基于VNH2SP30的汽車(chē)窗戶(hù)防夾傷方案

　　近幾年來(lái)，汽車(chē)電子市場(chǎng)的增長(cháng)非常顯著(zhù)，這主要歸功于一些新的應用，如增強整車(chē)性能、安全性和舒適性等。為此，就必須在汽車(chē)的不同位置安裝大量的電子模塊，以及電子線(xiàn)束。 

　　基于節省空間和減少重量的原則，汽車(chē)的電氣系統架構正在從單一電子控制模組和集中控制系統轉向分散控制技術(shù)。另外，裝配成本的降低和整車(chē)系統可靠性的提高，需要將以前使用的機電操作功能轉移到電子模組里，其結果是產(chǎn)生了一系列有關(guān)分散電子模組的標準，其中包括越來(lái)越多的基于標準的汽車(chē)協(xié)議（如LIN和 CAN）及其特性（如自主安全操作、診斷、保護和通信能力）。 

　　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。

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。

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。

圖3 窗戶(hù)升降器原理圖

　　其中，穩壓器啟用（Voltage Regulator Enable）連接器（圖4中的第5項）上安裝一個(gè)跳線(xiàn)，以便啟用穩壓器，提供系統所需的5V電壓。

　　上升按鈕(Up key，圖4中的第8項)和下降按鈕（Down key，圖4中的第7項)管腳配置為輸入上拉模式，使其通常處于高電平(5V)；如果按下UP或DOWN按鈕，將顯示兩種不同情況:

　　■ Short Touch: 如果按下按鈕的時(shí)間少于100ms，窗戶(hù)玻璃將一直上升或下降（取決于按下的按鈕屬性），直到窗戶(hù)的上邊沿或下邊沿接觸到位為止。

　　■ Long Touch∶如果按鈕按下的時(shí)間超過(guò)100ms，窗戶(hù)將按照具體接觸狀況上升或下降，具體依賴(lài)于按鈕的屬性。

　　Window Up switch管腳(圖4中的第6項)也配置為輸入上拉模式，且必須連接到一個(gè)用來(lái)指示窗戶(hù)運行結束的機械開(kāi)關(guān)，以便了 解是否接觸到了門(mén)窗的上方極限位置。