基于霍爾比較法和基于電流檢測(cè)的電動(dòng)窗的位置的判斷原理介紹

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車電子部件越來(lái)越多地被應(yīng)用于現(xiàn)代汽車中，為汽車提供了更好的安全性、舒適性和經(jīng)濟(jì)性。以前汽車普遍采用手搖曲柄的方式使車窗玻璃上升或下降，現(xiàn)今轎車很多都安裝了電動(dòng)車窗。而具有防夾功能的電動(dòng)窗應(yīng)用于汽車始于20世紀(jì)90年代，當(dāng)玻璃上升途中遇到人力障礙時(shí)會(huì)自動(dòng)識(shí)別而反向運(yùn)行，防止乘員夾傷，實(shí)現(xiàn)防夾功能。由于該功能的重要性，在歐美新車型上都已成為標(biāo)準(zhǔn)配置，目前國(guó)內(nèi)新推出的高端車型已成為標(biāo)準(zhǔn)配置。由于低成本方案的推出，經(jīng)濟(jì)型轎車也開(kāi)始逐漸配備應(yīng)用這一功能。而車窗位置判斷準(zhǔn)確是車窗的防夾功能的正常實(shí)現(xiàn)的前提。

1準(zhǔn)確判斷電動(dòng)窗位置的重要性

法規(guī)規(guī)定，具有自動(dòng)上升功能的車窗必須配備自動(dòng)防夾功能。即當(dāng)車窗在自動(dòng)上升過(guò)程中如果，車窗玻璃遇到障礙物。必須做出判斷后反轉(zhuǎn)，并且防夾力要小于100 N。而法規(guī)規(guī)定的防夾區(qū)域是4 mm~200 mm（如圖1）。這就要求系統(tǒng)對(duì)車窗的位置進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算和判斷。

圖1 法規(guī)防夾區(qū)域

如果車窗位置計(jì)算不準(zhǔn)確會(huì)有以下后果：

1） 比如車窗在上升過(guò)程中在防夾區(qū)域內(nèi)，如果車窗位置計(jì)算不準(zhǔn)確，系統(tǒng)判斷為防夾區(qū)域外。車窗可能遇到障礙物，但是不做防夾反轉(zhuǎn)。而是繼續(xù)上升玻璃。障礙物如果是人，導(dǎo)致把人夾傷。

圖2 防夾車窗

2） 車窗自動(dòng)上升過(guò)程中，如果車窗位置計(jì)算不準(zhǔn)確，車窗就會(huì)到頂部位置認(rèn)為在防夾區(qū)域內(nèi)，遇堵后反轉(zhuǎn)。導(dǎo)致車窗不能關(guān)滿。

3） 車窗在上升過(guò)程中，由于存在車窗重量和窗框阻力等因素，在每個(gè)位置上的阻力大小是不一樣的。因此判斷車窗位置也是相當(dāng)重要的。

由以上三點(diǎn)分析可知，車窗位置判斷的準(zhǔn)確在防夾功能中，既有非常重要的意義。

2電動(dòng)窗位置判斷的原理

從機(jī)械的角度講，電動(dòng)車窗砸升降時(shí)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)會(huì)帶動(dòng)鋼絲繩的運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)車窗的上下開(kāi)閉。電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一定的角度，鋼絲繩就相應(yīng)地運(yùn)動(dòng)一定行程，因此車窗運(yùn)動(dòng)的行程與電機(jī)的旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)成線性關(guān)系。通過(guò)計(jì)算電機(jī)旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，可以間接算出車窗的位置。

2.1霍爾原理

電機(jī)的旋轉(zhuǎn)會(huì)使得霍爾傳感器產(chǎn)生脈沖信號(hào)。玻璃位置的檢測(cè)是通過(guò)對(duì)控制模塊中的霍爾傳感器發(fā)出的方波進(jìn)行計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。軟件設(shè)計(jì)中通過(guò)單片機(jī)芯片的輸入捕捉功能記錄車窗運(yùn)行過(guò)程中的脈沖個(gè)數(shù)，通過(guò)學(xué)習(xí)，將車窗的上密封條記為位置0，而下密封條為最大位置。在車窗上升過(guò)程中將位置計(jì)數(shù)器減1，上升到頂時(shí)位置計(jì)數(shù)器清0，下降時(shí)位置計(jì)數(shù)器加l。因此，可按照要求確定防夾區(qū)界限對(duì)應(yīng)的位置計(jì)數(shù)器的值。通過(guò)對(duì)位置計(jì)數(shù)器的值的檢測(cè)可以間接判斷玻璃的位置。

圖3 霍爾原理

脈沖計(jì)數(shù)方式的關(guān)鍵問(wèn)題在于位置記錄要精確，但在試驗(yàn)中卻存在電機(jī)切斷電源后依舊會(huì)發(fā)出幾個(gè)脈沖的問(wèn)題，這幾個(gè)脈沖由慣性造成，而且不同的玻璃升降器產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)不同。這些脈沖對(duì)車窗位置影響隨情況的不同而不。在車窗上下兩端堵轉(zhuǎn)時(shí)，這些脈沖不太可能造成車窗位置的變化，而在中間位置停止時(shí)則有可能造成車窗位置移動(dòng)，特別是下降途中人為停止時(shí)對(duì)車窗位置的影響更大。為了減小這種影響，與電機(jī)通電運(yùn)動(dòng)時(shí)位置計(jì)數(shù)一樣，在算法中捕捉這些脈沖。如果當(dāng)前為下降狀態(tài)，則對(duì)電機(jī)斷電后產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行位置加法操作，如果當(dāng)前為上升狀態(tài)，則對(duì)電機(jī)斷電后產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行位置減法操作。

2.2紋波原理

電機(jī)有磁極、轉(zhuǎn)子線圈、換向器組成。根據(jù)右手定律轉(zhuǎn)子線圈通電后再磁極磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)到磁場(chǎng)邊緣是磁場(chǎng)變?nèi)?，電?dòng)勢(shì)減小，電流增大。換向器改變轉(zhuǎn)子線圈的電流方向，重新進(jìn)入磁場(chǎng)電動(dòng)勢(shì)增大，電流減小。轉(zhuǎn)子線圈不斷轉(zhuǎn)動(dòng)、電動(dòng)勢(shì)和電流不斷變化，從而紋波不斷產(chǎn)生。所以紋波是電機(jī)的固有特性，通過(guò)計(jì)算紋波的個(gè)數(shù)就能計(jì)算出轉(zhuǎn)子換向的次數(shù)，就能計(jì)算出窗戶的相對(duì)位置，結(jié)合時(shí)間就能得出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

圖4 紋波原理