基于GD32A503車規(guī)級(jí)MCU的車窗紋波防夾解決方案

隨著現(xiàn)代汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，人們追求更加舒適和便于操作的駕駛環(huán)境。因此，越來越多的汽車上安裝了電動(dòng)車窗，從而實(shí)現(xiàn)車窗的自動(dòng)升降。然而，由于電動(dòng)車窗上升速度較快且驅(qū)動(dòng)力較大（最強(qiáng)可達(dá)52.6公斤），在電動(dòng)車窗接近頂端時(shí)，如果沒有保護(hù)措施，很容易夾傷乘客，尤其是對(duì)兒童乘坐形成較大安全隱患。因此，基于乘客安全和乘坐舒適度考慮，電動(dòng)車窗需要有防夾功能。電動(dòng)車窗防夾可用于汽車電動(dòng)車窗、電動(dòng)天窗玻璃的防夾傷控制以及升降電機(jī)的過載保護(hù)。

防夾功能主要是指當(dāng)車窗上升的過程中遇到障礙物（如手、頭等）時(shí)，可以識(shí)別出車窗處于夾持狀態(tài)，并令其立即停止上升并反向下降，從而避免事故的發(fā)生。防夾玻璃升降器按防夾形式可分為接觸式防夾和非接觸式防夾。接觸式防夾就是指當(dāng)電動(dòng)車窗機(jī)構(gòu)感觸到有異物在玻璃上，才會(huì)自動(dòng)停止玻璃上升工作。接觸式防夾按照傳感器類型不同又可以分為霍爾式防夾和紋波防夾。

目前市面上較多的車窗防夾的方法是霍爾傳感器方法，受限于霍爾傳感器的成本，大多數(shù)低端車型并沒有采用全部車窗/天窗防夾，只有一部分高檔車才會(huì)在所有電動(dòng)車窗應(yīng)用。新技術(shù)紋波防夾是檢測(cè)電機(jī)堵轉(zhuǎn)電流實(shí)現(xiàn)防夾，而且檢測(cè)電流相對(duì)更容易一些，利用轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，電刷在電級(jí)間切換產(chǎn)生紋波電流，并對(duì)這種電流波動(dòng)進(jìn)行采樣、分析和控制。與霍爾防夾相比，紋波防夾減少了連接的線束數(shù)量、紋波防夾電機(jī)不需要轉(zhuǎn)子上的磁環(huán)、霍爾元件，降低了車窗控制器總成的成本，因此得到越來越多主機(jī)廠的青睞，尤其是注重乘坐體驗(yàn)的新能源汽車，在不增加成本的同時(shí)提高了乘坐舒適度和安全性。

風(fēng)算WP車窗紋波防夾方案

以GD32A503車規(guī)級(jí)MCU為主控芯片，搭載車規(guī)級(jí)預(yù)驅(qū)芯片和MOS 管，實(shí)現(xiàn)基于有刷電機(jī)的紋波防夾控制解決方案，可達(dá)到車窗防夾力度、區(qū)域可調(diào)，有效降低車窗夾傷乘客安全隱患、提高汽車安全性、舒適度和便于操作的駕駛環(huán)境等指標(biāo)。

風(fēng)算的車窗紋波防夾解決方案從硬件角度由兩塊集成電路板組成，包括MCU核心板 、紋波防夾驅(qū)動(dòng)板。

MCU核心板

圍繞兆易創(chuàng)新GD32A503車規(guī)級(jí)MCU為核心設(shè)計(jì)的MCU核心板，此MCU核心板充分利用了GD32A503強(qiáng)大的核心資源，配備了豐富的外圍接口，基于模塊化設(shè)計(jì)，可以使車窗防夾力度、區(qū)域可調(diào)；該核心板不僅僅可搭配車窗紋波防夾方案，還可拓展搭配多種汽車解決方案使用。

紋波防夾驅(qū)動(dòng)板

用戶按下相應(yīng)的按鍵開關(guān)后由輸入檢測(cè)芯片識(shí)別并反饋給MCU，此時(shí)MCU發(fā)送對(duì)應(yīng)的指令給相應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng),進(jìn)而驅(qū)動(dòng)有刷電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制車窗升降。同時(shí)控制板的ADC進(jìn)行電流采樣并反饋給MCU，當(dāng)MCU監(jiān)測(cè)到有刷電機(jī)電流異常增大時(shí)（車窗夾手時(shí)阻力增大會(huì)導(dǎo)致電流異常），發(fā)送指令給電機(jī)驅(qū)動(dòng),使有刷電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)。車窗升降時(shí)MCU通過ADC采樣結(jié)果計(jì)算出有刷電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)距離，到達(dá)指定高度后停止有刷電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

風(fēng)算WP車窗紋波防夾方案板

本解決方案電路設(shè)計(jì)配置簡(jiǎn)單、靈活，其他控制外圍不需做更多的修改，硬件系統(tǒng)框圖如下所示：

風(fēng)算WP車窗紋波防夾方案硬件系統(tǒng)框圖

GD32A503系列車規(guī)級(jí)MCU

核心主控是基于GD32A503系列車規(guī)級(jí)微控制器，該系列產(chǎn)品以均衡的處理性能、豐富的外設(shè)接口和增強(qiáng)的安全等級(jí)，為多種電氣化車用場(chǎng)景提供主流解決方案，遵循車規(guī)級(jí)設(shè)計(jì)理念和生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，符合車用高可靠性和穩(wěn)定性要求。

GD32A503系列MCU可以廣泛用于多種車用場(chǎng)景，如車窗、雨刷、空調(diào)、智能車鎖、電動(dòng)座椅、電動(dòng)后備箱、氛圍燈、動(dòng)態(tài)尾燈等車身控制系統(tǒng)、車用照明系統(tǒng)和電機(jī)電源系統(tǒng)，以及儀表盤、車載影音、娛樂音響、中控導(dǎo)航、車載無線充等智能座艙系統(tǒng)。得益于出色的安全監(jiān)測(cè)機(jī)制，GD32A503也適用于部分ADAS輔助駕駛系統(tǒng)，如環(huán)視攝像頭、AVAS聲學(xué)警報(bào)系統(tǒng)等。

供應(yīng)鏈管理符合汽車行業(yè)質(zhì)量管理體系IATF 16949:2016規(guī)范認(rèn)證

遵循汽車電子通用測(cè)試規(guī)范AEC-Q100 Grade-1可靠性和安全性標(biāo)準(zhǔn)

基于Cortex-M33內(nèi)核，工作頻率100 MHz，閃存訪問0~3等待時(shí)間，以獲得最大效率

Flash: 128KB/256KB/384KB

SRAM: 24KB/32KB/48KB

提供兩個(gè)12位ADC，一個(gè)DAC，一個(gè)比較器，最多一個(gè)通用的16位計(jì)時(shí)器，兩個(gè)基本計(jì)時(shí)器，四個(gè)PWM高級(jí)計(jì)時(shí)器

標(biāo)準(zhǔn)和高級(jí)通信接口: I2Cx2, SPIx2, USARTx3, I2Sx1, CANx2

觸發(fā)選擇控制器（三角形）、多功能通信接口（MFCOM）、DMA請(qǐng)求多路復(fù)用器（DMAMUX）

供電電壓：2.7V~5,5V

工作溫度范圍：-40~+125°C

因該產(chǎn)品需要硬件在工作中進(jìn)行監(jiān)控，以確保安全穩(wěn)定工作：

電壓：規(guī)定工作范圍（9V到14V）可靠工作。低壓和高壓進(jìn)行不工作保護(hù)

電流：集成電流保護(hù)，確保電機(jī)正常工作

溫度：片內(nèi)集成溫度傳感器，可自定義過溫關(guān)斷閾值（最高125°C）

診斷功能: 集成電機(jī)開路，短路診斷功能

技術(shù)參數(shù)

方案展示

紋波防夾MCU核心板

紋波防夾驅(qū)動(dòng)板

審核編輯：湯梓紅