汽車車窗智能防夾系統設計

張凱 張聰聰

摘 要：本文所進行的工作是汽車智能防夾車窗系統設計的研究性工作，在我國汽車工業發展速度迅猛的今天，汽車電子控制技術擁有廣闊的發展前景。在眾多智能手機、智能家居井噴的時代，汽車電子控制技術智能化的發展是必然的。在汽車電子控制技術整車電子化、智能控制化、人性化的背景下，智能防夾車窗擁有著通用性好、系統穩定性高、升級方便等眾多優點，在需要時，經少許調整即可在不同類型的車輛上使用。

關鍵詞：防夾車窗;車窗控制;智能化

汽車電動車窗、電動天窗玻璃的防夾傷控制以及升降電機的過載保護。在電動車窗正常上升過程中，當在任意位置有物體被夾住時，控制器會立即停止上升動作，并自動返回到下死點，然后立即斷電停機，以釋放被夾物，保護司乘人員的安全（特別是6歲以下的兒童）。在上下死點位置，無論升降開關是否松開，控制器均會自動斷電，以避免電機因長時間堵轉而燒毀。如果電動車窗出現機械故障被卡住，控制器也會立即斷電，有效保護電機不燒毀。隨著汽車電子技術的迅猛發展，消費者對汽車的舒適性和安全性要求也在不斷提高。車窗智能防夾系統是汽車車身的重要組成部分，大多數消費者都把電動車窗作為不可缺少的舒適功能，它能使人們更好地保護和駕駛汽車，因此汽車制造商都將其看作一種基本功能。當前車窗系防夾統正朝著模塊化、智能化、人性化的方向發展。

1 車窗升降系統的結構

車窗防夾控制系統是由直流電動機、減速器、柔性連接、車窗玻璃、滑軌、密封條組成。由駕駛者控制總開關控制四個車窗的升降功能，乘客可以通過各個車門的分開關控制單獨車窗的上升和下降。

2 選用防夾方案

2.1 基于霍爾傳感器的防夾技術

將磁環內置在車窗直流電機的輸出軸上。當車窗電機轉動時，布置在電子模塊中的霍爾傳感器便產生霍爾信號。系統通過分析獲得的霍爾信號，利用霍爾信號的脈沖寬度進行判斷車窗是否遇到障礙物，從而實現電動車窗防夾。

霍爾傳感器擁有較高靈敏度，體積小的優點。不過霍爾傳感器感應的霍爾信號受溫度影響非線性輸出。即此系統在日常使用中容易被環境因素影響，從而導致特定情況下防夾系統失效。

2.2 電流檢測方式

對車窗電機的電流進行監測。當車窗夾到異物時，車窗直流機的電流將會呈驟增趨勢，此時即可判斷車窗夾到物體，當滿足條件時車窗控制器可立刻控制車窗直流電機的運轉狀態，從而實現車窗防夾技術。

2.3 紋波檢測方式

電機運行時，若車窗受力達到一定數值時，紋波電流將會迅速下降，當車窗上沒有阻力后，波紋電流將趨于平穩。根據這一實驗原理，在日常使用電動車窗過程中，若車窗控制器監測到波紋電流的波動超過設定的數值，則此時車窗電機停止或者反轉，從而實現車窗防夾。

2.4 非接觸式傳感器檢測方式

當障礙物進入傳感器檢測范圍內時，傳感器在與障礙物無接觸的情況下便可以采集信號，由車窗控制器分析信號，在符合條件的情況下進行判斷執行防夾操作。

3 防夾系統軟硬件設計應用

（1）基于LIN總線控制系統。車載網絡可分為舒適網絡和驅動網路。一般來說CAN協議用于驅動網絡，而LIN協議用于舒適網絡。相對于開發高速CAN網絡所需要的成本，LIN網絡更加適合用于性能要求不高的舒適網絡，因此在車門，車燈，車窗等部件中，引入了LIN總線，這樣既可以滿足系統正常運行的需要，又可以使整個車的成本得以減少。

（2）LIN總線的技術特點。LIN總線是一種成本低的串行通訊網絡，用來實現汽車中的分布式電子系統控制。LIN總線的目標是為現有汽車網絡提供輔助功能。LIN總線協議是建立在通用的UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，即異步串行通信）硬件接口上，實現起來比較簡單，只要具有UART功能模塊的單片機都可以作為LIN網絡的節點。在物理上僅僅使用一根12V信號線，采用單主多從的結構，避免了總線報文的競爭。

（3）本次設計硬件電路主體由晶振電路、復位電路、驅動電路、STC89C51電路和控制開關電路組成。當觸發控制開關時，對應的電路將與接地端導通，產生的電平信號會傳遞到其對應相連接的單片機電路針腳，單片機STC89C51在接收到電平信號之后會根據設定程序對信號進行處理分析，在正確時刻使對應的針腳產生預先設定的電平信號，在相應的電平信號通過電路傳遞給驅動電路之后，驅動電路會根據接受到的信號輸出電流，從而實現驅動直流電機的正轉或反轉。晶振電路又稱作時鐘電路，晶振電路是產生準確時鐘信號的振蕩電路。單片機中任何功能都將依據時鐘信號。本設計采用上電自動復位。為了保證單片機日常研究使用中的穩定性和可靠性，在單片機系統電路中都會有單片機復位電路的設計。作為單片機正常運作的保障，復位電路的首要功能就是通電復位功能。單片機系統的工作電壓為一個較小的范圍，通常為4.7V～5.2V。因此當單片機通電后，只有當Vcc電壓維持在4.7V～5.2V時復位信號才會停止，從而單片機開始正常工作。如此可得，如若想要滿足系統所需的復位電路，只需要將RST引腳與Vcc端中連接一個電容，再將接地端電路中下接一個電阻即可。

4 結語

上文對時下較為普遍采用的防夾方案進行了優缺點分析，并提出了符合發展趨勢的智能防夾技術，即利用紅外傳感器對車窗范圍內物體進行判斷。此外，文章還介紹了防夾車窗系統的防夾策略，并進行了軟件和硬件設計。車窗防夾方案有接觸式和非接觸式兩種方式。目前，大多是采用接觸式的防夾方案，這種方式技術成熟，系統可靠性高，成本較低等特點，但未來發展趨勢卻是非接觸式的防夾方案。接觸式的防夾由于自身工作特性，必須要與實物接觸之后才能進行判斷車窗范圍內是否有物體存在從而進行防夾，不利于保證乘客的乘車安全，更不利于車窗防夾的功能發展。

參考文獻：

[1]杜延海.應用雙霍爾傳感器的防夾電動車窗設計[D].上海：東華大學，2017.

[2]韓陽.車窗防夾控制算法和系統的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2018.