車窗位置采集方法與研究

包呼日查，楊慧凱，關忠旭，宮成林，李林男

（中國第一汽車股份有限公司 智能網聯開發院，吉林 長春 130011）

1 前言

電動車窗已經成為現代汽車的標配，市面上的絕大多數車型都配備了自動升降功能，因此，車窗在自動上升過程中有夾傷乘客的風險。考慮到這個潛在風險，國家法規強制要求具備自動上升功能的必須配備防夾功能，并且規定了防夾區域和防夾力的大小及測試方法[1]。本文著重闡述基于霍爾防夾方案，車門控制器采集車窗電機霍爾信號，確定車窗位置的方法，準確判斷車窗位置是有效識別防夾區域內的夾住障礙物的基礎。若車窗位置采集錯誤，可能會導致誤防夾或者自動升不到頂的問題。

2 總體方案概述

2.1 系統原理

霍爾電機內部原理見圖1 所示，在車窗電機輸出軸上安裝一個磁環，電機內部安裝一個帶有霍爾傳感器的PCB 板，當電機轉動一圈，霍爾傳感器就能采集到若干個方波信號，具體信號數量與電機磁極數目有關[2]。

圖1 霍爾電機內部原理圖

本文采用的霍爾電機為博世FPG2 系列，可輸出兩路霍爾信號，通過判斷兩路霍爾信號相位的先后來確定車窗運動方向[3]，霍爾信號示意圖如下圖2 所示。

圖2 霍爾信號示意圖

通常將車窗升到頂的位置記為零點位置，下降過程中每產生一個霍爾信號就加一，上升過程中每產生一個霍爾信號就減一。在車輛下線前，通過EOL 設備首先執行車窗自動上升，確定頂部位置，然后再執行下降到頂和上升到頂的動作，完成車窗位移和運行阻力的學習過程。

2.2 系統方案

車門控制器中的車窗位置采集系統主要包括霍爾供電電路、霍爾信號采集電路、電機驅動電路和電機中的霍爾電路[4]。系統原理圖見下圖3 所示。

圖3 霍爾電機接口電路

霍爾采集電路和霍爾供電電路分別見下圖4和圖5所示。當車門控制器喚醒后，MCU_1 會輸出一個高電平，圖5 中的兩個三極管都導通后，HALL_POWER 端會輸出約12V，車門控制器霍爾信號采集的中斷同步會打開，在車門控制器休眠后，MCU_1 會輸出一個低電平，同時關閉霍爾信號采集的中斷。

圖4 控制器端霍爾采集接口電路

圖5 控制器端霍爾供電電路

3 測試驗證

3.1 耐久測試

3.1.1 測試方案

測試臺架如下圖6 所示，在校正完零點位置后，開始進行車窗升降，軟件中設定了車窗的上軟停和下軟停位置，每升降10 次，將車窗降到下止點，與第一次降到下止點的位置進行比較，一共升降60 次。車窗位置可通過基于CANOE 開發的上位機進行讀取，見圖7 所示。

圖6 臺架測試

圖7 車窗位置

3.1.2 測試結果

經過60 次的車窗升降耐久后，發現車窗無法完全關閉，車窗下止點的位置與第一次降到下止點的位置相比霍爾數少了60，同步比較了第10 次、20 次、30 次、40 次和50 次的數據，發現每運行10 次，下止點霍爾數就會減少10 個。

3.2 休眠喚醒測試

3.2.1 測試方案

在校正完車窗零點位置后，將車窗降到記錄底部位置，再將車窗位置停在中間某個位置，車門控器供12V 常電，再讓控制器進行20 次休眠喚醒，第20 次喚醒后，將車窗降到底，比較底部位置。

3.2.2 測試結果

經過20 次休眠喚醒后，車窗到底部霍爾數增加了40 個，排查了一下每次休眠和喚醒后，霍爾數會分別增加1 個，使用示波器測試了一下休眠和喚醒過程中電機霍爾信號的變化情況，見圖8 和圖9 所示。第一行波形代表霍爾電源，第二行和第三行代表霍爾信號，在控制器網絡休眠后，霍爾電源會關閉，此時這兩路霍爾信號會同時從高電平拉低到低電平，由于霍爾采集未關閉，導致控制器誤采集此信號。在控制器喚醒后，由于霍爾采集在霍爾電源打開前打開了，導致霍爾信號的跳變被采集到。

圖8 喚醒后控制器采集到的霍爾信號

圖9 睡眠前控制器采集到的霍爾信號

3.3 刷寫測試

3.3.1 測試方案

在校正完車窗零點位置后，將車窗降到底記錄底部位置，再將車窗位置停在中間某個位置，車門控制器供12V 常電，刷寫控制器程序，然后將車窗降到底。

3.3.2 測試結果

在進行了10 次刷寫后，車窗當前位置會隨機進行變化，自動上升后，可能會出現到頂誤防夾，也可能會出現無法完全關閉的情況，斷掉12V 電源，重新進行車窗自學習后，車窗位置恢復正常。

4 改進措施及驗證

4.1 改進措施

針對測試問題，提出了如下改進措施，如表1 所示。

表1 測試問題及改進措施

4.2 措施驗證

針對上述問題驗證方案和改進效果如下表2 所示。

表2 驗證方案及改進效果

5 結束語

本文通過臺架測試的手段，對車窗位置采集的方法進行了研究和探討，針對實車常經歷的工況進行多次測試，優化位置采集策略，在提升車窗控制性能的同時，也提升了用戶用車體驗。