基于紋波防夾技術的車門玻璃防夾系統(tǒng)設計

劉少鋒 王鑫

安徽江淮汽車集團股份有限公司 安徽省合肥市 230601

電動車窗防夾功能作為重要的汽車安全配置，已被越來越多的客戶所重視。歐洲的74/60/EEC標準、美國的MVSS118標準均要求乘用車必須四門玻璃防夾[1]；國標GB 11552-2009規(guī)范要求有自動升窗必須帶防夾功能[2]。

目前國內各主機廠均已開始推動四門防夾功能（附帶遙控升降窗）的標配化工作。而實現四門防夾功能基于防夾原理不同主要有兩類技術路線：A、四門霍爾電機集成防夾模塊；B、四門紋波電機、獨立紋波防夾控制模塊。

目前紋波防夾技術作為新技術，因其成本低、功能易擴展等優(yōu)勢，我們基于實車匹配驗證，開發(fā)了基于紋波防夾技術的車門玻璃升降系統(tǒng)，能夠實現玻璃手動升降、一鍵升降、防夾手、各類環(huán)境自適應等功能。

1 防夾技術原理

霍爾電機防夾機理是電機旋轉軸上裝有磁環(huán)（n對極），防夾模塊上集成的霍爾傳感器，通過磁環(huán)表面的磁場變化從而獲得周期性的脈沖信號。通過獲得的周期性信號從而計算出電機旋轉一周所用時間以及玻璃整個行程的脈沖信號個數，取相對值，從而獲得玻璃在具體位置的信息。

紋波電機防夾機理是電機旋轉軸上裝有換向器（n槽），一對碳刷在換向器圓周面上旋轉傳輸電流的過程中，由于瞬時回路電阻差異，從而產生紋波電流并獲得周期性的脈沖信號。紋波控制模塊通過獲得的周期性信號從而計算出電機旋轉一周所用時間以及玻璃整個行程的脈沖信號個數，取相對值，從而獲得玻璃在具體位置的信息。

2 車門玻璃防夾系統(tǒng)概述

車門玻璃防夾系統(tǒng)電氣原理圖如圖1所示，基于LIN信號的紋波防夾車窗控制器來實現四門玻璃防夾、一鍵升降等功能。

車窗防夾控制器APM（Anti-Pinch Module）電氣參數要求見表1。

3 車門玻璃防夾系統(tǒng)要求

3.1 紋波電機要求

采用紋波技術而實現防夾功能，電機需要滿足下列要求。

轉速：9V～16V，在無負載情況下，極對數為4時，電機轉速不大于9000轉/分鐘。

機械結構：電機自固定的轉子軸必須保證電機不會在剎車或者自身開始工作后向相反方向移動，電機不能空轉。

表1

圖1 電氣原理圖

堵轉電流：9V～16V，電機的堵轉電流不超過25A。

紋波振幅：9V～16V，最小紋波電流值0.5A（峰峰值）。

波形品質：要求波形類似于正弦波。使用帶傅立葉變換的頻譜圖來觀察。參考主諧振波形（基波）的頻率振幅為0dB，其它諧振頻率的振幅都必須在如下圖所示的值之下。

圖2 諧振頻率振幅

3.2 升降器自鎖性要求

電機短路情況下，在升降器玻璃支架上施加500N負載時，要求電機渦桿不能轉動。

3.3 對輸入信號的要求

如果開關為數字信號輸入，要求車窗控制按鍵輸入直接連接到車窗防夾控制器，常態(tài)為懸空。

車窗防夾系統(tǒng)的玻璃升降輸入信號地不能和大功率用電器的功率地搭接在一起。

3.4 玻璃系統(tǒng)阻力

玻璃系統(tǒng)阻力設計建議值為80±5N，實際變化范圍建議≤30%，玻璃升降過程中不得出現卡滯等故障。

4 車門玻璃防夾系統(tǒng)功能規(guī)范

4.1 防夾功能手動學習

手動學習過程：①第一步操作左前門玻璃（右前門玻璃/左后門玻璃/右后門玻璃）上升，使玻璃上升至頂部堵轉位置；②第二步再次操作車窗玻璃上升，使車窗玻璃在頂部位置向上堵轉，堵轉持續(xù)時間2s；③第三步操作車窗玻璃下降到底部位置；④第四步操作車窗玻璃上升窗到頂部位置；手動學習過程全部完成，若具備自動上升功能，則表示該車窗學習成功；此學習模式下，升窗及降窗過程需要連慣完成，若出現車窗玻璃出現停止現象，則需重新學習。

4.2 車窗玻璃升降（手動升降玻璃、自動升降玻璃）

4.2.1 手動升降。手動上升：輸入車窗玻璃手動上升開關信號，相應的車窗玻璃執(zhí)行上升動作，松開即停。手動下降：輸入車窗玻璃手動下降開關信號，相應的車窗玻璃執(zhí)行下降動作，松開即停。

4.2.2 自動升降。APM學習成功以后才可執(zhí)行自動上升功能；自動上升：輸入車窗玻璃自動上升開關信號，相應的車窗玻璃執(zhí)行自動上升動作，車窗玻璃自動上升到頂部位置。

自動下降：輸入車窗玻璃自動下降開關信號，相應的車窗玻璃執(zhí)行自動下降動作，車窗玻璃自動下降到底部位置。

車窗處自動升降過程中，輸入手動升降信號即停。

4.3 遙控車窗玻璃升降

遙控升降條件：APM完成初始化學習后收到遙控升降指令并滿足條件即可執(zhí)行；遙控升窗功能不受乘員車窗禁止的影響，即使乘員車窗被禁止，遙控升降乘員窗功能依然有效；四窗升降順序為（左前→右前→右后→左后），各窗啟動間隔為100ms。

4.3.1 遙控升窗。完成初始化的APM收到遙控升窗信號后，執(zhí)行車窗遙控上升功能；若部分車窗處于非初始化模式，已完成初始化的車窗正常執(zhí)行自動升窗動作，非初始化的車窗自動下降到底，然后上升到頂（具有防夾功能）。

在車窗玻璃上升過程中，松開LOCK鍵，APM執(zhí)行四門車窗玻璃自動上升，在上升過程中收到任意遙控信號命令后上升動作停止；在車窗玻璃上升過程中，車窗完全關閉，車窗上升動作停止；在車窗玻璃遙控上升期間，防夾功能有效。

4.3.2 遙控降窗。APM收到遙控降窗信號后，執(zhí)行車窗遙控下降功能；在車窗玻璃下降過程中，松開UNLOCK鍵，APM執(zhí)行四門車窗玻璃自動下降，在下降過程中收到任意遙控信號命令后下降動作停止；在車窗玻璃下降過程中，車窗完全打開，車窗下降動作停止。

4.4 防夾功能

APM自學習成功，當車窗玻璃進行自/手動上升或遙控上升模式下，遇到障礙物被夾，車窗玻璃會自動下降一段距離。

防夾力要求：防夾力≤100N，須滿足GB11552-2009要求。

4.4.1 防夾區(qū)域。車窗防夾區(qū)域定義為A+4mm到A+200ms之間（見圖3）；

圖3 防夾區(qū)域示意圖

4.4.2 防夾反轉。車窗自動上升過程中在防夾區(qū)域內遇到障礙物，車窗玻璃將進行自動下降；首次防夾車窗反轉距離為150mm（最小距離），若下降距離不足150mm則降到車窗底部堵轉位置；連續(xù)發(fā)生防夾時，從第二次起車窗反轉時直接下降至底部堵轉位置。

4.5 車窗軟停保護

4.5.1 下軟停保護。為保護車窗電機下降時對底部堵轉沖擊，設置高于底部堵轉位置約1mm～3mm為軟停位置；車窗一次自動降窗操作后，自動下降至軟停位置時，將自動停止車窗動作；車窗在下軟停位置時，再一次觸發(fā)下降功能，車窗將下降到底部堵轉位置。

4.5.2 上軟停保護。為保護車窗電機上升時對頂部堵轉沖擊，設置于頂部堵轉位置上軟停（堵轉力130N±30N）；車窗一次自動升窗操作后，自動上升至軟停位置時，進行輕堵轉并自動停止車窗動作；車窗在上軟停位置時，再一次觸發(fā)上升功能，車窗將硬堵轉；APM軟停位置會根據實際工況更新軟停位置。

5 結語

車窗防夾技術目前主要有兩種形式，一種為霍爾電機集成防夾模塊，另一種為獨立紋波防夾模塊，現階段霍爾電機防夾方案居多。隨著紋波防夾技術的日趨成熟，越來越多的主機廠在使用可靠性更高、成本更低的獨立紋波防夾方案。

基于紋波防夾技術的車門玻璃防夾系統(tǒng)需要在紋波電機選型、玻璃升降器結構、系統(tǒng)阻力設計以及防夾模塊標定方面制定可靠流程和標準才能獲得主機廠認可的品質和性能。