電動車窗防夾系統設計

孟祥和，王衛東

（德州學院 汽車工程學院，山東 德州 253000）

電動車窗防夾系統設計

孟祥和，王衛東

（德州學院 汽車工程學院，山東 德州 253000）

隨著科學技術的不斷發展，電動車窗防夾系統已經成為轎車的必備功能之一，車窗在上升過程中，能夠檢測到運動過程中出現的夾緊力或者障礙物，一旦出現異?，F象，就會改變電機的運動方向或者停止電機的運行，現在市場上大部分轎車已經具備了這種安全功能。通過車載電源驅動車窗玻璃的升降，防止車窗夾傷乘客造成安全問題甚至生命危險，在不影響車輛方便性和外觀的前提下，設計電動車窗防夾系統是非常必要的。

電動車窗；車輛安全；防夾系統設計

1 電動車窗防夾系統的發展現狀

20世紀90年代，福特汽車公司開始在汽車上裝備電動車窗防夾技術，目前被越來越多的汽車制造商采用，并不斷研發和創新。汽車的車窗升降系統非常復雜，機械、環境等諸多因素都會影響電動車窗的自動運行情況，歐美等發達國家針對電動車窗防夾技術的研究已經有數十年，技術比較成熟，而我國的汽車電子技術研究時間并不長，汽車工業的整體發展水平較為落后，國產汽車制造商很少采用電動車窗防夾技術和裝置。隨著國外對汽車電子技術的可靠性、安全性要求逐漸提高，很多知名汽車制造商和研發機構都投入了大量的人力、財力，研究更加智能、高效的電動車窗防夾系統。目前采用的技術主要有：車窗升降電機傳動系統、汽車運行工況和環境改變防誤夾系統等。

2 電動車窗防夾系統分析

（1）設計要求。要實現有效的電動車窗防夾功能，需要對車窗的防夾區域、防夾執行動作和防夾閾值力進行定義。文章采用的為歐洲74/60/EEC或者美國MVSS118標準：防夾區域為距離門窗頂端4mm到200mm的區域；防夾閾值力為100N；遇到障礙物后，車窗電機反向運轉，車窗玻璃下降一段距離后停止，等到用戶的進一步操作。

（2）設計原理。要提高電動車窗的安全可靠性和實時響應性，針對運行過程中可能出現的異常情況，需要解決的問題有以下方面：判斷車窗玻璃是在下降還是上升；判定車窗玻璃的位置；判定車窗電機的負載；發生異常情況的快速響應；防夾系統算法的自適應性和魯棒性。

（3）系統總體結構。汽車的四個車門車窗采用相同的系統，為了方便系統管理和系統集成，使用LIN總線將四個車窗系統連接起來，駕駛員所在車窗系統為總線的主節點，另外三個為從節點，駕駛員使用車窗系統功能能夠對全部四個車窗進行分布式控制，也可以使用CAN網絡和中央控制聯網，接入整車分布式控制網絡。

3 電動車窗系統的硬件設計

（1）霍爾定位的硬件設計。在電動車窗系統中，霍爾傳感器起到采集信號的重要作用，采用日本Allegro生產的霍爾傳感器，安裝方法為：安裝時將四個磁鋼片對稱在埋置在電機的輸出軸上，運用霍爾傳感器來感應磁場，電機軸每轉一周，霍爾傳感器就能夠輸出四個脈沖，然后單片機捕獲脈沖并計算脈沖數量。當車窗玻璃上升時，脈沖數量增加，反之脈沖數量減少。

（2）電流采樣的硬件設計。在車窗玻璃上升時，如果遇到了障礙物，電機軸負載轉矩就會增加，也就是說，電機軸負載轉矩對障礙物的感應非常敏感，可以將其閾值作為監測障礙物的指標，但是電機軸負載轉矩測量較為困難，因

此可以采用間接的方法，將測量負載轉矩轉化為測量電樞電流。如圖1所示，電流流過電機電樞后經過采樣，放大輸出到單片機中，其中電容起到濾波的作用，穩壓管用來保護微處理器。

圖1 電流采樣圖

然后對上式進行轉換，可以得到：

聯立上述兩個算式，可以得到：

4 防夾系統軟件設計

（1）防夾系統的算法。從兩個方面考慮電動車窗防夾系統的算法，一是電機負載轉矩變化率閾值，二是防夾閾值力。按照歐洲或者美國標準，防夾閾值力為100N。對于電動車窗防夾系統的算法，其核心為車窗在上升或者自動上升狀態時，通過霍爾傳感器計算脈沖數量來判斷車窗玻璃是否進入了防夾區域，通過障礙物檢測來監測電樞電流和變化率情況，如果超出閾值則可能出現了異常情況。

（2）應用程序設計。使用微處理器內部時鐘頻率為8 MHz，內部存儲32k字節，運行內存1k字節，ADC為10字節，是一種8位微處理器，具有較強的抗干擾能力和較為完善的功能。編寫軟件時，為了便于后期修改和維護，可以采用結構化或者模塊化的編寫方法，使用標準C語言來實現應用程序的各個功能，應用程序功能包括軟件初始化、硬件初始化、脈沖計數、按鍵監測、障礙物監測、A/D轉換等，采用μC/OS系統建立四個任務，分別是：按鍵監測：viod Task_KeyScan（void*pdata）；障礙物監測：void Task_ObsDetc（void*pdata）；脈沖計數：void Task_PulseCount（void*pdata）；電機控制：void Task_DcCtrl（void*pdata）；根據電動車窗防夾系統的需求，任務優先級為13、12、11、10。

5 電動車窗系統標定設計

霍爾脈沖計數和車窗防夾區域存在一個對應關系，可以通過實驗來得到這個關系并制作成關系表，為了防止回程誤差產生影響，當車窗玻璃在頂端時，脈沖計數為標定的最大值；車窗玻璃到達底端時，脈沖計數歸零。對于玻璃在防夾閾值力下的電樞電流，也可以通過實驗測得，寫入單片機和存儲器中，并且要隨著車輛使用時間的增加不斷更新，可以在車窗防夾系統出現異常時人為改寫。

6 結語

綜上，隨著我國汽車工業的不斷發展，汽車電子產品前景廣闊，車窗系統是汽車的主要組成部分之一，現今電動車窗防夾系統已經成為汽車的標配，也是影響消費者購買汽車產品的因素之一，很多消費者認識到電動車窗防夾系統對于車輛安全的重要性，我國汽車制造企業和相關研究機構也針對電動車窗防夾系統進行了研究。文章設計采用霍爾脈沖定位法和電機負載轉矩變化率閾值法進行了電動車窗防夾系統的設計，每個車窗都由獨立的微處理器控制，使用了多任務嵌入式系統μC/OS，系統的響應性和可靠性得到了提高?？傮w來說，這套電動車窗防夾系統具有性能穩定、相應速度快、抗干擾能力強等優點，證實了防夾系統算法的可行性。

Design of the Clamp System of Electric Windows

MENG Xiang-he，WANG Wei-dong
（Automotive Engineering Institute，Dezhou College，Dezhou，Shandong 253000，China）

With the continuous development of science and technology，electric windows clamp system has become a necessary function of car,which can detect movement and obstacles in the rise of windows.Once abnormal situation appears，the engine will change the movement or stop.Now most cars in the market have this safety function.The paper puts forward that car power driven windows can prevent passengers from in jury or danger.Therefore，it is necessary to design electric Windows anti clamping system without affecting the convenience and appearance of cars.

electric Windows；vehicle safety；clamping system design

U463.835

A

2095-980X（2016）10-0059-02

2016-09-05

孟祥和（1994-），男，山東濟寧人，大學本科，主要研究方向：汽車工程系交通運輸。