汽車玻璃升降系統(tǒng)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(jīng)濟(jì)的發(fā)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(guān)統(tǒng)計來看，2018年汽車保有量已經(jīng)達(dá)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(tǒng)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(fā)現(xiàn)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(tǒng)由紅外線發(fā)射器和接收器組成，安裝在車窗內(nèi)飾件上，它能連續(xù)精確地掃描指定的區(qū)域，在距離車窗開口框上邊緣4～200mm范圍內(nèi) （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(tǒng)介紹

1）系統(tǒng)組成：駕駛員側(cè)開關(guān)、乘客側(cè)開關(guān)、遙控器、4門防夾升降電機(jī)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(tǒng)電路框架如圖2所示。

2 功能描述

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

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(zhuǎn)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(fā)生第1次防夾反轉(zhuǎn)后10s內(nèi)，如果又發(fā)生了第2次防夾反轉(zhuǎn)，從第2次防夾反轉(zhuǎn)之后10s內(nèi)，自動升降窗功能被禁止，如果在這10s內(nèi)，玻璃繼續(xù)上升，此時玻璃遇到障礙物不再發(fā)生反轉(zhuǎn)，防夾功能被禁止，系統(tǒng)進(jìn)入非初始化模式。

當(dāng)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(jī)以最大扭矩進(jìn)行關(guān)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(guān)接入BCM接收端，各個本地開關(guān)接入相應(yīng)的防夾模塊。電機(jī)由防夾模塊直接驅(qū)動，BCM和防夾模塊進(jìn)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(nèi)，動作玻璃升降開關(guān)可以控制車窗電機(jī)。

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(guān)，玻璃動作，松開玻璃升降開關(guān)，玻璃停止運動。②自動功能：短按玻璃升／降開關(guān)，對應(yīng)玻璃自動上升／下降，再次按下玻璃升降開關(guān)，玻璃停止動作。

在鑰匙打到ACC或OFF擋位后2min內(nèi)，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(dāng)IGN-OFF，4門關(guān)閉，長按遙控鑰匙解鎖按鍵，t≥1.5s 4門玻璃下降。當(dāng)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(dāng)IGN-OFF，4門關(guān)閉，長按遙控鑰匙閉鎖按鍵，t≥

圖2 防夾系統(tǒng)電路框架圖

1.5s 4門玻璃上升。當(dāng)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(dāng)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(xù)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(guān)仍保持閉合，玻璃將繼續(xù)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(zhuǎn)不受點火的影響。

2.5 應(yīng)急模式

在以下兩種情況下會進(jìn)入應(yīng)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(fù)，玻璃升降電機(jī)進(jìn)入應(yīng)急模式。

2）在LIN正常通信時，出現(xiàn)通信超時，在出現(xiàn)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(jī)進(jìn)入應(yīng)急模式。

應(yīng)急模式定義如下：①應(yīng)急模式持續(xù)時間為10min；②如果在10min內(nèi)LIN通信恢復(fù)，玻璃升降電機(jī)將退出應(yīng)急模式直接進(jìn)入正常模式；③當(dāng)10min過后，玻璃升降電機(jī)立即停止動作進(jìn)入睡眠模式；④在應(yīng)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(jī)可以從BCM發(fā)出的信號中讀取兒童鎖開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)玻璃升降電機(jī)未收到兒童鎖狀態(tài)信號時，玻璃升降電機(jī)默認(rèn)兒童鎖狀態(tài)為非閉合狀態(tài)。

2）兒童鎖開關(guān)可以臨時中斷乘客側(cè)的本地玻璃升降開關(guān)的輸入。當(dāng)兒童鎖激活時，乘客側(cè)玻璃升降電機(jī)不會接收對應(yīng)本地開關(guān)的輸入信號。

3）當(dāng)乘客側(cè)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(hù)功能描述 （帶防夾）

玻璃升降電機(jī)通過電機(jī)防夾模塊內(nèi)部的繼電器控制。

1）當(dāng)防夾模塊檢測到玻璃到達(dá)上下極限位置時，防夾模塊將停止驅(qū)動玻璃升降電機(jī)。

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(jī)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(guān)說明。

3 其他功能

1）系統(tǒng)自適應(yīng)特性 每當(dāng)玻璃自動或手動上升到指定的區(qū)域范圍，系統(tǒng)將會記錄和儲存該玻璃上升到指定區(qū)域的停止位置。在下一個玻璃上升過程中，將用存儲的數(shù)據(jù)修正防夾算法。

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

2）電機(jī)啟動期間 電機(jī)啟動后要在很短時間內(nèi)達(dá)到恒定速度，因此，在電機(jī)啟動到達(dá)到恒定速度的時間內(nèi)如果攀升力超出了100N，這種情況不會發(fā)生防夾反轉(zhuǎn)。

3）防夾反轉(zhuǎn) 在防夾區(qū)域遇到障礙物，電機(jī)會控制車窗進(jìn)行反轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)停止動作，會導(dǎo)致機(jī)械磨損和電機(jī)過熱。為了避免這種情況，讓電機(jī)下降到軟停位置時停止，軟停位置在下堵轉(zhuǎn)位置之上，這個功能叫“軟停”。當(dāng)滿足以下所有條件時軟停功能有效：①玻璃升降電機(jī)初始化完成；②車窗在往下運動；③當(dāng)前車窗位置在軟停位置之上；④在初始化完成后，當(dāng)電機(jī)檢測到下堵轉(zhuǎn)位置，電機(jī)將學(xué)習(xí)到軟停位置，軟停位置為距離下堵轉(zhuǎn)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(xué)習(xí)。

5） 系統(tǒng)自檢 以下系統(tǒng)錯誤會被檢測到：①重新上電或喚醒后EEPROM參數(shù)出錯；②霍爾傳感器出錯；③電機(jī)運行時間出錯：電機(jī)連續(xù)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(guān)粘連錯誤。表1為失效模式和失效后進(jìn)入的模式。

表1 失效模式和失效后進(jìn)入的模式

6）診斷服務(wù) 防夾模塊具有診斷功能，當(dāng)對應(yīng)故障發(fā)生時，會將相應(yīng)的故障信息發(fā)給車身控制器，車身控制器會儲存相應(yīng)的故障碼，對應(yīng)診斷信息需參閱車身控制器系統(tǒng)的診斷流程。

7）熱保護(hù) 熱保護(hù)是防止電機(jī)因持續(xù)運行導(dǎo)致過熱損壞的裝置，熱保護(hù)裝置可以預(yù)知電機(jī)在任何時刻的溫度，并能控制電機(jī)的工作狀態(tài)。為了防止電機(jī)嚴(yán)重?fù)p壞，當(dāng)電機(jī)進(jìn)入熱保護(hù)后，電機(jī)會立即停止或只允許電機(jī)部分功能有效。

滿足以下條件電機(jī)會進(jìn)入熱保護(hù)：①在常溫下，車窗連續(xù)上升下降約10個循環(huán)；②在高溫／低溫下，車窗連續(xù)上升下降約5個循環(huán)。

當(dāng)進(jìn)入熱保護(hù)后，電機(jī)控制邏輯如下：①允許完成當(dāng)前正在執(zhí)行的升降動作；②允許防夾反轉(zhuǎn)；③熱保護(hù)期間電機(jī)不接受任何新的玻璃上升命令；④如果玻璃沒有停在軟停或下堵轉(zhuǎn)位置，允許玻璃下降動作；⑤如果玻璃停在上膠條區(qū)域且系統(tǒng)初始化已經(jīng)完成，此時不允許玻璃下降動作；⑥當(dāng)玻璃停在軟停或下堵轉(zhuǎn)位置時，不允許玻璃下降動作。

注：熱保護(hù)最長時間為2min，2min后退出熱保護(hù)進(jìn)入正常模式，允許執(zhí)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(tǒng)進(jìn)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(tǒng)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(tǒng)初始化：①接通點火開關(guān)至ON擋；②關(guān)閉所有車窗；③上提電動車窗開關(guān)，并將其保持在該位置至少1s；④松開開關(guān)，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(fù)某個電動車窗的自動功能，也可同時恢復(fù)數(shù)個電動車窗的自動功能。

當(dāng)滿足以下任一條件時，系統(tǒng)進(jìn)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(nèi)發(fā)生硬堵轉(zhuǎn)。

4 技術(shù)參數(shù)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(tài)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(yīng)注意以下幾點：①當(dāng)玻璃升降電機(jī)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(jī)未完全停止之前不要斷開防夾模塊電源，并且在電機(jī)停止轉(zhuǎn)動2s后才能斷電。

5 結(jié)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(yīng)該認(rèn)識到其帶來的危險性，汽車生產(chǎn)廠家將一款裝備電動車窗但不具備防夾功能的產(chǎn)品交付消費者，其實是一種不負(fù)責(zé)任的做法。中國作為世界第一汽車產(chǎn)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(yīng)的強制性法規(guī)，讓消費者真真享受到汽車電子產(chǎn)品帶來的舒適性和安全性。