汽车车窗智能防夹系统设计

张凯 张聪聪

摘 要：本文所进行的工作是汽车智能防夹车窗系统设计的研究性工作，在我国汽车工业发展速度迅猛的今天，汽车电子控制技术拥有广阔的发展前景。在众多智能手机、智能家居井喷的时代，汽车电子控制技术智能化的發展是必然的。在汽车电子控制技术整车电子化、智能控制化、人性化的背景下，智能防夹车窗拥有着通用性好、系统稳定性高、升级方便等众多优点，在需要时，经少许调整即可在不同类型的车辆上使用。

关键词：防夹车窗;车窗控制;智能化

汽车电动车窗、电动天窗玻璃的防夹伤控制以及升降电机的过载保护。在电动车窗正常上升过程中，当在任意位置有物体被夹住时，控制器会立即停止上升动作，并自动返回到下死点，然后立即断电停机，以释放被夹物，保护司乘人员的安全（特别是6岁以下的儿童）。在上下死点位置，无论升降开关是否松开，控制器均会自动断电，以避免电机因长时间堵转而烧毁。如果电动车窗出现机械故障被卡住，控制器也会立即断电，有效保护电机不烧毁。随着汽车电子技术的迅猛发展，消费者对汽车的舒适性和安全性要求也在不断提高。车窗智能防夹系统是汽车车身的重要组成部分，大多数消费者都把电动车窗作为不可缺少的舒适功能，它能使人们更好地保护和驾驶汽车，因此汽车制造商都将其看作一种基本功能。当前车窗系防夹统正朝着模块化、智能化、人性化的方向发展。

1 车窗升降系统的结构

车窗防夹控制系统是由直流电动机、减速器、柔性连接、车窗玻璃、滑轨、密封条组成。由驾驶者控制总开关控制四个车窗的升降功能，乘客可以通过各个车门的分开关控制单独车窗的上升和下降。

2 选用防夹方案

2.1 基于霍尔传感器的防夹技术

将磁环内置在车窗直流电机的输出轴上。当车窗电机转动时，布置在电子模块中的霍尔传感器便产生霍尔信号。系统通过分析获得的霍尔信号，利用霍尔信号的脉冲宽度进行判断车窗是否遇到障碍物，从而实现电动车窗防夹。

霍尔传感器拥有较高灵敏度，体积小的优点。不过霍尔传感器感应的霍尔信号受温度影响非线性输出。即此系统在日常使用中容易被环境因素影响，从而导致特定情况下防夹系统失效。

2.2 电流检测方式

对车窗电机的电流进行监测。当车窗夹到异物时，车窗直流机的电流将会呈骤增趋势，此时即可判断车窗夹到物体，当满足条件时车窗控制器可立刻控制车窗直流电机的运转状态，从而实现车窗防夹技术。

2.3 纹波检测方式

电机运行时，若车窗受力达到一定数值时，纹波电流将会迅速下降，当车窗上没有阻力后，波纹电流将趋于平稳。根据这一实验原理，在日常使用电动车窗过程中，若车窗控制器监测到波纹电流的波动超过设定的数值，则此时车窗电机停止或者反转，从而实现车窗防夹。

2.4 非接触式传感器检测方式

当障碍物进入传感器检测范围内时，传感器在与障碍物无接触的情况下便可以采集信号，由车窗控制器分析信号，在符合条件的情况下进行判断执行防夹操作。

3 防夹系统软硬件设计应用

（1）基于LIN总线控制系统。车载网络可分为舒适网络和驱动网路。一般来说CAN协议用于驱动网络，而LIN协议用于舒适网络。相对于开发高速CAN网络所需要的成本，LIN网络更加适合用于性能要求不高的舒适网络，因此在车门，车灯，车窗等部件中，引入了LIN总线，这样既可以满足系统正常运行的需要，又可以使整个车的成本得以减少。

（2）LIN总线的技术特点。LIN总线是一种成本低的串行通讯网络，用来实现汽车中的分布式电子系统控制。LIN总线的目标是为现有汽车网络提供辅助功能。LIN总线协议是建立在通用的UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，即异步串行通信）硬件接口上，实现起来比较简单，只要具有UART功能模块的单片机都可以作为LIN网络的节点。在物理上仅仅使用一根12V信号线，采用单主多从的结构，避免了总线报文的竞争。

（3）本次设计硬件电路主体由晶振电路、复位电路、驱动电路、STC89C51电路和控制开关电路组成。当触发控制开关时，对应的电路将与接地端导通，产生的电平信号会传递到其对应相连接的单片机电路针脚，单片机STC89C51在接收到电平信号之后会根据设定程序对信号进行处理分析，在正确时刻使对应的针脚产生预先设定的电平信号，在相应的电平信号通过电路传递给驱动电路之后，驱动电路会根据接受到的信号输出电流，从而实现驱动直流电机的正转或反转。晶振电路又称作时钟电路，晶振电路是产生准确时钟信号的振荡电路。单片机中任何功能都将依据时钟信号。本设计采用上电自动复位。为了保证单片机日常研究使用中的稳定性和可靠性，在单片机系统电路中都会有单片机复位电路的设计。作为单片机正常运作的保障，复位电路的首要功能就是通电复位功能。单片机系统的工作电压为一个较小的范围，通常为4.7V～5.2V。因此当单片机通电后，只有当Vcc电压维持在4.7V～5.2V时复位信号才会停止，从而单片机开始正常工作。如此可得，如若想要满足系统所需的复位电路，只需要将RST引脚与Vcc端中连接一个电容，再将接地端电路中下接一个电阻即可。

4 结语

上文对时下较为普遍采用的防夹方案进行了优缺点分析，并提出了符合发展趋势的智能防夹技术，即利用红外传感器对车窗范围内物体进行判断。此外，文章还介绍了防夹车窗系统的防夹策略，并进行了软件和硬件设计。车窗防夹方案有接触式和非接触式两种方式。目前，大多是采用接触式的防夹方案，这种方式技术成熟，系统可靠性高，成本较低等特点，但未来发展趋势却是非接触式的防夹方案。接触式的防夹由于自身工作特性，必须要与实物接触之后才能进行判断车窗范围内是否有物体存在从而进行防夹，不利于保证乘客的乘车安全，更不利于车窗防夹的功能发展。

参考文献：

[1]杜延海.应用双霍尔传感器的防夹电动车窗设计[D].上海：东华大学，2017.

[2]韩阳.车窗防夹控制算法和系统的研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2018.