汽車電子車窗防夾技術(shù)的主要類型及控制系統(tǒng)架構(gòu)

·隨著人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)于車輛使用舒適性的需求也越來(lái)越高。在這一背景下，電動(dòng)車窗目前已基本成為車輛的標(biāo)配，另外很多車型也同時(shí)配備了電動(dòng)尾門。電動(dòng)車窗、電動(dòng)尾門如果不具備防夾能力，在使用中會(huì)存在夾傷人員的風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)這一風(fēng)險(xiǎn)，我國(guó)在2009年出臺(tái)了防夾法規(guī)（GB 11552-2009）。法規(guī)中要求，具備自動(dòng)上升功能的車窗必須具備防夾功能。另外美國(guó)和歐盟也早已頒布了相應(yīng)法規(guī)。因此，現(xiàn)代汽車對(duì)電動(dòng)車窗強(qiáng)制性采用了車窗防夾技術(shù)。

防夾功能說(shuō)明

防夾電動(dòng)車窗的基本設(shè)計(jì)思想可概括為：在車窗上升過(guò)程中，當(dāng)障礙物(含人體)接觸車窗玻璃(達(dá)到一定力度)時(shí)，車窗電機(jī)停轉(zhuǎn)，隨后電機(jī)反轉(zhuǎn)，使車窗下降一段距離后停止，或使車窗直接下降到底部，避免夾傷乘客，從而實(shí)現(xiàn)防夾功能。

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?防夾技術(shù)的主要類型

從使用的防夾手段上來(lái)看，目前市場(chǎng)上主流的是霍爾防夾和紋波防夾兩大類。?

帶傳感器的霍爾防夾

霍爾防夾：主要是在電機(jī)軸上安裝磁環(huán)，磁環(huán)隨電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)霍爾傳感器感應(yīng)后，輸出方波信號(hào)，方波的個(gè)數(shù)反映了位置，方波的周期反映了電機(jī)運(yùn)行速度。當(dāng)遇到障礙物時(shí)電機(jī)運(yùn)動(dòng)速度變慢，對(duì)應(yīng)方波信號(hào)周期變大，再結(jié)合電壓，溫度，車速等外部環(huán)境因素進(jìn)行防夾判斷。優(yōu)點(diǎn)是霍爾信號(hào)準(zhǔn)確，相對(duì)應(yīng)的位置準(zhǔn)確可靠，缺點(diǎn)是每個(gè)電機(jī)需要安裝一個(gè)霍爾傳感器，且霍爾傳感器需要貼近磁環(huán)安裝。

目前市場(chǎng)上運(yùn)用較多的是獨(dú)立式霍爾防夾，即一個(gè)電機(jī)裝配有一個(gè)防夾控制模塊，然后組裝到升降機(jī)構(gòu)上。見(jiàn)下圖:

圖1 獨(dú)立式霍爾防夾模塊

獨(dú)立式霍爾防夾在整車系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示，車身域控制模塊通過(guò)總線CAN或LIN與智能電機(jī)Smart Motor相連，Smart Motor指具備防夾功能的電機(jī)，包括可以進(jìn)行防夾運(yùn)算的模塊和電機(jī)，且模塊直接裝配在電機(jī)中。這種方式模塊很緊湊，但整個(gè)電機(jī)相對(duì)占空間大，不利于結(jié)構(gòu)布局，且成本相對(duì)較高。

圖2 獨(dú)立式霍爾方案車窗控制系統(tǒng)架構(gòu)

另外一種是集成式門模塊方式，即防夾算法集成在門模塊中，這種方式采用霍爾防夾電機(jī)與門模塊組合，霍爾防夾電機(jī)指裝配有霍爾傳感器的電機(jī)，霍爾防夾電機(jī)負(fù)責(zé)輸出霍爾信號(hào)，門模塊負(fù)責(zé)采集與處理霍爾信號(hào)，并進(jìn)行防夾運(yùn)算。這種架構(gòu)接線線束較多，每個(gè)電機(jī)與門模塊之間需要連接6根線束。系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示：

圖3 集成式門模塊霍爾方案車窗控制系統(tǒng)架構(gòu)

不帶傳感器的紋波防夾

紋波防夾：有刷直流電機(jī)在換相過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生電流紋波，紋波的個(gè)數(shù)與電機(jī)轉(zhuǎn)速和換向片的個(gè)數(shù)成正比，因此若能提取出電流紋波便可得到門窗運(yùn)動(dòng)的位置信息，當(dāng)門窗運(yùn)動(dòng)過(guò)程中遇到障礙物時(shí)電流會(huì)增大，可根據(jù)電流，轉(zhuǎn)速，再結(jié)合電壓，溫度，車速等外部環(huán)境因素進(jìn)行防夾判斷，這便是基于紋波的防夾原理。目前聯(lián)合電子共有兩種基于紋波的防夾產(chǎn)品：

第一種是集成到車身域控制器的紋波防夾（如圖4）。即四門車窗紋波防夾算法集成在車身控制器中，一個(gè)模塊控制四門車窗升降。每個(gè)電機(jī)僅兩根線束與車身控制模塊連接。具體見(jiàn)下圖：

圖4 集成到車身域控制模塊的紋波防夾車窗控制系統(tǒng)架構(gòu)

第二種產(chǎn)品是集成到區(qū)域控制器的可調(diào)速紋波防夾（如圖5）。即紋波防夾算法集成在區(qū)域控制器中，每個(gè)電機(jī)僅兩根線束與區(qū)域控制器連接。具體見(jiàn)下圖：

圖5 集成到區(qū)域控制器的紋波防夾車窗控制系統(tǒng)架構(gòu)

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集成到車身域控制器和集成到區(qū)域控制器的紋波防夾車窗控制系統(tǒng)架構(gòu)，線束少，從節(jié)約成本及輕量化兩方面來(lái)講，都是較優(yōu)的防夾解決方案。

? 兩種防夾方案比較??

霍爾防夾信號(hào)可靠性高，但是需要在電機(jī)上加裝磁環(huán)及霍爾傳感器，線束較多成本較高。

基于電流紋波的方案需要進(jìn)行電流采樣并運(yùn)行濾波，以提取出紋波信號(hào)，信號(hào)提取困難，造成軟件算法復(fù)雜性較高。但相比于霍爾防夾方案，基于電流紋波的方案無(wú)需專用的霍爾傳感器，免去了安裝磁環(huán)、霍爾傳感器及線束成本，此外可采用一個(gè)控制器同時(shí)控制四個(gè)車門，節(jié)省了控制器成本，提高了整車集成度。

? 防夾技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)??

目前防夾技術(shù)在電動(dòng)車窗和天窗上得到了廣泛應(yīng)用，隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，防夾技術(shù)也陸續(xù)應(yīng)用在滑移門，電動(dòng)尾門，電動(dòng)尾翼，遮陽(yáng)簾，電動(dòng)座椅，滑移屏，隔斷電視升降屏，電動(dòng)門把手等車用設(shè)備上。

使用霍爾防夾信號(hào)可靠性高，更適用于高端車型的應(yīng)用。相比于霍爾防夾方案，基于電流紋波的方案無(wú)需專用傳感器，通過(guò)學(xué)習(xí)彌補(bǔ)多次運(yùn)行帶來(lái)的偏差，不僅滿足了法規(guī)要求，而且降低了成本，提高了整車集成度。這是未來(lái)主流車型電動(dòng)門窗防夾的一個(gè)發(fā)展方向。

目前聯(lián)合電子帶紋波防夾功能的車窗控制器BCM3.5平臺(tái)和BCM3.6平臺(tái)已經(jīng)在多個(gè)項(xiàng)目上實(shí)現(xiàn)同步開(kāi)發(fā)和批產(chǎn)，帶紋波防夾功能的區(qū)域控制器也已在多個(gè)項(xiàng)目上實(shí)現(xiàn)同步推進(jìn)。不僅相關(guān)項(xiàng)目的推廣得到客戶人認(rèn)可，同時(shí)也幫助客戶在成本控制和用戶實(shí)際體驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了很好的改善。

編輯：黃飛

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