑结构在铰接部4b处直接或间接地铰接地联接到框架5。
36.挡风板4布置在第一车顶开口3a的前面，并且当可移动面板2a处于打开位置时调整气流。在挡风板的升高位置处，挡风板4降低了由于行驶期间的气流所引起的不便噪音。当可移动面板2a处于关闭位置或倾斜位置时，挡风板4被保持在可移动面板2a的前端部fe的下方。
37.通常，当可移动面板2a滑动到打开位置时，挡风板4被弹簧力升起，而当可移动面板2a滑动回到其关闭位置时，挡风板4被可移动面板2a向下推动。在图1a中，可移动面板2a示出为处于打开位置，并且挡风板4示出为处于升高位置。在图1b中，可移动面板2a示出为处于关闭位置，并且挡风板4相应地被示出为处于其被向下按压的位置。
38.图1b还示出了具有第一引导组件6a、第二引导组件6b、第一驱动线缆7和第二驱动线缆8的驱动组件。第一和第二引导组件6a、6b布置在可移动面板2a的相应的侧端部se上，并且每个均可以包括引导件和机构。引导件联接到框架5，而机构包括可移动部件并且在引导件中能够可滑动地移动。第一和第二驱动线缆7、8设置在相应的引导组件6a、6b的机构与电马达9之间。
39.驱动线缆7、8将电马达9联接到相应的引导组件6a、6b的机构，使得在操作电马达9时，机构开始移动。特别地，驱动线缆7、8的芯部通过电马达9移动，以推动或拉动相应的引导件6a、6b的机构。这种驱动组件在本领域中是公知的，因此在此不作进一步阐述。而且，在不脱离本发明的范围的情况下，也可以采用任何其它合适的驱动组件。此外，在特定实施例中，电马达能够可操作地布置在相应的引导件与引导组件6a、6b的相应的机构之间，并且在这样的实施例中，驱动组件可以完全省略。
40.在所示的实施例中，引导组件6a、6b可以随着升高可移动面板2a的后端部re而开始移动，从而使可移动面板2a处于倾斜位置。然后，引导组件6a、6b可以从倾斜位置开始滑动以使可移动面板2a处于打开位置。然而，本发明并不限于这样的实施例。例如，在另一实施例中，可移动面板2a可以通过升高后端部re而移动到倾斜位置，而通过首先降低后端部re然后将可移动面板2a滑动到固定面板2b下方或在可移动面板2a的后端部re后方设置的任何其它结构或元件下方而到达打开位置。在另外的示例性实施例中，可移动面板2a可以仅在关闭位置和倾斜位置之间或者仅在关闭位置和打开位置之间移动。
41.在所示的实施例中，电马达9在凹部10处安装在可移动面板2a的前端部fe的附近或下方。在另一个实施例中，电马达9可以定位在任何其它合适的位置或地点。例如，电马达9可以布置在可移动面板2a的后端部re附近或下方，或者布置在固定面板2b下方。
42.控制单元11被示意性地示出，并且可操作地联接到电马达9。控制单元11可以是任
何种类的处理单元，或者是软件控制的处理单元或者是专用处理单元，例如asic，这两者都是本领域技术人员公知的。控制单元11可以是独立的控制单元，或者它可以可操作地连接到另一个控制单元，例如多用途的通用车辆控制单元。在又一实施例中，控制单元11可以嵌入在这种通用车辆控制单元中或者是这种通用车辆控制单元的一部分。实质上，控制单元11可以由适合于、能够并且构造成用于执行电马达9并且因此可移动车顶组件的操作的任何控制单元来体现。
43.图2示出了根据图1a和1b的具有可移动面板2a和固定面板2b的敞开式车顶组件的俯视图。可移动面板2a构造和布置成选择性地覆盖或打开车顶中的开口3a。可移动面板2a通过合适的机构和驱动缆索16可操作地联接到电马达9。操作电马达9以公知的方式在可移动面板2a上产生驱动缆索16的拉力或推力，因此在此不进一步阐述。
44.电马达9由包括马达控制系统20的控制单元11操作。马达控制系统20构造成检测可移动面板2a的移动路径中的障碍物，由于该障碍物，可移动面板2a不能移动。
45.图3示出了表示供应给适用于图2的敞开式车顶组件的电马达的马达电流的频率含量的曲线图。以赫兹为单位的频率是在横轴上的对数标度，并且以db为单位的贡献/含量(contribution/content)的量提供在竖轴上。
46.所示的马达电流由空载的电马达确定。在该示例中，电马达是dc马达，因此主频率贡献在0hz，因此在竖轴处的高值(4hz)为大约-7db，并且在8hz处频率含量减小到大约-54db。
47.在大约90hz、大约180hz、大约270hz和大约360hz，在频率含量中存在峰值，这些峰值是由于电马达中的换向而引起的。因此，在约90hz的基频处的第一峰值指示马达轴的旋转速度，而在约180hz、约270hz和约360hz处的峰值分别对应于基频的第1、第2和第3谐波。在曲线图中也明显地示出了高次谐波。除了换向峰值之外，马达电流中的频率含量(frequency content)从低频向较高频率逐渐减小。
48.图4示出了与图3所示的相似的曲线图，其在横轴和竖轴上具有相同的特性。在图4中，示出了四条曲线a、b、c和d。第一曲线a对应于供应给负载电马达的马达电流，即驱动敞开式车顶组件的无阻碍的可移动面板的电马达。第二、第三和第四曲线b、c和d分别对应于供应到驱动受阻碍的可移动面板的电马达的马达电流，其中阻挡物体在可移动面板的移动方向上的刚度是变化的。对于第二曲线b，物体的刚度为10n/mm；对于第三曲线c，刚度为20n/mm；对于第四曲线d，刚度为65n/mm。这些刚度值是根据不同管辖区，尤其是eu和usa区域的某些法律安全要求来选择的。在其它管辖区中，刚度的其它值可能是相关的，并且本发明不以任何方式限于这种刚度。
49.与图3所示的电马达的空载操作相比，在曲线a、b、c和d的负载操作中，基频已经移动到大约35hz。因此，电马达上的负载明显地降低了速度。此外，整个频谱上的频率含量增加。特别地，对于曲线a的无阻碍操作，较低频率具有明显更多的能量，但是较高频率中的能量也增加。
50.在受阻碍操作中，与无阻碍操作相比，整个频谱中的能量进一步增加，如从相对于第一曲线a的第二、第三和第四曲线b、c和d中明显看出的。注意到第二、第三和第四曲线b、c和d在它们的频率含量上没有显著不同，并且因此，看起来物体的刚度不影响马达电流中的频率含量，并且因此与障碍物检测无关。此外，注意到，上述基频及其谐波频率处的能量
(即，频率含量)不会由于障碍物而增加。此外，该基频及其谐波频率的一些峰值可能难以在频谱中识别，因为这样的峰值的水平几乎不超过在这样的峰值附近的范围中的频率中的能量的水平。因此，如果用于障碍物检测，则使用基频及其谐波来进行位置和速度确定可能被认为是不可靠的。
51.如上所述，在整个范围内的频率中的能量增加。在高达约300hz的频率中，约10db的显著增加是明显的，而在从约300hz到约900hz的范围中，由于不同频率之间的能量变化相对较大，差异不太显著。在从约900hz到约1.3khz的范围内，在无阻碍操作和三个所示的受阻碍操作之间的能级中存在相对大的差异。因此，在该实施例中，在从大约900hz到1300hz的范围内识别出大约25db的显著差异。这种显著差异是容易检测的，并且可用于检测可移动的车辆部件(在该实施例中，可移动的封闭构件)的移动路径中的障碍物。超过约1.3khz的频率，在无阻碍操作和受阻碍操作之间似乎没有频率含量的差异。
52.注意到，用于检测障碍物的上述频率范围可以取决于实施例，即电马达、传动装置、驱动线缆、封闭构件等的组合。另一驱动组件和车辆部件可能激励其它频率。本领域技术人员被认为能够例如通过产生如图4所示的曲线图来识别这样的频率。
53.图5a示出了图1b所示的控制单元11的实施例。控制单元11可操作地联接到电马达9，用于通过使用驱动电路110向电马达9提供马达电流来驱动电马达9。驱动电路110可以是例如根据公知驱动电路的任何适当电路。
54.控制单元11还包括用于检测阻碍车辆部件(例如图1a和1b的可移动的封闭构件2a)移动的障碍物的马达控制系统20。马达控制系统20构造成接收表示供应到电马达9的马达电流的电流信号。例如，可以提供电流传感器201。在特定示例性实施例中，电流传感器201可以为电阻器，并且电流信号可以为电阻器上的电压。然而，可以采用任何其它种类的信号和/或感测电路。
55.马达控制系统20包括频率滤波器202。频率滤波器202构造成接收电流信号，以用于确定电流信号中的频率含量。频率滤波器202可以被实现为数字滤波器，使得频率含量可以使用例如本领域公知的处理单元通过数字运算来推导出。在另一实施例中，频率滤波器202可以被实现为模拟滤波器，例如一阶或更高阶的rc滤波器。如本领域所公知的，针对电阻器的电阻和针对电容器的电容选择适当的值限定了截止频率。
56.频率滤波器202可以是低通滤波器、高通滤波器或带通滤波器。例如，参考图4的曲线图及其上述描述，被设计成使在约900hz与约1300hz之间的频率通过的带通滤波器将适合于基于频率滤波器202的输出来检测障碍物。图5b示出了带通滤波器的响应的示例，其中频率滤波器被设计为允许下限频率f1和上限频率f2之间的频率通过，其中下限频率f1是大约1khz，而上限频率f2是大约1.5khz。合适的滤波器的设计在本领域中是公知的，因此在此不进行阐述。然而，取决于与障碍物检测相关的频率，可以应用其他值和/或另一种滤波器。
57.再次参考图5a，可选地，可以提供输出运算器203。例如，为了减少噪声和其他意外变化的影响，可以在多个输出值(在数字输出的情况下)或时间段(在模拟输出的情况下)上确定移动平均值。根据需要，也可以使用其它运算器。
58.输出运算器203的输出被提供给比较器205。比较器205还构造成接收阈值204。通过比较输出运算器203的输出和阈值204，障碍物检测器206确定障碍物是否存在。
59.在示例性实施例中，阈值204可以是预定的静态值。当输出运算器203的输出超过
阈值204时，检测到障碍物。在另一示例性实施例中，阈值可以是动态的或自适应的，并且可以基于或响应于例如电流信号的水平或任何其它信号水平或特性来确定。
60.障碍物检测器206可以接收另外的输入，使得障碍物检测可以基于多个输入，其中障碍物检测器206可以构造成如果一个、多个或甚至所有输入指示障碍物的存在则检测到障碍物。障碍检测器206的输出可以可操作地联接到驱动电路110，使得例如可以切断或反转马达电流供应。
61.图6a和6b每个分别显示了两条曲线e、f和g、h。在图6a中，示出了与时间(横轴上秒s)相关的马达电流(竖轴上任意单位a.u.)，在图6b中，示出了与时间(横轴上秒s)相关的频率滤波器输出(竖轴上任意单位a.u.)。
62.第五曲线e表示在无阻碍操作中供应到移动的封闭构件(即移动的车辆部件)的马达电流。第七曲线g示出了与第五曲线e的马达电流相对应的频率滤波器输出。
63.第六曲线f表示供应到移动的封闭构件(即移动的车辆部件)的马达电流，其中在大约2.2s的时间处封闭构件被阻碍。第八曲线h示出了与第六曲线f的马达电流相对应的频率滤波器输出。
64.参照图6a，当封闭构件被阻碍时，马达电流出现显著的上升。在常见的障碍物检测系统中，电流的这种上升以及通常与检测到的速度的降低相结合和/或通过与沿着可移动的封闭构件的移动路径的预期马达电流的参考资料进行比较，被用于确定障碍物的存在。参考图6b，很明显，在大约2.2s处的同一时间，所选频带(在这种情况下是1khz-1.5khz的频带(参见图5b))中的频率含量也上升。此外，在该选择的频带中的频率含量中，上升比马达电流的上升更陡峭。因此，与上述常见的障碍物检测系统所使用的方法相比，障碍物可以被更快地检测到。
65.进一步的研究已经揭示了目前提出的障碍物检测方法对外部影响不太敏感。例如，在敞开式车顶组件的可移动地布置的封闭构件的实施例中，车辆的速度、道路条件、天气条件、车辆扭矩和任何其它条件影响移动封闭构件所需的力，并且因此影响供应到马达的马达电流。为了考虑这种情况和条件，在阈值中引入安全裕度，以防止当封闭构件在这种条件下移动时封闭构件错误地检测到障碍物。由于本方法对这种情况不太敏感，所以可以应用较小的安全裕度，因此马达控制系统可以更可靠，并且可以导致施加在阻碍的物体上的力减小。
66.在此公开了本发明的详细实施例；然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是本发明的示例，本发明可以以各种形式来实施。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅作为权利要求的基础，并且作为用于教导本领域技术人员以预期的任何适当的详细结构不同地采用本发明的代表性基础。特别地，在单独的从属权利要求中呈现和描述的特征可以组合应用，并且在此公开了这些权利要求的任何有利组合。
67.此外，可以预期，可以通过应用三维(3d)打印技术来生成结构元件。因此，对结构元件的任何引用旨在涵盖指示计算机通过三维打印技术或类似的计算机控制的制造技术来生成这样的结构元件的任何计算机可执行指令。此外，对结构元件的任何这样的引用也旨在涵盖携带这样的计算机可执行指令的计算机可读介质。
68.此外，本文所使用的术语和短语不旨在是限制性的，而是提供对本发明的可理解的描述。如本文所用，术语“一”或“一个”被定义为一个或多于一个。如本文所使用的，术语
多个被定义为两个或多于两个。如本文所使用的，术语“另一个”被定义为至少第二个或更多。如本文所使用的，术语“包括”和/或“具有”被定义为包括(即，开放式语言)。如本文所使用的，术语“联接”被定义为连接，尽管不必是直接连接。
69.如此描述的本发明显然可以以许多方式改变。这些变化不应被认为是偏离本发明的精神和范围，并且对于本领域技术人员显而易见的所有这些修改都旨在包括在所附权利要求的范围内。