基于LIN總線(xiàn)電動(dòng)車(chē)窗防夾系統的設計

摘要 為達到電動(dòng)車(chē)窗的安全性和快速響應要求，采用信號檢測技術(shù)設計了基于LIN總線(xiàn)的電動(dòng)車(chē)窗防夾系統。該系統通過(guò)霍爾傳感器檢測車(chē)窗玻璃的實(shí)時(shí)位置，選擇直流電機的電流變化作為障礙檢測判斷的主要指標，采用Freescale公司的MM912F634為車(chē)窗控制器，該平臺通過(guò)LIN總線(xiàn)連接實(shí)現。實(shí)驗結果表明，該系統能夠有效地檢測障礙物，并能快速進(jìn)行防夾控制，系統運行穩定、可靠、快速、抗干擾能力強且成本低，具有一定的市場(chǎng)推廣價(jià)值。
關(guān)鍵詞 LIN；電動(dòng)車(chē)窗；防夾系統；MM912F634

隨著(zhù)現代汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展，汽車(chē)的電子化、智能化、網(wǎng)絡(luò )化提高了汽車(chē)的舒適性，但同時(shí)對于汽車(chē)的安全性提出了新要求。電動(dòng)車(chē)窗通過(guò)電機來(lái)驅動(dòng)車(chē)窗玻璃自動(dòng)升降，許多電動(dòng)車(chē)窗不具備檢測障礙物自行防夾，對乘客存在了一定的安全隱患，特別是年齡較小的兒童乘客。美國交通部頒布了FMVSS118，并嚴格規定轎車(chē)和小型貨車(chē)強制執行該法規。雖然國內還沒(méi)有相關(guān)法律的規定，但在不影響舒適性的前提下，設計一款防夾系統是汽車(chē)行業(yè)發(fā)展的趨勢。
LIN(Local Interconnect Network)總線(xiàn)全稱(chēng)為區域互連網(wǎng)絡(luò )，是一種結構簡(jiǎn)單、配置靈活、成本低廉的新型低速串行總線(xiàn)。文中設計了一種基于LIN總線(xiàn)電動(dòng)車(chē)窗防夾系統，通過(guò)LIN總線(xiàn)可將車(chē)窗狀態(tài)、控制參數傳輸至主控終端進(jìn)行顯示，并組建車(chē)窗防夾網(wǎng)絡(luò )，可以拓展到車(chē)身的其他部分。車(chē)窗玻璃的實(shí)時(shí)位置通過(guò)霍爾傳感進(jìn)行檢測，根據驅動(dòng)電機的電樞電流變化進(jìn)行障礙物判斷，將其結合以實(shí)現防夾功能。選取Freescale公司的MM912F634為車(chē)窗控制器，電機驅動(dòng)采用繼電器。該方案生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、兼容性好、成本低、抗外界干擾能力強，解決了安全隱患，提高了汽車(chē)的安全性能。

1 電動(dòng)車(chē)窗防夾系統方案
電動(dòng)車(chē)窗防夾主要是指在玻璃上升過(guò)程中，夾到障礙物達到一定程度后，車(chē)窗會(huì )自行停止。防夾區域、防夾閾值力、防夾執行動(dòng)作，是實(shí)現防夾功能的3個(gè)重要指標。根據FMVSS118標準可知：(1)防夾區域定義為從離門(mén)窗頂端4～200 mm的區域。(2)防夾閾值力為100 N。(3)當遇到障礙物時(shí)，車(chē)窗電機反向，車(chē)窗玻璃下降一段距離后停止，等待用戶(hù)的進(jìn)一步指令。防夾功能只在指定的防夾區域開(kāi)啟，準確檢測車(chē)窗玻璃的實(shí)時(shí)位置是首要任務(wù)。
1．1 車(chē)窗玻璃位置檢測
車(chē)窗升降方式一般分為鋼絲式和機械手臂式，論文著(zhù)重針對于手臂式進(jìn)行研究。車(chē)窗的上升、下降主要通過(guò)車(chē)窗電機及機械手臂實(shí)現，機械手臂采用交叉式，隨著(zhù)電機的轉動(dòng)，兩個(gè)交叉手臂的交叉角度會(huì )發(fā)生變化，進(jìn)而使車(chē)窗的驅動(dòng)力臂變化，最終車(chē)窗玻璃將隨著(zhù)電機的正反轉實(shí)現升降。在車(chē)窗玻璃升降過(guò)程中，升降距離跟電機的轉數成比例，電機的轉子旋轉，會(huì )使霍爾傳感器產(chǎn)生脈沖信號，MM912F634將霍爾脈沖信號進(jìn)行計數，通過(guò)多次實(shí)際測量獲取參考基準值，根據參考值可計算出當前車(chē)窗玻璃的位置，同時(shí)將參考基準值通過(guò)LIN總線(xiàn)傳到主控單元中進(jìn)行保存，車(chē)窗控制器可根據車(chē)窗玻璃當前所處的區域判斷是否啟動(dòng)防夾功能。由于車(chē)窗結構存在磨損，主控單元可自行對每一個(gè)車(chē)窗進(jìn)行校正。
1．2 電流檢測
車(chē)窗電機電流檢測是檢測防夾閾值力的一個(gè)主要手段，電機電樞電流會(huì )根據負載變化而產(chǎn)生改變，電流檢測部分的關(guān)鍵是電流閾值的判斷，電流閾值的準確性決定防夾系統的穩定性，電流的檢測往往容易受到電機啟動(dòng)、車(chē)窗機械結構等因素的干擾，檢測電流時(shí)需要對信號進(jìn)行放大、濾波等處理，保證電流檢測的準確性。信號采集過(guò)程需要通過(guò)多次測試，以選取合適的濾波方法。
1．3 系統方案的確定
車(chē)窗防夾系統主要包括4個(gè)子單元和一個(gè)主控單元，主控單元由控制器(MC9S12DG128)和液晶控制屏(Z2104)組成。每個(gè)子單元包含控制器(MM912F634)、位置檢測模塊、電流檢測模塊和電機驅動(dòng)模塊，通過(guò)LIN總線(xiàn)連接到主控單元上，形成車(chē)載LIN網(wǎng)絡(luò )，駕駛員可以通過(guò)液晶控制屏對每個(gè)車(chē)窗進(jìn)行控制。每個(gè)車(chē)窗的構成基本相同，車(chē)窗位置、閾值力均參考FMVSS118標準。具體結構如圖1所示。