基于霍爾傳感器的電動(dòng)車(chē)窗防夾系統設計

　0 引言

　　隨著(zhù)現代汽車(chē)電子技術(shù)的進(jìn)步，汽車(chē)內傳統的零部件及總成也在向機電一體化發(fā)展。汽車(chē)中大量應用的電子設備，不僅提高了汽車(chē)的舒適性，也對汽車(chē)的安全性提出了新的要求。為了方便駕駛員和乘客，大量汽車(chē)采用電動(dòng)車(chē)窗，許多電動(dòng)車(chē)窗都不具有防夾功能，容易造成對乘員尤其是兒童的傷害。美國交通部頒布了針對電動(dòng)車(chē)窗開(kāi)關(guān)系統的法規FMVSSll8，對車(chē)窗防夾相關(guān)參數做出了明確規定，并規定在2008年10月1日之后在北美出售的轎車(chē)和小型貨車(chē)都必須強制執行該規定。雖然我國還沒(méi)有就該問(wèn)題做出法律上的規定，但為安全起見(jiàn)，開(kāi)發(fā)具有防夾功能的車(chē)窗控制模塊是完全必要的。

　　參考了文獻后，本文的防夾設計方案采用將霍爾傳感器檢測電機轉速和檢測電機電流變化情況結合起來(lái)實(shí)現防夾功能，該方案避免了車(chē)窗防夾系統易受外界環(huán)境影響的缺陷，確保防夾效果可靠，成本較低，可以不必改動(dòng)傳統車(chē)門(mén)的生產(chǎn)工藝，在改造電動(dòng)車(chē)窗無(wú)防夾功能的老車(chē)型時(shí)，可以不改變現在已成型的汽車(chē)車(chē)門(mén)的機械結構和電路結構，只需替換電動(dòng)車(chē)窗升降控制器，十分方便。

　　1 電動(dòng)車(chē)窗防夾設計方案

　　所謂防夾，就是指在電動(dòng)車(chē)窗上升過(guò)程中夾住物體并達到一定力度后，讓電動(dòng)車(chē)窗自動(dòng)停止或回落，用以防止物體(尤其是人體)被夾傷。車(chē)窗的升降過(guò)程中，只有車(chē)窗上升階段需要進(jìn)行防夾控制，所定義的防夾區為從離電動(dòng)車(chē)窗玻璃無(wú)障礙上升運動(dòng)的最大位置(頂端)4～200 mm的區域。該定義符合歐洲74/60/EEC和美國FMVSSll8的相關(guān)要求。只有在防夾區域才啟動(dòng)防夾功能。所以防夾設計首先應該確定車(chē)窗的當前位置。

　　1.1 車(chē)窗位置的確定

　　車(chē)窗控制電機的旋轉會(huì )帶動(dòng)鋼絲繩的運動(dòng)，從而控制車(chē)窗的上下移動(dòng)。在車(chē)窗移動(dòng)過(guò)程中，電機轉動(dòng)的圈數和車(chē)窗的運動(dòng)距離成正比，電機轉子轉動(dòng)一周，會(huì )使霍爾傳感器產(chǎn)生方波脈沖信號。當車(chē)窗從最低位置升到頂部過(guò)程中，可以通過(guò)MCU對霍爾傳感器輸出的脈沖信號進(jìn)行計數，從車(chē)窗的最底端到最頂端，上下反復3次，取其平均值nth，作為標定的基準，并記錄在E2PROM中。之后，軟件控制從車(chē)窗的最底端位置開(kāi)始運行(此時(shí)為人工操控，車(chē)窗運行到最底端，電機堵轉)，且計數從零開(kāi)始，上升過(guò)程根據當前的計數值進(jìn)行加計數，下降過(guò)程根據當前的計數值進(jìn)行減計數。因此，通過(guò)霍爾傳感器的脈沖輸出及計數方案可實(shí)時(shí)確定車(chē)窗的當前位置，并根據歐洲74/60/EEC和美國FMVSSll8標準的規定確定車(chē)窗是否在防夾區域。對于本系統，測量過(guò)程中脈沖計數的誤差可忽略不計，對于長(cháng)期運行中可能造成的誤差可用定期標定的方式加以解決。

　　1.2 防夾方案的確定

　　本系統采用檢測電機電樞電流方式來(lái)確定車(chē)窗在上升過(guò)程中是否遇到障礙物，方案在具體實(shí)施過(guò)程中要解決如下問(wèn)題：

　　(1)確定防夾區域及車(chē)窗位置。遵照歐洲74/60/EEC和美國FMVSSll8標準確定出相應的防夾區域及車(chē)窗位置。

　　(2)防夾時(shí)的電機電樞電流閾值ith的確定，即在防夾區域內電流值上升到所設定的閾值后即認為遇到障礙物，啟動(dòng)車(chē)窗防夾功能.這里存在的問(wèn)題是：車(chē)窗按鍵剛剛按下(無(wú)論是上升或下降)，車(chē)窗電機剛剛啟動(dòng)時(shí)，由于電機的反電動(dòng)勢還沒(méi)有建立，因而電流會(huì )有短時(shí)間的較大幅值，這時(shí)的電流幅值往往比所設定的防夾電流閾值還要大，需要將這種電流幅值較大的狀態(tài)和在車(chē)窗上升過(guò)程中遇到障礙物產(chǎn)開(kāi)來(lái)。車(chē)窗電機啟動(dòng)后延時(shí)50 ms后，再進(jìn)行電流檢測，這樣可以避免電機啟動(dòng)初期電流瞬時(shí)過(guò)沖對防夾電流閾值設定的影晌。實(shí)際設計中，應用一塊可用于診斷功能的中央控制器，配合武漢吉陽(yáng)光電公司生產(chǎn)的USB-CAN200工具，將運行過(guò)程中的數據反饋到PC機上，以Excel表格方式呈現，并可繪出圖形，進(jìn)而方便地定出閾值ith，并通過(guò)多次運行試驗確定合適的閾值。

　　(3)MCU和功率驅動(dòng)器件的選取。防夾方案中涉及到較多的實(shí)時(shí)檢測和實(shí)時(shí)計算，要求MCU的計算能力較高，方案中軟件的實(shí)現基于移植μC/OS-Ⅱ實(shí)時(shí)操作系統方案，因此選擇歐洲車(chē)系上流行的、性能較高的英飛凌XCl64CS MCU，功率驅動(dòng)芯片選擇具有故障診斷功能的BTS781芯片。