一种轿车电动车窗防夹控制系统设计
基于的汽车电动车窗防夹控制系统设计
致
谢
通 过近一 年的时 间， 在论文 完成之 际，向 在我完 成硕士 论文 过程中 帮助过 我 的所有 老师和 同学 表达最 真诚的 谢意！ 没有他 们的帮 助， 我的论 文就不 会顺 利的完成。 首 先，要 特别感 谢我 的研究 生导师 王琼副 教授， 在我整 个研 究生学 习和生 活 期间， 她给予 了我 无微不 至的关 怀，并 在学术 研究上 言传 身教。 她在繁 忙的 教 研任务 中抽出 宝贵 时间， 从毕业 设计的 选题、 资料收 集、 系统设 计、论 文撰 写 以及修 改等各 方面 给我提 供耐心 细致的 指导和 帮助。 并且 ，导师 在生活 中的 优 良品格 和治学 上的 严谨态 度也深 深地影 响着我 ，为我 在今 后的工 作学习 中树 立了榜样。 其 次，要 感谢我 的家 人，感 谢他们 的养育 之恩， 感谢他 们教 导我如 何做人 做 事。并 且，没 有他 们的支 持，我 就不可 能安心 复习并 顺利 考取研 究生， 也不 可 能 取 得 今 天的这 些成绩 。 再 次，我 要感谢 实验室 的老师 们，给我 创造了 良好 的学习 条件和 科研氛 围， 让 我能够 全身心 地投 入到课 题的研 究，并 顺利完 成论文 的写 作。还 有实验 室的 同 学们， 他们在 平时 给了我 很多帮 助，给 了我学 习的动 力， 给了我 家一般 温暖 的 生 活 学 习 环境。 最 后，还 要感谢 合肥 工业大 学以及 每一位 曾经给 我授过 课的 老师。 感谢合 肥 工业大 学给我 提供 了优良 的学习 条件和 氛围， 感谢老 师们 教给我 相关专 业知 识 ， 这 些 都 是我成 长的必 要条件 。
1.3 1.4 1.5 第 二章 2.1 2.2 2.3 2.4
关 键 词 ： 电动车 窗防夹 霍 尔 脉 冲 机 械 功 率 μC/OS-Ⅱ MC9S12XEP100
汽车车窗智能防夹系统设计
汽车车窗智能防夹系统设计一、引言随着汽车的普及和人们对行车安全的重视，汽车安全系统也得到了越来越多的关注。
车窗智能防夹系统作为汽车安全系统的重要组成部分，对防止车窗夹伤和防盗具有重要意义。
本文旨在设计一种车窗智能防夹系统，通过分析车窗智能防夹系统的工作原理、功能需求和系统组成，为汽车安全系统的设计和研发提供参考。
二、车窗智能防夹系统的工作原理车窗智能防夹系统是一种基于传感器和控制器的智能系统，通过对车窗上下行程的监测和控制，实现对车窗夹伤的防护。
其工作原理主要包括以下几个方面：1.传感器检测：车窗智能防夹系统通过安装在车窗上部和下部的传感器，实时监测车窗的上下行程。
传感器可以采用光电传感器、超声波传感器或者感应式开关传感器等，用来检测车窗的位置和遇阻反弹情况。
2.控制器处理：传感器检测到车窗上下行程时，会将信号传输给控制器进行处理。
控制器根据传感器反馈的信息，判断车窗是否遇阻，并控制车窗的上下运动。
3.防夹处理：当传感器检测到车窗在上升或下降过程中遇阻时，控制器会立即停止车窗的运动，并向外发出警报，以避免夹伤事故的发生。
4.自动上升：在车门关闭的过程中，车窗智能防夹系统会自动将车窗上升到指定位置，以防止车窗被外力夹住。
车窗智能防夹系统通过传感器的检测、控制器的处理和自动上升功能，有效地避免了车窗夹伤的发生，提高了乘车安全性。
车窗智能防夹系统作为汽车安全系统的重要组成部分，需要满足一系列功能需求，以保障车辆乘客的行车安全。
主要功能需求包括以下几个方面：1.车窗位置监测：需要能够实时监测车窗的上下行程，并准确判断车窗的位置。
2.遇阻自动反弹：当车窗在上升或下降过程中遇阻时，需要能够自动停止车窗的运动，并反弹至安全位置。
3.警报提示功能：在车窗遇阻时，需要能够发出警报提示，提醒车主及时处理问题。
4.手动操作功能：在必要时，需要能够切换到手动操作模式，以便车主在特殊情况下手动控制车窗的上下运动。
车窗智能防夹系统是由一系列传感器、控制器和执行机构组成的智能系统，其中每个组成部分都起着重要的作用。
汽车车窗智能防夹系统设计
汽车车窗智能防夹系统设计随着汽车智能化的不断推进，车窗智能防夹系统已经成为了一项必备的安全设备。
在汽车行驶过程中，车窗智能防夹系统可通过多种手段监测车窗运动状态，及时发现防夹隐患，并自动切断电源或反向升降窗户，以保护车内乘客的安全。
本文将从系统工作原理、技术难点和系统性能等方面进行介绍。
一、系统工作原理车窗智能防夹系统主要由电机、传感器、控制器和安全门盖等组成。
当用户按下车窗开关时，控制器会接收到信号，并指导电机进行升降操作。
同时，传感器会对车窗所处位置进行实时监测，一旦检测到障碍物（如手指、头部等身体部位），则会立即向控制器发送防夹信号。
控制器会通过内部算法进行分析，判断防夹隐患的程度，并做出相应措施。
如果隐患严重，系统会立即切断电源或反向升降窗户，以避免进一步伤害。
二、技术难点车窗智能防夹系统的设计面临着多种技术难点。
其中，最主要的难点是如何对车窗运动状态进行精确监测。
目前，市场上的车窗智能防夹系统通常使用光电传感器、压力传感器和超声波传感器等技术手段来监测车窗状态。
这些传感器在工作时需要保持高精度和高灵敏度，以便及时发现防夹隐患。
此外，还需要考虑系统的稳定性、实时性和耐用性等方面的问题。
三、系统性能车窗智能防夹系统的性能与使用场景息息相关。
在一般情况下，该系统需要满足以下性能指标：1. 防夹准确率：在电机启动时能及时发现隐患，准确率应达到96%以上。
2. 反应速度：当防夹系统发现隐患时，需要在100毫秒内做出响应。
3. 安全性：系统需要确保在各种不同的工作环境中能够安全可靠地工作。
4. 适用性：系统应设计灵活，以适应不同车型的车窗尺寸和位置等变化。
综上所述，车窗智能防夹系统是一个重要的汽车安全设备，可有效保护车内乘客的安全。
在系统的设计中，需要考虑传感器的准确性、反应速度和稳定性等因素，以确保系统的正常运行。
此外，系统的可靠性、安全性和适用性也是至关重要的考虑因素，需要在设计中加以充分考虑。
汽车车窗智能防夹系统设计
汽车车窗智能防夹系统设计随着汽车行业的不断发展，汽车已经成为人们日常生活中不可缺少的交通工具，而汽车车窗是汽车的重要部件之一。
尽管汽车车窗提供了人们观赏、通风、透气的便利，但是由于车窗操作不当，会给人们带来危险。
以汽车窗户夹住孩子为例，据统计，全球每年有超过700名儿童因为被汽车窗户夹住而死亡。
因此，如何保证汽车窗户的安全使用成为了一个亟待解决的问题。
本文基于此背景，探讨了一种汽车车窗智能防夹系统。
设计思路主要源自对汽车车窗夹住人体的原理和特征的研究，以及对汽车电子控制技术的应用。
汽车车窗夹住人体的原理在于人的手或头、颈等身体部位挡住了车窗玻璃的虚拟面，从而触发细微的压力传感器，导致窗玻璃停止下行并弹回。
利用这一原理，设计一种基于汽车电子控制的汽车车窗智能防夹系统，可以通过安装车门内壁发射的红外线发射器和接收的红外线接收器，以及车窗底部的压力传感器，实现对夹住人体的识别和防夹保护。
1. 所需部件汽车车窗智能防夹系统需要的部件包括红外线发射器、红外线接收器、压力传感器、单片机、继电器等。
其中红外线发射器和接收器安装在车门内壁，作为测距传感器，可以识别是否有人体部位靠近车窗边缘。
压力传感器则安装在窗边框底部，可以感知车窗下降过程中的压力变化，判断是否有人体被夹住。
2. 系统原理本系统通过红外线测距，感知到人体接近窗侧缝隙，并通过压力传感器检测窗玻璃下降过程中的压力变化，判断窗玻璃是否夹住了人体。
当检测到人体靠近车窗时，系统会迅速关闭窗户，防止窗户夹住人体。
当检测到车窗夹住人体时，系统会自动停止窗户下降，并使窗户立即上升。
当窗户碰到障碍时，系统会继电器触发，关闭电源，同时发出警报声，提醒车主避免危险。
汽车车窗智能防夹系统采取模块化设计，分为信号输入模块、信号处理模块、信号输出模块和供电模块。
1. 信号输入模块信号输入模块包括红外线发射器和接收器和压力传感器，它们可以检测人体接近车窗和夹住人体的情况，并将这些信息传送到信号处理模块进行处理。
汽车车窗智能防夹系统设计
汽车车窗智能防夹系统设计随着汽车的普及，汽车事故也随之增加，其中车窗夹伤事故是一种比较常见的车辆安全隐患。
为了避免车辆车窗在关闭时夹伤乘客的情况发生，智能防夹系统应运而生。
本文将就汽车车窗智能防夹系统的设计进行探讨。
一、智能防夹系统的功能及原理汽车车窗智能防夹系统是利用传感器、控制器和执行机构等设备，通过感知车窗与外部障碍物的距离并控制车窗的运动，以避免夹伤现象的发生。
其工作原理如下：当车窗下降时，传感器会感知车窗与外部物体的距离，若检测到有障碍物靠近车窗，控制器会立即停止车窗的下降动作，从而有效避免夹伤事故的发生。
同样，在车窗上升过程中，一旦传感器检测到障碍物，控制器会及时停止车窗的上升动作，确保乘客的安全。
1. 传感器选择在智能防夹系统中，传感器的选择至关重要。
传感器的作用是感知车窗与外部物体的距离，因此需要选择灵敏度高、精度高的传感器。
常见的传感器有超声波传感器、红外线传感器和光电传感器等。
超声波传感器具有较高的探测精度和长距离探测能力，是智能防夹系统中常用的一种传感器。
2. 控制器设计控制器是智能防夹系统的核心部件，其主要功能是对传感器采集的数据进行处理，并控制车窗的开闭动作。
控制器需要具备较高的计算能力和响应速度，以确保系统的可靠性和安全性。
控制器还需要具备良好的抗干扰能力，以应对复杂的车内外环境条件。
3. 执行机构选择智能防夹系统中的执行机构主要是指车窗升降电机，其选择需要考虑到电机的功率、扭矩和速度等参数。
为了确保系统的可靠性和安全性，执行机构还需要具备良好的耐磨性和抗腐蚀能力。
4. 系统整合在智能防夹系统的设计中，需要将传感器、控制器和执行机构等设备进行有效的整合，以确保系统的稳定性和可靠性。
还需要对系统进行严格的调试和测试，以验证系统的性能和安全性。
1. 提高车辆的安全性智能防夹系统能够在车窗与外部障碍物接触时立即停止车窗的开闭动作，有效避免夹伤事故的发生，提高了车辆的安全性和乘客的安全性。
汽车车窗智能防夹系统设计
汽车车窗智能防夹系统设计汽车车窗智能防夹系统是一种针对汽车车窗夹人或夹物事件的保护性措施，可以有效地避免这种意外事件的发生。
该系统采用的原理是利用车窗上的传感器，一旦检测到物体进入车窗闭合范围，立即自动停止车窗的运动，避免夹人或夹物。
设计方案：一、传感器的选择车窗的安全问题应该作为汽车设计的重要指标之一，因此需要选用高精度、高稳定性的传感器。
可选择采用法国Stmicroelectronics公司的LIS3LV02DQ三轴加速度传感器。
该传感器可以直接被安装在现有的车窗电机上，并且具有高灵敏度、高精度和可调整的感应范围等特点，能够检测到车窗周边的所有物体。
二、控制系统的设计车窗智能防夹系统的控制系统应该包括传感器、处理器、驱动器等部分。
传感器会将检测到的数据发送给处理器，处理器通过算法进行分析，一旦检测到车窗周边有物体进入，便会自动切断电源，停止车窗的运动，避免夹人或夹物。
同时，驱动器也需要具有高精度、高效、高稳定性的特点，以确保车窗的开关能够稳定可靠地运行。
三、系统工作流程当车辆驶入停车场时，系统自动开启。
当手动开启车窗时，传感器开始检测，一旦检测到车窗周边有物体进入，控制系统会立即切断电源，停止车窗的运动。
当人或物离开时，控制系统会自动恢复电源，车窗也会自动关闭。
在整个过程中，系统会不断监测车窗周围的状态，确保车窗的安全性。
总结：随着汽车产业的快速发展，车窗的安全问题也越来越受到关注。
因此，设计一个智能化的车窗防夹系统显得十分必要，其采用先进的传感器技术和专业的控制系统，可以有效地预防车窗夹人或夹物事件的发生，提升车辆的安全性和用户体验。
汽车车窗智能防夹系统设计
汽车车窗智能防夹系统设计随着汽车的普及和人们对舒适性的不断追求，汽车电动车窗已经成为了不可或缺的配件。
然而，由于用户使用不当或是车窗控制系统失灵等原因，车窗夹伤事故时有发生，给人们的生命和财产安全带来了巨大的威胁。
因此，车窗智能防夹系统应运而生。
车窗智能防夹系统的基本原理是通过在车窗的运动轨迹中安装感应器，当感应器检测到障碍物时，自动停止车窗的运动。
现代的车窗智能防夹系统不仅可以检测海绵、手指、胳膊等外部物体，还可以识别车内的儿童或宠物等防止意外夹伤发生。
下面，本文将详细介绍车窗智能防夹系统的设计。
系统设计方案1. 感应器设计作为车窗智能防夹系统的核心部分，感应器的性能直接决定了系统的准确度和灵敏度。
目前市面上的感应器多采用光电二极管和红外线传感器进行检测。
光电二极管由发光二极管和光敏二极管两部分组成，通过二者之间的光电转换实现物体的检测。
当感应器光电二极管发射的光线中断时，就可以判定为有物体挡住了车窗的运动轨迹。
光电二极管的优点是灵敏度高，反应速度快，但需要避免强光的干扰。
红外线传感器则通过发射红外线和接收反射红外线的方式来检测物体，对强光的干扰具有很强的抵抗能力。
但是，因为红外线传感器只能检测特定波长的物体，如果太阳光和街灯光等干扰较大的情况下，也可能会出现误判。
因此，根据使用场景的不同，选择合适的感应器非常关键。
2. 控制板设计控制板是车窗智能防夹系统的大脑，负责对感应器的信号进行处理，并控制车窗的运动。
一般来说，控制板的主要成分包括芯片、模拟物料、开关元件等。
芯片是车窗智能防夹系统的核心组成部分。
一个良好的芯片可以提供处理速度快、反应灵敏、控制准确的特点。
模拟物料用于转换信号，将信号从传感器处理成控制板可以接受的信号。
开关元件则可以控制电流的开关，即实现对电机的控制。
在设计控制板时，还需要注意系统硬件的稳定性和可扩展性。
应该选择高品质的元件，避免贴片材料和焊接时的失误。
3. 报警装置设计车窗智能防夹系统即使出现了故障，也不应该妨碍车窗本身的使用。
一种轿车电动车窗防夹控制系统设计
一种轿车电动车窗防夹控制系统设计张昕;李昌刚;胡俊杰;汪永斌【摘要】为解决汽车电动车窗的防夹设计问题,提出一种新的基于霍尔传感器和车窗电机电流检测的汽车车窗防夹系统设计方案.该方案采用霍尔传感器的脉冲信号数检测车窗位置,并设计了一种在车窗上升期间利用电机电流变化来判断车窗是否遇到障碍物及相应操作的控制算法.最后基于英飞凌XC164CS硬件平台和μC/OS-Ⅱ实时操作系统软件平台实现了该设计方案.试验检测数据表明,该系统具有良好的防夹功能.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2010(033)017【总页数】4页(P169-172)【关键词】电动车窗;防夹;车门控制系统;霍尔传感器【作者】张昕;李昌刚;胡俊杰;汪永斌【作者单位】浙江万里学院,智能控制研究所,浙江,宁波,315100;浙江万里学院,电子信息学院,浙江,宁波,315100;浙江万里学院,电子信息学院,浙江,宁波,315100;浙江万里学院,电子信息学院,浙江,宁波,315100【正文语种】中文【中图分类】TN710-340 引言随着现代汽车电子技术的进步,汽车内传统的零部件及总成也在向机电一体化发展[1]。
汽车中大量应用的电子设备，不仅提高了汽车的舒适性，也对汽车的安全性提出了新的要求。
为了方便驾驶员和乘客，大量汽车采用电动车窗，许多电动车窗都不具有防夹功能，容易造成对乘员尤其是儿童的伤害。
美国交通部颁布了针对电动车窗开关系统的法规FMVSS118，对车窗防夹相关参数做出了明确规定[2]，并规定在2008年10月1日之后在北美出售的轿车和小型货车都必须强制执行该规定。
虽然我国还没有就该问题做出法律上的规定，但为安全起见，开发具有防夹功能的车窗控制模块是完全必要的。
参考了文献[3-5]后，本文的防夹设计方案采用将霍尔传感器检测电机转速和检测电机电流变化情况结合起来实现防夹功能，该方案避免了车窗防夹系统易受外界环境影响的缺陷，确保防夹效果可靠，成本较低，可以不必改动传统车门的生产工艺，在改造电动车窗无防夹功能的老车型时，可以不改变现在已成型的汽车车门的机械结构和电路结构,只需替换电动车窗升降控制器, 十分方便。
汽车车窗智能防夹系统设计
汽车车窗智能防夹系统设计汽车车窗智能防夹系统是一种用于保护乘车人员安全的装置，它可以在车窗关闭过程中自动检测任意物体或人的存在，并及时停止车窗运动，以防止夹伤事故的发生。
本文将介绍汽车车窗智能防夹系统的原理、设计要求以及实现方法。
一、智能防夹系统的原理汽车车窗智能防夹系统的核心原理是通过感应器来检测车窗周围的环境，当感应器检测到任意物体或人靠近车窗时，系统将迅速停止车窗的运动，以避免夹伤事故。
一般情况下，智能防夹系统采用的感应器包括红外线传感器、光电传感器和超声波传感器等，这些传感器能够感应到物体的存在并及时反馈给系统。
1. 灵敏度高：智能防夹系统需要能够及时准确地感应到车窗周围物体的存在，对于突发事件要能够做出快速反应，及时停止车窗的运动。
2. 稳定可靠：智能防夹系统在工作过程中需要保持稳定可靠的性能，不受外界干扰的影响，能够正常工作。
3. 适应性强：智能防夹系统需要适用于不同型号和品牌的汽车车窗，能够方便地安装和调节。
4. 低功耗：智能防夹系统需要具有较低的功耗，以降低对汽车电池的消耗，延长电池寿命。
5. 声音和光报警：智能防夹系统需要具备报警功能，当系统检测到夹住物体时，能够通过声音和光的方式提醒乘车人员。
智能防夹系统可以通过以下方式来实现：1. 使用红外线传感器：红外线传感器能够通过感应红外线信号来检测车窗周围的物体，当物体靠近车窗时，红外线传感器会感应到并及时反馈给系统，系统根据反馈信息停止车窗运动。
四、总结汽车车窗智能防夹系统是一种用于保护乘车人员安全的装置，通过感应器来检测车窗周围物体的存在，并及时停止车窗的运动，以避免夹伤事故的发生。
智能防夹系统具有灵敏度高、稳定可靠、适应性强、低功耗、报警功能等特点，可以使用红外线传感器、光电传感器和超声波传感器等实现。
随着智能化技术的发展，汽车车窗智能防夹系统将得到进一步的改进和优化，为乘车人员提供更加安全舒适的乘车体验。
汽车车窗智能防夹系统设计
汽车车窗智能防夹系统设计
汽车车窗智能防夹系统是为了保护乘坐车辆的人员在开启和关闭车窗时不会被夹到或伤害到而设计的一种安全系统。
该系统通过使用传感器和控制器来监测车窗的状态和周围环境，并根据情况采取相应的控制措施，以防止夹伤事故的发生。
该系统的设计包括以下几个部分：
1. 传感器：系统使用的传感器通常是红外线传感器或电容传感器，这些传感器能够检测到物体的接近和距离，并通过与之连接的控制器传递信息。
2. 控制器：控制器是系统的核心，它接收传感器传递的信息，并根据信息判断是否需要采取防夹措施。
控制器还可以控制车窗的开启和关闭以及其他相关操作。
3. 防夹措施：当控制器判断存在夹伤的危险时，它会采取相应的控制措施来防止夹伤事故的发生。
当有物体靠近车窗时，控制器可以自动停止车窗的开启或关闭，并发出警报以提醒乘坐车辆的人员注意安全。
4. 报警系统：系统还可以配备报警系统，当夹伤事故发生时，控制器会立即发出警报，提醒车内人员注意并及时采取措施。
在实际应用中，该系统可以与车辆的中控系统或电动窗控制系统相连接，通过输入输出接口实现与车辆其他系统的交互。
还可以通过与车辆的遥控系统相结合，实现远程操作和监控功能，提高用户的使用方便性和安全性。
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一种轿车电动车窗防夹控制系统设计作者：张昕, 李昌刚, 胡俊杰, 汪永斌来源：《现代电子技术》2010年第17期摘要:为解决汽车电动车窗的防夹设计问题,提出一种新的基于霍尔传感器和车窗电机电流检测的汽车车窗防夹系统设计方案。
该方案采用霍尔传感器的脉冲信号数检测车窗位置,并设计了一种在车窗上升期间利用电机电流变化来判断车窗是否遇到障碍物及相应操作的控制算法。
最后基于英飞凌XC164CS硬件平台和μC/OS-Ⅱ实时操作系统软件平台实现了该设计方案。
试验检测数据表明,该系统具有良好的防夹功能。
关键词:电动车窗; 防夹; 车门控制系统; 霍尔传感器中图分类号:TN710-34文献标识码:A文章编号:1004-373X(2010)17-0169-04Design of Anti-pinch Power Window Control System for CarsZHANG Xin1, LI Chang-gang2, HU Jun-jie2, WANG Yong-bin2(1. Institute of Intelligent Control, Zhejiang Wanli University, Ningbo 315100, China;2. Faculty of Electronic & Information Engineering, Zhejiang Wanli University, Ningbo 315100, China)Abstract: In order to solve the anti-pinch problem of the power window for cars, a novel anti-pinch solution based on the Hall sensor and current detection of windows' motor is presented. The impulse signals of the Hall sensor are adopted to detect the position of the window. According to the change of the detected current while the window lifting, a control algorithm which is used to judge whether the window is blocked. Finally, the design is realized based on Infineon XC164CS hardware platform and μC/OS-II real-time operating system software platform. The testing results indicate that the anti-pinch system has good working performance.Keywords: power window;anti-pinch;door control system;Hall sensor0 引言随着现代汽车电子技术的进步,汽车内传统的零部件及总成也在向机电一体化发展[1]。
汽车中大量应用的电子设备,不仅提高了汽车的舒适性,也对汽车的安全性提出了新的要求。
为了方便驾驶员和乘客,大量汽车采用电动车窗,许多电动车窗都不具有防夹功能,容易造成对乘员尤其是儿童的伤害。
美国交通部颁布了针对电动车窗开关系统的法规FMVSS118,对车窗防夹相关参数做出了明确规定[2],并规定在2008年10月1日之后在北美出售的轿车和小型货车都必须强制执行该规定。
虽然我国还没有就该问题做出法律上的规定,但为安全起见,开发具有防夹功能的车窗控制模块是完全必要的。
参考了文献-5]后,本文的防夹设计方案采用将霍尔传感器检测电机转速和检测电机电流变化情况结合起来实现防夹功能,该方案避免了车窗防夹系统易受外界环境影响的缺陷,确保防夹效果可靠,成本较低,可以不必改动传统车门的生产工艺,在改造电动车窗无防夹功能的老车型时,可以不改变现在已成型的汽车车门的机械结构和电路结构,只需替换电动车窗升降控制器, 十分方便。
1 电动车窗防夹设计方案所谓防夹,就是指在电动车窗上升过程中夹住物体并达到一定力度后,让电动车窗自动停止或回落,用以防止物体(尤其是人体)被夹伤。
车窗的升降过程中,只有车窗上升阶段需要进行防夹控制,所定义的防夹区为从离电动车窗玻璃无障碍上升运动的最大位置(顶端) 4 ～200 mm的区域。
该定义符合欧洲74/60/EEC和美国FMVSS118的相关要求[6]。
只有在防夹区域才启动防夹功能。
所以防夹设计首先应该确定车窗的当前位置。
1.1 车窗位置的确定车窗控制电机的旋转会带动钢丝绳的运动,从而控制车窗的上下移动。
在车窗移动过程中,电机转动的圈数和车窗的运动距离成正比,电机转子转动一周,会使霍尔传感器产生方波脉冲信号。
当车窗从最低位置升到顶部过程中,可以通过MCU对霍尔传感器输出的脉冲信号进行计数,从车窗的最底端到最顶端,上下反复3次,取其平均值作为标定的基准,并记录在中。
之后,软件控制从车窗的最底端位置开始运行(此时为人工操控,车窗运行到最底端,电机堵转),且计数从零开始,上升过程根据当前的计数值进行加计数,下降过程根据当前的计数值进行减计数。
因此,通过霍尔传感器的脉冲输出及计数方案可实时确定车窗的当前位置,并根据欧洲74/60/EEC和美国标准的规定确定车窗是否在防夹区域。
对于本系统,测量过程中脉冲计数的误差可忽略不计,对于长期运行中可能造成的误差可用定期标定的方式加以解决。
1.2 防夹方案的确定本系统采用检测电机电枢电流方式来确定车窗在上升过程中是否遇到障碍物,方案在具体实施过程中要解决如下问题:(1) 确定防夹区域及车窗位置。
遵照欧洲74/60/EEC和美国FMVSS118标准确定出相应的防夹区域及车窗位置。
(2) 防夹时的电机电枢电流阈值的确定,即在防夹区域内电流值上升到所设定的阈值后即认为遇到障碍物,启动车窗防夹功能。
这里存在的问题是:车窗按键刚刚按下(无论是上升或下降),车窗电机刚刚启动时,由于电机的反电动势还没有建立,因而电流会有短时间的较大幅值,这时的电流幅值往往比所设定的防夹电流阈值还要大,需要将这种电流幅值较大的状态和在车窗上升过程中遇到障碍物产生的电机堵转电流区分开来。
车窗电机启动后延时50 ms后,再进行电流检测,这样可以避免电机启动初期电流瞬时过冲对防夹电流阈值设定的影响。
实际设计中,应用一块可用于诊断功能的中央控制器,配合武汉吉阳光电公司生产的USB-CAN200工具,将运行过程中的数据反馈到PC机上,以Excel表格方式呈现,并可绘出图形,进而方便地定出阈值并通过多次运行试验确定合适的阈值。
(3) MCU和功率驱动器件的选取。
防夹方案中涉及到较多的实时检测和实时计算,要求MCU的计算能力较高,方案中软件的实现基于移植μC/OS-Ⅱ实时操作系统方案,因此选择欧洲车系上流行的、性能较高的英飞凌XC164CS MCU,功率驱动芯片选择具有故障诊断功能的BTS781芯片。
2 防夹系统硬件设计车门控制系统包括电动车窗控制系统和电动后视镜控制系统两部分[7],防夹电动车窗是车门控制系统的一个子模块,在整个车门控制系统中,采用了一种“总体分布,局部集中式”的控制方案,如图1所示。
即将左侧前后两个车门的控制作为一个ECU模块,右侧前后两个车门的控制作为另一个ECU模块,两个模块之间以及模块与中央控制器之间均以CAN总线方式连接。
图1 车门控制系统(含车窗子模块)框图防夹系统硬件设计以BTS781为核心,通过ST1,ST2,IH1,IH2,IL1,IL2端口和微控制器XC164CS芯片连接,接收微控制器发出的指令,来控制车窗的升降。
通过在全桥驱动芯片BTS781的2和13号引脚上串接一个5 mΩ的电阻来检测电机电枢电流变化,经过低通滤波和放大,送入MCU的A/D端口进行采样,如图2所示。
图2 车窗电机电枢电流检测车窗位置测定采用霍尔传感器输出脉冲计数的方式实现。
采用英飞凌TLE4923霍尔传感器,直接输出方波信号[8],经低通滤波,将脉冲信号输入MCU对其进行计数,进而确定车窗的当前位置,如图3所示。
图3 霍尔位置检测电路3 软件设计系统的软件设计不但要考虑控制的方便性,也要考虑将来功能的扩展性[9]。
因此,本系统的软件设计基于实时操作系统,即首先将μC/OS-Ⅱ实时操作系统内核移植到XC164CS MCU上,之后将防夹车窗控制以其中的一个任务的方式添加上去。
3.1 μC/OS-Ⅱ实时操作系统内核移植所做的移植,就是将μC/OS-Ⅱ实时内核移植到XC164CS微控制器上[10]。
由于μC/OS-Ⅱ在读写处理器寄存器时只能通过汇编语言来实现,所以一些与处理器相关的代码要用汇编语言写,但大部分的μC/OS-Ⅱ代码用C语言编写。
移植工作主要使μC/OS-Ⅱ正确定义和使用XC164CS。
具体请参考本文作者撰写的文章,此处不再赘述。
3.2 防夹电动车窗软件设计在所设计的硬件平台上将μC/OS-Ⅱ实时操作系统移植后,将防夹电动车窗控制以任务方式加入,并参照前文内容实现防夹功能,其流程图如图4所示。
控制器XC164CS上电启动时,从E2PROM中读取等初始数据,检测电源电压,当电压值平稳后,读取E2PROM中存储的车窗位置,然后读取按键输入,如果有升降车窗操作,就设置对应的开关信号来驱动芯片BTS781中的MOS管T1,T2,T3,T4。
如果车窗向上运动,计时器开始计时,霍尔传感器脉冲信号加计数,延时50 ms后,检测电流值是否过流,在车窗上升过程中如果检测到了过流信号,即车窗电机的电流值大于电流阈值而车窗位置又处于防夹启动区域,则判定车窗遇堵,控制器就输出方向开关信号,通过 MOS管T1,T2,T3,T4驱动电机反转1 s后停止,防夹操作完成。
不论电机升降运动,控制器都会通过计数程序记录霍尔传感器的脉冲信号数,据此可判断车窗的相对位置,并在需要时把该位置信息写入。
图4 防夹控制程序流程图4 测试通过完成硬件的制作和软件的编程后,制作了实验台架。
对台架进行测试试验后,得到如图5所示试验结果,将试验结果用Excel图表绘制后如图5右上侧的曲线图,用示波器实际测试的电流变化曲线图如图5右下侧曲线图所示。
示波器实际测试曲线变化说明如表1所示。
表1 车窗防夹过程测试曲线说明表位置电流变化说明a电流为零起始点,电机未启动a~b段电流突然在短时间内增大微控制器接受按键指令,车窗电机启动,反电动势尚未建立,电流瞬间增大b~c段电流快速降低电机的反电动势建立,电流迅速降低c~d段电流趋于平稳车窗电机启动后,电流经短时间波动后,趋于平稳d~e段电流输出平稳车窗平稳运行期,由于车窗玻璃和窗框间摩擦力变化,电流有微小波动,总趋势平稳e~f段电流输出继续增大车窗上升遇到障碍,电机输出电流增加,达到阈值此时检测如果在防夹区域,则防夹功能启动f~g段电流下降到零防夹功能启动,电机先停转g~h段电流迅速增大电机开始反转,反电动势没有建立,电机输出电流瞬间增大h~i段电流迅速降低电机的反电动势建立,电流迅速降低i~j段电流趋于平稳车窗下降,电流经短时间波动后,输出平稳,车窗平稳运行期,由于车窗玻璃和窗框间摩擦力变化,电流有微小波动,总趋势平稳j~k段电流平稳防夹功能启动后,电机反转,车窗下降,由于车窗有自重,车窗电机负载下降,所以j~k段电流值低于d~e段电流值l电流为零防夹功能启动,电机反转1 s后停止,输出电流为零。