采用VNH2SP30的汽車(chē)窗戶(hù)防夾傷設計方法
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1、窗戶(hù)升降器原理
目前，很多自動(dòng)控制裝置都具有觸發(fā)關(guān)閉系統的功能，如窗戶(hù)和車(chē)門(mén)。這也同時(shí)暗示著(zhù)發(fā)生意外事故的危險，如人身體或動(dòng)物的某一部分被這些自動(dòng)裝置夾住和壓住。一個(gè)具體實(shí)例就是汽車(chē)的自動(dòng)窗戶(hù)升降器。由于窗戶(hù)玻璃施加于障礙物上的力量足夠大，因此足以壓碎人體的某一部份器官。
按照相關(guān)安全規范的建議，自動(dòng)窗戶(hù)升降裝置必須裝備所謂的“防夾傷”功能。該防夾傷功能是指∶
■在關(guān)閉窗戶(hù)的時(shí)候檢測障礙物的存在。
■限制施加于障礙物的力量的大小。
■向相反方向移動(dòng)窗戶(hù)，以釋放障礙物。
現有的解決方案不是機械式的，就是機電一體化的。在機械機構中，防夾檢測是通過(guò)固定于窗戶(hù)支柱上的環(huán)境感應片內的開(kāi)關(guān)進(jìn)行的。該開(kāi)關(guān)一般情況下處于關(guān)閉狀態(tài)，在環(huán)境感應片上施加有壓力的時(shí)候開(kāi)啟。該方案很簡(jiǎn)單，但是感應片很貴，并且潛在的安裝和維護比較復雜。在某些情況，該方法無(wú)法滿(mǎn)足某些安全標準，舉例來(lái)說(shuō)，如果窗戶(hù)形狀呈現為銳角，力量就不是以直角方向施加于感應片表面(見(jiàn)圖1)，用以激勵開(kāi)關(guān)所必需的力量不是接觸不到感應片，就是比規范所要求的力量大很多。
有一種基于馬達速度監視的替代方案，通過(guò)傳感器(霍爾效應傳感器、編碼器等)完成有關(guān)功能。其防夾環(huán)境檢測是通過(guò)檢查馬達速度的變化實(shí)現的。馬達由繼電器控制，繼電器以整個(gè)電池為動(dòng)力啟動(dòng)馬達。當以最大力矩啟動(dòng)馬達時(shí)，施加于障礙物上的力在啟動(dòng)時(shí)可以達到最大值。本文使用VNH2SP30監視由于馬達負載變化所導致的功率變化。
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圖1. 汽車(chē)窗戶(hù)原理圖
對窗戶(hù)升降系統的具體要求是在啟動(dòng)階段，檢測已經(jīng)存在的障礙狀態(tài)。事實(shí)再一次表明，在汽車(chē)窗戶(hù)升降器升起時(shí)，有幾種情況可能發(fā)生夾傷事故。兩種最常見(jiàn)的可能情形是∶
■窗戶(hù)玻璃的位置非?？拷皯?hù)支柱，而且阻塞物體正好位于玻璃和窗戶(hù)支柱之間。
■如果窗戶(hù)模胚的形狀為一個(gè)銳角，這樣大部份情況下都容易發(fā)生夾傷現象(見(jiàn)圖1)。
窗戶(hù)升降器的動(dòng)力來(lái)自一個(gè)直流馬達。它直接提供旋轉運動(dòng)，并通過(guò)與轉子和磁鼓的耦合來(lái)提供變速運動(dòng)。電樞電路和轉子外形如圖2所示。
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圖2. 直流馬達
正常情況（軟啟動(dòng)）下，在開(kāi)始啟動(dòng)階段，馬達功率的增加與其角速度成正比，稍後就以一定常數增加。軟啟動(dòng)開(kāi)始期間的夾傷可能性比進(jìn)入穩定狀態(tài)的可能性大。因此，在具體實(shí)施時(shí)有必要定義兩個(gè)在不同時(shí)期運行的馬達功率閾值。如果檢測到的防夾狀況達到了夾傷閾值，窗戶(hù)玻璃就在下降的過(guò)程中停下來(lái)以免事故發(fā)生；如果是在上升過(guò)程中，它將會(huì )下降一個(gè)固定的長(cháng)度。
2、硬件實(shí)施
本系統的設計原理見(jiàn)圖3，具體實(shí)施方案見(jiàn)圖8。采用的元器件介紹如下:
■ ST72F324微控制器∶內部頻率為8MHz，32k字節HDFlash，1k字節RAM，10bit ADC。
■ L4979穩壓器∶用于軟件失效時(shí)微控制器中數據的自動(dòng)恢復，器件中還嵌入了一個(gè)可編程看門(mén)狗定時(shí)器。
■ 用于PC串行端口的ST232通信接口。
■ VNH2SP30全橋馬達驅動(dòng)器，適合各種汽車(chē)電子應用。
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圖3窗戶(hù)升降器原理圖
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