汽车防夹天窗的设计

王秭祎

摘 要：电动天窗是现代汽车不可缺少的零部件之一，早期自动升降的电动天窗不具备防夹功能，天窗关闭过程中的举升力很大，易夹伤乘客，防夹功能是汽车人性化的重要组成部分，但是由于国内相关技术起步稍晚，与国外有着很大的差距，技术上的很多空白有待填补。天窗控制器接收传感器反馈的信号，通过确定车窗的位置与它的受力情况实现夹持判断，但是易受干扰而产生误动作，传统的防夹算法，对于车窗在使用中受到雨雪天气、密封条老化、机械磨损、供电波动等因素造成的影响无法适应，导致车窗的防夹甚至基本功能失效，因此现有的防夹技术还需更多改进。

关键词：汽车天窗;防夹;系统设计

电动天窗大致分为两种：第一种电动天窗只有手动功能，没有防夹和一键集控闭合功能;第二种天窗具备手动和防夹功能，无一键集控闭合功能。汽车电动窗防夹技术主要包含压力检测、间接检测和直接检测3种方法，其中含有控制单元、信号采集单元、电源单元，控制单元与信号采集单元连接，信号采集单元将采集到的信号传输给控制单元，根据信号的不同控制单元控制电动窗电机的转动，以便控制电动窗的开闭。

自动检测是指通过摄像机或传感器自动检测关闭防火窗的方式是否存在问题，从而可以将不同的信号发送到检测控制区域，以达到防止夹伤的目的。直接检测具有照相和电子技术。传感器技术使用红外光在挡风玻璃上产生红外光幕，如果有东西挡住了红外光幕，则从红外接收器接收到的红外光的强度会发生变化，从而确定是否存在问题。特殊技术使用电容器线来更改断电的功率，以确定是否已检测到故障。传感器直接安装在汽车的挡风玻璃上，以检测车窗玻璃和挡风玻璃之间的压力状况，并控制汽车的行驶。使用防防捏技术自动检测技术，其优点包括高安全性和在发现障碍物时快速响应。但是，电子传感器或天气传感器会影响天气状况，如雨水，降水，灰尘等，导致判断力差和故障。另外，红外光幕需要多对红外传输，这很难安装且价格昂贵。

—、天窗防夹控制系统功能

汽车天窗防夹控制系统是汽车车身控制的重要组成部分，也是驾驶和保护汽车的重要辅助部分。系统基本功能如下：

1. 手动/自动运行

天窗收到按键信号后可以向按键方向点动或自动运行至软停止点。

2. 天窗初始化

考虑到天窗防夹控制系统的稳定可靠运行与实车的天窗及密封条的状况有着密切的联系，所以要求在整车装配线上进行初始化过程。除了在整车装配时需要初始化，当更换电机总成或天窗总成时也需要对控制器进行初始化操作。

3. 防夹功能

防夹功能指自动天窗在关闭过程中，有物体被夹住，达到一定强度，使天窗反转回退。防夹是一种防护措施功能，它能避免错误操作造成的伤害。防夹力不宜太强或太轻以保证防夹功能正常工作。防夹系统根据 EEC/74/60 和 FMVSS118 标准要求，测试弹簧率 5N/mm-20N/mm，最大防夹力≤100N，夹住物体时反转回退，以防止乘客（尤其是儿童）被夹伤。

4.  掉电记忆

天窗运行或停止时突然掉电，运行的天窗立即停止运行，控制器记录当前的正确位置，再次上电时，天窗可以从当前位置开始运行。

5. 堵转保护

当电机启动后，ECU 持续一定时间内没有接收到霍尔脉冲信号，电机立即停止运行，并控制天窗回退。

二、控制系统总体设计

1. 系统结构

本文设计方案采用 ECU 单元与电机单元一体化结构，如图所示。ECU 单元包括中央处理器（Central Processing Unit，CPU）和用于采集天窗打开时电机单元电流的电流采集单元;电机单元包括图中的天窗电机、电机磁环和霍尔元件，电机的正负接线端子分别通过继电器与 ECU 单元的控制端连接;电机磁环固定在电机轴承上，且位于天窗电机与齿轮之间;霍尔元件与电机磁环相对设置，用于检测电机磁环上的电流电压;齿轮与天窗软轴啮合，齿轮带动软轴转动。根据天窗控制电机的结构需求，设计 PCB 板时，PCB 板上的霍尔元件必须要与电机电枢上的磁环对准，电机转动时磁环的转动会在霍尔元件上感应出高低变化的方波数字信号，数字信号具有正传和反转的方向性，对应天窗的起翘打开、起翘关闭、水平打开和水平关闭动作;数字信号的波形频率对应电机的运行速度，ECU 单元通过采集霍尔信号可以实时得到天窗运行的方向和速度。

2. 天窗防夹控制器

系统供电电压为 12V，为直流电机和继电器提供工作电压，稳压电路把 12V 转成 5V 给MCU 供电。电路设计过程中，要考虑干扰因素，特别是在开启、停止的瞬间会产生强大的干扰脉冲信号，抗干扰措施可以避免干扰脉冲影响控制器模块的正常工作。

3. 控制器的技术要求

控制器是天窗防夹控制系统的核心单元，在满足行业标准的前提下，确定论文控制器的技术要求如下：

（1）控制器可以采集各路输入信号，根据控制程序，能够对相关数据做出正确的处理，并能够正确及时地输出控制信号。

（2）易调试、可扩展，控制器的 Flash 大于 48K，EEPROM 大于 1KB，便于存储系统参数。

（3）天窗控制器电压工作范围：9V～16V;温度范围：存储温度-40℃～90℃，工作温度-40℃～85℃。由于汽车工作环境的特殊和复杂，控制器需要在各种特殊条件（震動、噪音、湿度、冲击等不良环境）下运行。

（4）天窗控制器要具有较好的电磁兼容性，满足乘用车电子电器零部件电磁兼容性标准要求。

参考文献：

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