電動車窗防夾系統設計

張景宣，于士軍

（德州學院 汽車工程學院，山東 德州 253023）

電動車窗防夾系統設計

張景宣，于士軍

（德州學院 汽車工程學院，山東 德州 253023）

防夾系統是利用一組霍爾傳感器在汽車發動后時刻對電動機的轉速實施檢測，當車窗人為控制升起時，通過傳感器檢測到車窗進入防夾區并達到規定力度，阻礙發動機運轉，導致發動機的轉速減慢，將信息傳送到單片機使車窗停止或者下降到最底部，當異物消失車窗正常關閉，從而使電動車窗具有一定的防夾功能。

單片機；霍爾傳感器；電動車窗；車窗定位；防夾力判斷

隨著中國經濟的迅速發展，人們的生活水平和質量日益提高，汽車已經成為人們日常生活中不可缺失的一部分，電動車窗的使用更是給廣大司機和乘客帶來了便利，但隨之而來的一些弊端也逐漸顯露。例如，車窗上升關閉的速度較快，容易造成車上人員的夾傷。由于日常生活中被車窗夾傷的事件頻頻發生，因此引起了人們的重視，電動車窗防夾系統很大程度上解決了這個問題。

1 電動車窗總體構成及防夾原理

（1）總體構成。防夾系統由AT89S51單片機，SS566AT霍爾傳感器以及汽車內部電機等組成。

（2）防夾原理。電動車窗上升過程中，到達防夾區域（防夾區間在距車窗頂端4～200mm處）后，夾到異物并達到一定力度時通過霍爾傳感器檢測電動機由于有異物而導致的轉動減緩，并將其轉化為數字信號通過LIN傳送到ECU，從而使ECU對繼電器進行控制，使電流逆反，讓電動機停止或反方向工作，從而使車窗停止或退到底部，實現防夾效果。若車窗上無異物則車窗正常上升至關閉。

2 防夾系統總體設計

（1）設計要求。基本要求：確定車窗當前的位置；當汽車熄火時，應自動關閉車窗；有自鎖裝置；防夾力需在60N～100N之間；運行后記憶車窗長度，保存數據。

（2）防夾系統總體結構。汽車在車門上的四個車窗構造基本相同，四個車窗系統為了便于管理將其連接在一條總控制線上（LIN）。而防夾系統屬于車窗系統中的一部分所以也通過LIN連接，為了方便司機控制汽車，將駕駛員位置作為主節點，其他三個為副節點。通過CAN網絡駕駛員可以更好地對汽車進行單項或者多項系統的控制。總體結構如圖1所示。

圖1 總體結構

（3）單片機和霍爾傳感器的選型。①單片機選型。本系統選用AT89S51型號的單片機，該型號是由美國ATMEL公司生產的低功耗，高性能的CMOS8位單片機，其特點在于功能強大，價格低，使用靈活等。②霍爾傳感器選型。將一個霍爾半導體片放入磁場中，使一個恒定電流I從A到B通過該片。在洛侖茲力的作用下，I的電子流在通過霍爾半導體時向一側偏移，使該片在CD方向上產生電位差，這就是所謂的霍爾電壓。霍爾電壓隨磁場的變化而變化從而發揮檢測車窗電機電流變化的作用。本系統中選用SS566AT型號的霍爾傳感器，該型號傳感器特點在于其穩定性好，低功耗，反應靈敏并可與許多電子元件直接使用。

（4）車窗位置的確定。電機運轉使鋼絲繩運動，從而使車窗移動，在車窗運動過程中電機轉動次數與車窗移動距離成正比例關系，而電機轉動一周使霍爾傳感器產生信號，從車窗開始移動到結束，可以讓單片機對信號計數，從而得知車窗當前位置，確定車窗是否處于防夾區。位置檢測電路如圖2所示。

圖2 位置檢測電路

（5）防夾力的判斷。

有關電機方程:

對上式進行綜合拉普拉斯變換得

其中，U為電樞電壓，L為電樞自感，J為轉動慣量，R為電樞等效電阻，Ω為電機轉速，i為電流，e反向電動勢，f為摩擦力，m為轉矩。

由于一個電機的電壓和轉動慣量不變，所以當摩擦力變大，電流也變大，反映到實際就是，當車窗上升過程中有異物阻礙其上升，從而使電機轉速變慢，導致電流變大，也會導致霍爾傳感器的信號脈寬變大通過電流和信號脈寬來判斷夾物力的大小，從而決定是否進行防夾，達到防夾效果。

3 程序設計

在司機或乘客開始使用車窗按鍵時，由系統首先判斷是開啟還是關閉從而確定車窗是上升還是下降，在車窗上升時，若車窗上有異物，系統首先進行防夾判斷（車窗位置是否到達防夾區，防夾力的大小）若達到防夾范圍，車窗停止并下降。程序流程圖如圖3所示。

圖3 程序流程圖

4 結語

通過防夾系統的使用，在關閉車窗的過程中可以更好地避免夾傷，以達到安全的目的。經過反復實驗，結果表明，電動車窗防夾系統可以起到很好的人體保護作用，能夠大大減少手和頭等部位夾傷的現象，具有良好的實用效果。該設計的發明使用，可以有效減少因為車窗關閉速度過快而引起的夾傷事件，這種采取安全防止夾傷的裝置，使汽車更加合理更加人性化，從而提高了汽車的舒適性和安全性，順應了當代汽車發展的主流，具有廣闊的發展前景。

［1］謝紅衛，鄒逢興，張明等.現代控制系統［M］.北京：高等教育出版社，2004.

［2］姜立標.汽車傳感器及其應用［M］.北京：電子工業出版社，2013.

［3］徐志生.汽車理論［M］.北京：機械工業出版社，2003.

［4］賀樂廳，翟羽健.汽車電動車窗防夾裝置的研制［J］.輕型汽車技術，2003，（1）.

圖3 程序結構圖

如圖3所示。首先，駕駛員可以根據自己所在國家或地區以及自己對車速的要求，自行設定最高車速。在汽車行駛過程中，當儀表盤上的指針超過了自己設定的最高車速，此時報警器會進行超速語音播報，提醒駕駛員應當降速行駛。在車速降到低于最高車速時，語音播報器自行停止語音播報。

5 結語

文章設計的汽車超速報警器由電源、激光源、語音播報器、光敏電阻等單元構成。在實際操作過程中，只需要把反光片固定在需要報警速度的相應位置，即可實現可調控報警功能。該裝置經過實驗結果表明，能夠在駕駛員駕駛汽車超速時及時的發出超速警號，具有很好的實用效果。這樣不僅保證了駕駛員的安全，而且該裝置可靠耐用。同時，成本低也不需要昂貴的維修費用。滿足了基層汽車車主的市場需求，具有很好的發展前景。

參考文獻

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［2］唐凱，江開發，張弛.基于光電耦合器的汽車超速報警器設計［J］.公路與汽運，2008，3（2）：28-29,42.

［3］余志生．汽車理論［M］．北京：機械工業出版社，1999．

Design of Electric Car W indow Antitrapping System

ZHANG Jing-xuan，YU Shi-jun
（Automotive Engineering School of Dezhou Institute，Dezhou，Shandong 253023，Chiina）

Anticlamping system is to detectmotorspeed by using a setofhallsensorsafter the carstarts.When thewindow risesmanually，windowsare detected into antitrapping area by sensors and reach to regulated force，which hinders the engine running，andmakes the engine speed slow down，and then transmit the information to the single chipmicrocomputer to stop thewindow ormake it fall to thebottom.When foreign objectsdisappear，theelectricwindowshaveantitrapping function.

single chipmicrocomputer；hallsensor；electricwindows；window position；clamp force judgment

U463.835

A

2095-980X（2016）11-0068-02

2016-10-16

張景宣，主要研究方向：汽車工程。