汽車玻璃升降系統防夾功能分析研究

王海青，李彥鋒，楊天征，蘇春陽

（奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241006）

隨著中國經濟的發展，社會消費水平的逐漸提高，汽車逐漸從奢侈品變成了常見日用品。從相關統計來看，2018年汽車保有量已經達到3.27億，一般轎車上配備的防夾車窗都是靠“觸覺”來控制的，控制系統在玻璃上升過程中一旦檢測到玻璃遇到壓力時，它便會停止玻璃上升并指令玻璃下降，以防止夾傷人。但更高級轎車上還配備一種靠“視覺”來控制防夾功能的車窗，在玻璃上升過程中發現玻璃上方有任何異物，它都會自動停止上升而改為下降，因此無需異物直接接觸到玻璃。這種系統由紅外線發射器和接收器組成，安裝在車窗內飾件上，它能連續精確地掃描指定的區域，在距離車窗開口框上邊緣4～200mm范圍內 （圖1），一旦檢測到有異物便會立即停止玻璃上升，所以有人稱之為“智能無接觸防夾玻璃”。

圖1 智能無接觸防夾玻璃示意圖

1 系統介紹

1）系統組成：駕駛員側開關、乘客側開關、遙控器、4門防夾升降電機和BCM。

2）通信方式：防夾模塊與BCM之間通過LIN線通信。

3）防夾系統電路框架如圖2所示。

2 功能描述

系統初始化完成后，手動或自動控制玻璃上升到防夾區域，此時如果遇到阻礙物并達到防夾力限值將會防夾反轉。

2.1 防夾抑制功能描述

防夾抑制功能是防夾模塊的一個特征功能，該功能是為了防止在極端情況玻璃上升過程中遇到障礙物，由于防夾反轉玻璃一直不能閉合。在此種情況下，防夾功能將被禁止，防夾抑制功能被激活。

2.2 防夾抑制功能過程描述

玻璃上升過程中發生第1次防夾反轉后10s內，如果又發生了第2次防夾反轉，從第2次防夾反轉之后10s內，自動升降窗功能被禁止，如果在這10s內，玻璃繼續上升，此時玻璃遇到障礙物不再發生反轉，防夾功能被禁止，系統進入非初始化模式。

當防夾抑制功能被激活后，可以控制玻璃手動無防夾上升，此時電機以最大扭矩進行關窗動作。

2.3 門窗升降功能描述 （帶防夾）

帶有防夾功能的玻璃升降，左前門非本地開關接入BCM接收端，各個本地開關接入相應的防夾模塊。電機由防夾模塊直接驅動，BCM和防夾模塊進行LIN通信。

鑰匙在ON擋位、鑰匙從ON擋位打到OFF或者ACC擋位時2min內，動作玻璃升降開關可以控制車窗電機。

1）玻璃升降功能支持下面2種模式：①手動功能：長按玻璃升降開關，玻璃動作，松開玻璃升降開關，玻璃停止運動。②自動功能：短按玻璃升／降開關，對應玻璃自動上升／下降，再次按下玻璃升降開關，玻璃停止動作。

在鑰匙打到ACC或OFF擋位后2min內，如果車輛任意一前門被打開，玻璃升降功能失效。

2）具備長按升／降窗的功能：①當IGN-OFF，4門關閉，長按遙控鑰匙解鎖按鍵，t≥1.5s 4門玻璃下降。當玻璃下降到底或者在玻璃下降過程中松開鎖鍵，則玻璃下降立即停止。②當IGN-OFF，4門關閉，長按遙控鑰匙閉鎖按鍵，t≥

圖2 防夾系統電路框架圖

1.5s 4門玻璃上升。當玻璃上升到頂或者在玻璃上升過程中松開鎖鍵，則玻璃上升立即停止。

說明：一鍵升／降窗功能只有在防夾模塊初始化完成后有效。

2.4 點火信號

1）當玻璃動作時，收到點火信號，玻璃升降立即停止。

2）如果是自動升降窗，點火過程中，玻璃立即停止動作，點火完成后玻璃繼續之前的升降動作。

3）如果是手動升降窗，點火過程中，玻璃立即停止動作，點火完成后如果輸入開關仍保持閉合，玻璃將繼續之前的手動升降動作。

4）點火過程中，玻璃升降輸入命令無效。5）防夾反轉不受點火的影響。

2.5 應急模式

在以下兩種情況下會進入應急模式。

1）防夾模塊上電后失去LIN通信時間，超過150ms后LIN通信未恢復，玻璃升降電機進入應急模式。

2）在LIN正常通信時，出現通信超時，在出現通信超時之前使能信號WL_Authorization=1或鑰匙在ON擋，玻璃升降電機進入應急模式。

應急模式定義如下：①應急模式持續時間為10min；②如果在10min內LIN通信恢復，玻璃升降電機將退出應急模式直接進入正常模式；③當10min過后，玻璃升降電機立即停止動作進入睡眠模式；④在應急模式中只有手動升降功能有效，無自動升降功能。

2.6 LIN兒童鎖信號

1）玻璃升降電機可以從BCM發出的信號中讀取兒童鎖開關狀態，當玻璃升降電機未收到兒童鎖狀態信號時，玻璃升降電機默認兒童鎖狀態為非閉合狀態。

2）兒童鎖開關可以臨時中斷乘客側的本地玻璃升降開關的輸入。當兒童鎖激活時，乘客側玻璃升降電機不會接收對應本地開關的輸入信號。

3）當乘客側玻璃正在動作時，激活兒童鎖，玻璃立即停止動作。

2.7 防夾保護功能描述 （帶防夾）

玻璃升降電機通過電機防夾模塊內部的繼電器控制。

1）當防夾模塊檢測到玻璃到達上下極限位置時，防夾模塊將停止驅動玻璃升降電機。

2）在收到玻璃升降指令20s后，如果玻璃沒有升到頂或降到底，玻璃升降電機將停止動作。

3）防夾力小于100N，具體控制策略請參閱防夾相關說明。

3 其他功能

1）系統自適應特性 每當玻璃自動或手動上升到指定的區域范圍，系統將會記錄和儲存該玻璃上升到指定區域的停止位置。在下一個玻璃上升過程中，將用存儲的數據修正防夾算法。

為了阻止玻璃閉合力的急劇變化，自適應值會微量地增大或減小。在測試中系統至少需要玻璃升降5個循環后才能適應車窗的特性。

2）電機啟動期間 電機啟動后要在很短時間內達到恒定速度，因此，在電機啟動到達到恒定速度的時間內如果攀升力超出了100N，這種情況不會發生防夾反轉。

3）防夾反轉 在防夾區域遇到障礙物，電機會控制車窗進行反轉，車窗將下降一段距離。

4）軟停功能 在玻璃下降的過程中，因為堵轉停止動作，會導致機械磨損和電機過熱。為了避免這種情況，讓電機下降到軟停位置時停止，軟停位置在下堵轉位置之上，這個功能叫“軟?！薄．敐M足以下所有條件時軟停功能有效：①玻璃升降電機初始化完成；②車窗在往下運動；③當前車窗位置在軟停位置之上；④在初始化完成后，當電機檢測到下堵轉位置，電機將學習到軟停位置，軟停位置為距離下堵轉位置以上；⑤軟停20次后，軟停功能失效，軟停位置需要重新學習。

5） 系統自檢 以下系統錯誤會被檢測到：①重新上電或喚醒后EEPROM參數出錯；②霍爾傳感器出錯；③電機運行時間出錯：電機連續運行時間超過20s；④玻璃超出上邊緣停止位置約5～20mm；⑤玻璃超出下邊緣停止位置5～20mm；⑥繼電器粘連；⑦開關粘連錯誤。表1為失效模式和失效后進入的模式。

表1 失效模式和失效后進入的模式

6）診斷服務 防夾模塊具有診斷功能，當對應故障發生時，會將相應的故障信息發給車身控制器，車身控制器會儲存相應的故障碼，對應診斷信息需參閱車身控制器系統的診斷流程。

7）熱保護 熱保護是防止電機因持續運行導致過熱損壞的裝置，熱保護裝置可以預知電機在任何時刻的溫度，并能控制電機的工作狀態。為了防止電機嚴重損壞，當電機進入熱保護后，電機會立即停止或只允許電機部分功能有效。

滿足以下條件電機會進入熱保護：①在常溫下，車窗連續上升下降約10個循環；②在高溫／低溫下，車窗連續上升下降約5個循環。

當進入熱保護后，電機控制邏輯如下：①允許完成當前正在執行的升降動作；②允許防夾反轉；③熱保護期間電機不接受任何新的玻璃上升命令；④如果玻璃沒有停在軟?；蛳露罗D位置，允許玻璃下降動作；⑤如果玻璃停在上膠條區域且系統初始化已經完成，此時不允許玻璃下降動作；⑥當玻璃停在軟停或下堵轉位置時，不允許玻璃下降動作。

注：熱保護最長時間為2min，2min后退出熱保護進入正常模式，允許執行新的動作。

8）防夾模塊初始化 第1次上電或檢測到錯誤后，系統進入非初始化模式。非初始化模式中以下功能無效：①自動升降窗動能；②軟停功能；③防夾功能；④遙控升降窗功能和系統初始化。

注：在非初始化模式中，允許玻璃手動上升。

按以下流程操作可完成防夾模塊系統初始化：①接通點火開關至ON擋；②關閉所有車窗；③上提電動車窗開關，并將其保持在該位置至少1s；④松開開關，然后再次上提并保持在上提位置。至此，防夾模塊初始化完成，可單獨恢復某個電動車窗的自動功能，也可同時恢復數個電動車窗的自動功能。

當滿足以下任一條件時，系統進入非初始化模式：①蓄電池斷開后重新接上；②防夾抑制功能被激活時間內發生硬堵轉。

4 技術參數及注意事項

1）正常工作電壓范圍

工作電壓范圍為：9V≤Ubat≤16V；靜態電流：0.04mA／每個模塊。

2）接插件信息及PIN腳定義 （圖3）

圖3 接插件信息及PIN腳定義

3）拔掉防夾模塊電源注意事宜

為了避免損壞防夾模塊電控單元，在拔掉防夾模塊接插件或斷開整車電源時應注意以下幾點：①當玻璃升降電機在運行的時候，不要斷開整車蓄電池電源或拔掉防夾模塊插件。②在電機未完全停止之前不要斷開防夾模塊電源，并且在電機停止轉動2s后才能斷電。

5 結論

電動車窗給人們帶來了汽車的舒適性和操作方便性，但同時人們也應該認識到其帶來的危險性，汽車生產廠家將一款裝備電動車窗但不具備防夾功能的產品交付消費者，其實是一種不負責任的做法。中國作為世界第一汽車產銷大國，但中國的汽車安全性與國外卻存在極大差距，所以，消費者首先要提高自己的安全意識，同時也希望國家能盡快出臺相應的強制性法規，讓消費者真真享受到汽車電子產品帶來的舒適性和安全性。