張凱 張聰聰

摘 要：本文所進(jìn)行的工作是汽車智能防夾車窗系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究性工作，在我國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展速度迅猛的今天，汽車電子控制技術(shù)擁有廣闊的發(fā)展前景。在眾多智能手機(jī)、智能家居井噴的時(shí)代，汽車電子控制技術(shù)智能化的發(fā)展是必然的。在汽車電子控制技術(shù)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(tǒng)穩(wěn)定性高、升級(jí)方便等眾多優(yōu)點(diǎn)，在需要時(shí)，經(jīng)少許調(diào)整即可在不同類型的車輛上使用。

關(guān)鍵詞：防夾車窗;車窗控制;智能化

汽車電動(dòng)車窗、電動(dòng)天窗玻璃的防夾傷控制以及升降電機(jī)的過(guò)載保護(hù)。在電動(dòng)車窗正常上升過(guò)程中，當(dāng)在任意位置有物體被夾住時(shí)，控制器會(huì)立即停止上升動(dòng)作，并自動(dòng)返回到下死點(diǎn)，然后立即斷電停機(jī)，以釋放被夾物，保護(hù)司乘人員的安全（特別是6歲以下的兒童）。在上下死點(diǎn)位置，無(wú)論升降開(kāi)關(guān)是否松開(kāi)，控制器均會(huì)自動(dòng)斷電，以避免電機(jī)因長(zhǎng)時(shí)間堵轉(zhuǎn)而燒毀。如果電動(dòng)車窗出現(xiàn)機(jī)械故障被卡住，控制器也會(huì)立即斷電，有效保護(hù)電機(jī)不燒毀。隨著汽車電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)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(tǒng)是汽車車身的重要組成部分，大多數(shù)消費(fèi)者都把電動(dòng)車窗作為不可缺少的舒適功能，它能使人們更好地保護(hù)和駕駛汽車，因此汽車制造商都將其看作一種基本功能。當(dāng)前車窗系防夾統(tǒng)正朝著模塊化、智能化、人性化的方向發(fā)展。

1 車窗升降系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

車窗防夾控制系統(tǒng)是由直流電動(dòng)機(jī)、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(kāi)關(guān)控制四個(gè)車窗的升降功能，乘客可以通過(guò)各個(gè)車門的分開(kāi)關(guān)控制單獨(dú)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(shù)

將磁環(huán)內(nèi)置在車窗直流電機(jī)的輸出軸上。當(dāng)車窗電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，布置在電子模塊中的霍爾傳感器便產(chǎn)生霍爾信號(hào)。系統(tǒng)通過(guò)分析獲得的霍爾信號(hào)，利用霍爾信號(hào)的脈沖寬度進(jìn)行判斷車窗是否遇到障礙物，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車窗防夾。

霍爾傳感器擁有較高靈敏度，體積小的優(yōu)點(diǎn)。不過(guò)霍爾傳感器感應(yīng)的霍爾信號(hào)受溫度影響非線性輸出。即此系統(tǒng)在日常使用中容易被環(huán)境因素影響，從而導(dǎo)致特定情況下防夾系統(tǒng)失效。

2.2 電流檢測(cè)方式

對(duì)車窗電機(jī)的電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)車窗夾到異物時(shí)，車窗直流機(jī)的電流將會(huì)呈驟增趨勢(shì)，此時(shí)即可判斷車窗夾到物體，當(dāng)滿足條件時(shí)車窗控制器可立刻控制車窗直流電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)車窗防夾技術(shù)。

2.3 紋波檢測(cè)方式

電機(jī)運(yùn)行時(shí)，若車窗受力達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，紋波電流將會(huì)迅速下降，當(dāng)車窗上沒(méi)有阻力后，波紋電流將趨于平穩(wěn)。根據(jù)這一實(shí)驗(yàn)原理，在日常使用電動(dòng)車窗過(guò)程中，若車窗控制器監(jiān)測(cè)到波紋電流的波動(dòng)超過(guò)設(shè)定的數(shù)值，則此時(shí)車窗電機(jī)停止或者反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)車窗防夾。

2.4 非接觸式傳感器檢測(cè)方式

當(dāng)障礙物進(jìn)入傳感器檢測(cè)范圍內(nèi)時(shí)，傳感器在與障礙物無(wú)接觸的情況下便可以采集信號(hào)，由車窗控制器分析信號(hào)，在符合條件的情況下進(jìn)行判斷執(zhí)行防夾操作。

3 防夾系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)應(yīng)用

（1）基于LIN總線控制系統(tǒng)。車載網(wǎng)絡(luò)可分為舒適網(wǎng)絡(luò)和驅(qū)動(dòng)網(wǎng)路。一般來(lái)說(shuō)CAN協(xié)議用于驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，而LIN協(xié)議用于舒適網(wǎng)絡(luò)。相對(duì)于開(kāi)發(fā)高速CAN網(wǎng)絡(luò)所需要的成本，LIN網(wǎng)絡(luò)更加適合用于性能要求不高的舒適網(wǎng)絡(luò)，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(tǒng)正常運(yùn)行的需要，又可以使整個(gè)車的成本得以減少。

（2）LIN總線的技術(shù)特點(diǎn)。LIN總線是一種成本低的串行通訊網(wǎng)絡(luò)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車中的分布式電子系統(tǒng)控制。LIN總線的目標(biāo)是為現(xiàn)有汽車網(wǎng)絡(luò)提供輔助功能。LIN總線協(xié)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(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，只要具有UART功能模塊的單片機(jī)都可以作為L(zhǎng)IN網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)。在物理上僅僅使用一根12V信號(hào)線，采用單主多從的結(jié)構(gòu)，避免了總線報(bào)文的競(jìng)爭(zhēng)。

（3）本次設(shè)計(jì)硬件電路主體由晶振電路、復(fù)位電路、驅(qū)動(dòng)電路、STC89C51電路和控制開(kāi)關(guān)電路組成。當(dāng)觸發(fā)控制開(kāi)關(guān)時(shí)，對(duì)應(yīng)的電路將與接地端導(dǎo)通，產(chǎn)生的電平信號(hào)會(huì)傳遞到其對(duì)應(yīng)相連接的單片機(jī)電路針腳，單片機(jī)STC89C51在接收到電平信號(hào)之后會(huì)根據(jù)設(shè)定程序?qū)π盘?hào)進(jìn)行處理分析，在正確時(shí)刻使對(duì)應(yīng)的針腳產(chǎn)生預(yù)先設(shè)定的電平信號(hào)，在相應(yīng)的電平信號(hào)通過(guò)電路傳遞給驅(qū)動(dòng)電路之后，驅(qū)動(dòng)電路會(huì)根據(jù)接受到的信號(hào)輸出電流，從而實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。晶振電路又稱作時(shí)鐘電路，晶振電路是產(chǎn)生準(zhǔn)確時(shí)鐘信號(hào)的振蕩電路。單片機(jī)中任何功能都將依據(jù)時(shí)鐘信號(hào)。本設(shè)計(jì)采用上電自動(dòng)復(fù)位。為了保證單片機(jī)日常研究使用中的穩(wěn)定性和可靠性，在單片機(jī)系統(tǒng)電路中都會(huì)有單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。作為單片機(jī)正常運(yùn)作的保障，復(fù)位電路的首要功能就是通電復(fù)位功能。單片機(jī)系統(tǒng)的工作電壓為一個(gè)較小的范圍，通常為4.7V～5.2V。因此當(dāng)單片機(jī)通電后，只有當(dāng)Vcc電壓維持在4.7V～5.2V時(shí)復(fù)位信號(hào)才會(huì)停止，從而單片機(jī)開(kāi)始正常工作。如此可得，如若想要滿足系統(tǒng)所需的復(fù)位電路，只需要將RST引腳與Vcc端中連接一個(gè)電容，再將接地端電路中下接一個(gè)電阻即可。

4 結(jié)語(yǔ)

上文對(duì)時(shí)下較為普遍采用的防夾方案進(jìn)行了優(yōu)缺點(diǎn)分析，并提出了符合發(fā)展趨勢(shì)的智能防夾技術(shù)，即利用紅外傳感器對(duì)車窗范圍內(nèi)物體進(jìn)行判斷。此外，文章還介紹了防夾車窗系統(tǒng)的防夾策略，并進(jìn)行了軟件和硬件設(shè)計(jì)。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(shù)成熟，系統(tǒng)可靠性高，成本較低等特點(diǎn)，但未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)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(shí)物接觸之后才能進(jìn)行判斷車窗范圍內(nèi)是否有物體存在從而進(jìn)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(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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