汽車電子車窗防夾技術的主要類型及控制系統(tǒng)架構(gòu)

·隨著人們生活水平的不斷提高，人們對于車輛使用舒適性的需求也越來越高。在這一背景下，電動車窗目前已基本成為車輛的標配，另外很多車型也同時配備了電動尾門。電動車窗、電動尾門如果不具備防夾能力，在使用中會存在夾傷人員的風險。針對這一風險，我國在2009年出臺了防夾法規(guī)（GB 11552-2009）。法規(guī)中要求，具備自動上升功能的車窗必須具備防夾功能。另外美國和歐盟也早已頒布了相應法規(guī)。因此，現(xiàn)代汽車對電動車窗強制性采用了車窗防夾技術。

防夾功能說明

防夾電動車窗的基本設計思想可概括為：在車窗上升過程中，當障礙物(含人體)接觸車窗玻璃(達到一定力度)時，車窗電機停轉(zhuǎn)，隨后電機反轉(zhuǎn)，使車窗下降一段距離后停止，或使車窗直接下降到底部，避免夾傷乘客，從而實現(xiàn)防夾功能。

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?防夾技術的主要類型

從使用的防夾手段上來看，目前市場上主流的是霍爾防夾和紋波防夾兩大類。?

帶傳感器的霍爾防夾

霍爾防夾：主要是在電機軸上安裝磁環(huán)，磁環(huán)隨電機轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的磁場經(jīng)過霍爾傳感器感應后，輸出方波信號，方波的個數(shù)反映了位置，方波的周期反映了電機運行速度。當遇到障礙物時電機運動速度變慢，對應方波信號周期變大，再結(jié)合電壓，溫度，車速等外部環(huán)境因素進行防夾判斷。優(yōu)點是霍爾信號準確，相對應的位置準確可靠，缺點是每個電機需要安裝一個霍爾傳感器，且霍爾傳感器需要貼近磁環(huán)安裝。

目前市場上運用較多的是獨立式霍爾防夾，即一個電機裝配有一個防夾控制模塊，然后組裝到升降機構(gòu)上。見下圖:

圖1 獨立式霍爾防夾模塊

獨立式霍爾防夾在整車系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示，車身域控制模塊通過總線CAN或LIN與智能電機Smart Motor相連，Smart Motor指具備防夾功能的電機，包括可以進行防夾運算的模塊和電機，且模塊直接裝配在電機中。這種方式模塊很緊湊，但整個電機相對占空間大，不利于結(jié)構(gòu)布局，且成本相對較高。

圖2 獨立式霍爾方案車窗控制系統(tǒng)架構(gòu)

另外一種是集成式門模塊方式，即防夾算法集成在門模塊中，這種方式采用霍爾防夾電機與門模塊組合，霍爾防夾電機指裝配有霍爾傳感器的電機，霍爾防夾電機負責輸出霍爾信號，門模塊負責采集與處理霍爾信號，并進行防夾運算。這種架構(gòu)接線線束較多，每個電機與門模塊之間需要連接6根線束。系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示：

圖3 集成式門模塊霍爾方案車窗控制系統(tǒng)架構(gòu)

不帶傳感器的紋波防夾

紋波防夾：有刷直流電機在換相過程中會產(chǎn)生電流紋波，紋波的個數(shù)與電機轉(zhuǎn)速和換向片的個數(shù)成正比，因此若能提取出電流紋波便可得到門窗運動的位置信息，當門窗運動過程中遇到障礙物時電流會增大，可根據(jù)電流，轉(zhuǎn)速，再結(jié)合電壓，溫度，車速等外部環(huán)境因素進行防夾判斷，這便是基于紋波的防夾原理。目前聯(lián)合電子共有兩種基于紋波的防夾產(chǎn)品：

第一種是集成到車身域控制器的紋波防夾（如圖4）。即四門車窗紋波防夾算法集成在車身控制器中，一個模塊控制四門車窗升降。每個電機僅兩根線束與車身控制模塊連接。具體見下圖：

圖4 集成到車身域控制模塊的紋波防夾車窗控制系統(tǒng)架構(gòu)

第二種產(chǎn)品是集成到區(qū)域控制器的可調(diào)速紋波防夾（如圖5）。即紋波防夾算法集成在區(qū)域控制器中，每個電機僅兩根線束與區(qū)域控制器連接。具體見下圖：

圖5 集成到區(qū)域控制器的紋波防夾車窗控制系統(tǒng)架構(gòu)

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集成到車身域控制器和集成到區(qū)域控制器的紋波防夾車窗控制系統(tǒng)架構(gòu)，線束少，從節(jié)約成本及輕量化兩方面來講，都是較優(yōu)的防夾解決方案。

? 兩種防夾方案比較??

霍爾防夾信號可靠性高，但是需要在電機上加裝磁環(huán)及霍爾傳感器，線束較多成本較高。

基于電流紋波的方案需要進行電流采樣并運行濾波，以提取出紋波信號，信號提取困難，造成軟件算法復雜性較高。但相比于霍爾防夾方案，基于電流紋波的方案無需專用的霍爾傳感器，免去了安裝磁環(huán)、霍爾傳感器及線束成本，此外可采用一個控制器同時控制四個車門，節(jié)省了控制器成本，提高了整車集成度。

? 防夾技術發(fā)展趨勢??

目前防夾技術在電動車窗和天窗上得到了廣泛應用，隨著汽車技術的發(fā)展，防夾技術也陸續(xù)應用在滑移門，電動尾門，電動尾翼，遮陽簾，電動座椅，滑移屏，隔斷電視升降屏，電動門把手等車用設備上。

使用霍爾防夾信號可靠性高，更適用于高端車型的應用。相比于霍爾防夾方案，基于電流紋波的方案無需專用傳感器，通過學習彌補多次運行帶來的偏差，不僅滿足了法規(guī)要求，而且降低了成本，提高了整車集成度。這是未來主流車型電動門窗防夾的一個發(fā)展方向。

目前聯(lián)合電子帶紋波防夾功能的車窗控制器BCM3.5平臺和BCM3.6平臺已經(jīng)在多個項目上實現(xiàn)同步開發(fā)和批產(chǎn)，帶紋波防夾功能的區(qū)域控制器也已在多個項目上實現(xiàn)同步推進。不僅相關項目的推廣得到客戶人認可，同時也幫助客戶在成本控制和用戶實際體驗實現(xiàn)了很好的改善。

編輯：黃飛

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