1汽車電動車窗霍爾防夾與紋波防夾培訓課件一、電動車窗防夾二、霍爾防夾三、紋波防夾四、霍爾與紋波比較2一、電動車窗防夾目前車窗防夾的兩種方案：A、霍爾防夾：基于霍爾傳感器輸出脈沖來而獲取車窗位置及行程的電動車窗防夾系統(tǒng)。被眾多主機廠采用，是主流方案。B、紋波防夾：基于車窗電機在轉(zhuǎn)動過程中碳刷與換向片之間的電流紋波而獲取車窗位置及行程的電動車窗防夾系統(tǒng)。成本較低，可靠性較霍爾方案低，國內(nèi)外資只有大眾在邁騰、晶銳上采用，國內(nèi)品牌只有海馬S5批量使用。3一、電動車窗防夾防夾設計參照標準：1、歐洲74/60/EEC。2、美國FMVSSll8。3、國標GB11552-20094一、電動車窗防夾上左圖中，e=上密封條寬度，Lh=4mm無防夾區(qū)從上密封條下沿4mm-210m區(qū)間，如上右圖所示

防夾區(qū)間無防夾功能4mm210mm防夾區(qū)間標準：5一、電動車窗防夾電動車窗防夾的設計要點：1、判定當前車窗玻璃是在升還是在降；2、確定車窗玻璃的當前位置；3、確定車窗電機的當前負載；4、異常情況發(fā)生時的快速實時響應；5、防夾算法的魯棒性（穩(wěn)定性）和自適應性；6、駕駛員對車窗系統(tǒng)的優(yōu)先控制權。6二、霍爾防夾7

車窗控制電機旋轉(zhuǎn)會帶動車窗的上下移動。在車窗移動過程中，電機轉(zhuǎn)動的圈數(shù)和車窗的運動距離成正比，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一周，會使霍爾傳感器產(chǎn)生N個方波脈沖信號。當車窗從最頂部位置下降到底部的過程中，可以通過MCU對霍爾傳感器輸出的脈沖信號進行計數(shù)，從車窗的最頂端到最底端的脈沖數(shù)，記錄在MCU中，作為標定行程的基準。在操控上升下降的過程中，最頂端脈沖數(shù)為零且計數(shù)從零開始，上升過程根據(jù)當前的計數(shù)值進行減計數(shù)，下降過程根據(jù)當前的計數(shù)值進行加計數(shù)。因此，通過霍爾傳感器的脈沖輸出及計數(shù)方案可實時確定車窗的當前位置，并根據(jù)歐洲74/60/EEC和美國FMVSSll8標準的規(guī)定確定車窗是否在防夾區(qū)域。測量過程中脈沖計數(shù)的誤差可忽略不計，對于長期運行中可能造成的誤差系統(tǒng)會通過上下堵轉(zhuǎn)自動標定的方式加以解決。車窗霍爾防夾簡介：二、霍爾防夾霍爾電源電壓Vcc=5V±0.5V，輸出2相脈沖信號，占空比50%±10%；低電平UL≤0.1Vcc，高電平UH≥0.9Vcc；信號口電流5--30mA。每個脈沖信號周期（T）門窗移動1.07mm

霍爾脈沖產(chǎn)生電路：8二、霍爾防夾雙霍爾元件在電機轉(zhuǎn)動上升時產(chǎn)生的波形：9二、霍爾防夾雙霍爾元件在電機轉(zhuǎn)動下降時產(chǎn)生的波形：通過雙霍爾元件所產(chǎn)生的波形，據(jù)H1和H2脈沖的相位即可判斷出電機運行的方向。1011二、霍爾防夾

電機運行時霍爾產(chǎn)生的脈沖波形（實測）：11二、霍爾防夾霍爾防夾主要設計原理：12檢測電機工作電流，結合電機轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的霍爾方波脈沖信號作為防夾檢測手段。實測升窗過程中的一些基本參數(shù)，作為防夾判斷依據(jù)。因此，防夾系統(tǒng)通電后有兩種工作狀態(tài)：參數(shù)設計與學習狀態(tài)、電機工作狀態(tài)檢測與控制的正常應用狀態(tài)。二、霍爾防夾霍爾防夾主要設計原理：13

設定與學習狀態(tài)時，利用按鍵系統(tǒng)測量正常升窗過程，外加阻力在升窗過程兩種工作狀態(tài)的工作電流、霍爾脈沖周期，以及正常升窗時電機堵轉(zhuǎn)前幾個霍爾脈沖周期和對應的電流值，并保存在MCU內(nèi)作為參考值，這樣就可以根據(jù)外部使用條件變化，方便隨時進行防夾參數(shù)調(diào)整設置，如車門變形、膠條老化變緊、不同季節(jié)溫差變化等情況。二、霍爾防夾霍爾防夾的主要設計原理：14正常使用狀態(tài)下，操作車窗玻璃上升時，同時檢測電機電流值和霍爾脈沖周期，在電流達到防夾閥值時，若霍爾脈沖周期變化很快，且霍爾脈沖周期急劇增大且大于50毫秒，即可判斷正常到頂，可快速使電機斷電。在防夾區(qū)域時，當脈沖周期變化相對緩慢，電機運行速度減慢，電流在增大，霍爾脈沖脈寬不斷增大，脈寬加速度不斷增大時基本為遇阻夾住東西，這時MCU需要控制電機啟動防夾反轉(zhuǎn)，可用脈沖個數(shù)記錄車窗下降距離，最小距離大于100毫米(小孩的頭可以移開)。二、霍爾防夾霍爾防夾的主要設計原理：15防夾發(fā)生時的霍爾脈沖方波波型：二、霍爾防夾16霍爾失效模式分析No故障模式失效條件解決方法1不防夾采集電路元器件異常霍爾元件故障霍爾通道接插件進水或接觸不良當系統(tǒng)診斷到脈沖信號異常時，系統(tǒng)就取消自動上升功能，但仍可以操作點動升降，從而保證功能和安全。2程序出現(xiàn)異常MCU發(fā)生故障當遇到非常強列的信號干擾時，一般情況不易出現(xiàn)，因為有抗外部干擾的硬件保護電路通過硬件看門狗隨時對程序進行監(jiān)控，當MCU發(fā)生故障程序出現(xiàn)異常時，因不能執(zhí)行喂狗程序，看門狗會進行復位和重起CPU3導電膠不能回彈，一直有指令輸入執(zhí)行機構出現(xiàn)卡塞當系統(tǒng)檢測到有指令輸入時，便會執(zhí)行電機動作，但是當系統(tǒng)檢測到車窗到頂或者到底時，便會停止電機動作。如果電機一直運行又不發(fā)生堵轉(zhuǎn)，12秒后自動切斷電機電源，同時禁止操作開關，直到導電膠回彈后功能自動恢復4繼電器出現(xiàn)粘連導致連續(xù)通電非常規(guī)操作當系統(tǒng)診斷到繼電器出現(xiàn)粘連時，系統(tǒng)會禁止操作開關，同時將繼電器另一端控制為與粘連端相同的電平，從而保證電機處于停止狀態(tài)。17三、紋波防夾電機轉(zhuǎn)矩：T=CT*Φ*Ia其中T為電機轉(zhuǎn)矩，CT為轉(zhuǎn)矩常數(shù)（對于已制造的電機為常數(shù)）,Φ為每極主磁通,Ia為電樞電流。電機的轉(zhuǎn)矩正比于每極磁通和電樞電流。車窗防夾功能的實現(xiàn)，本質(zhì)上是對車窗電機扭矩變化的辯識，當車窗碰到障礙物時，為了克服阻力，車窗輸出轉(zhuǎn)矩會隨之增大，所以流過的電流也會隨之增大，因而可以將車窗電機電流作為防夾的判斷依據(jù)對其進行采樣。但在防夾應用中，位置檢測非常重要，一方面通過檢測車窗位置判斷車窗是否處于防夾區(qū)域之內(nèi)，防夾功能是否需要被激活；同時另一方面玻璃在上升過程中不同位置的電流可以作為判斷參考值，對于判斷防夾精度有著重要的意義。車窗紋波防夾簡介：18三、紋波防夾電機結構（使用普通電機）：19電機轉(zhuǎn)動時流過碳刷的電流發(fā)生了什么？三、紋波防夾20電流紋波是如何產(chǎn)生的？三、紋波防夾21紋波信號是如何采集的？三、紋波防夾22紋波信號的調(diào)理：三、紋波防夾23紋波信號如何調(diào)理為方波信號？三、紋波防夾24紋波防夾時的電流紋波轉(zhuǎn)換的方波波型：三、紋波防夾備注：波形與霍爾防夾相同，不同之處在于方波周期。25紋波防夾設計思想：三、紋波防夾26電機旋轉(zhuǎn)一周則會產(chǎn)生數(shù)量為N（電極極數(shù)）的電流紋波，車窗的行程與電流紋波的數(shù)量呈線性關系，只要能檢識別出電流紋波的數(shù)量就能計算出車窗的行程，也就能確定車窗的位置。采用檢測電機工作電流值，結合由電流紋波轉(zhuǎn)化而成的方波信號作為防夾檢測手段。需要實際測量車窗升窗過程中的一些基本參數(shù)，作為防夾判斷依據(jù)。因此，防夾系統(tǒng)通電后有兩種工作狀態(tài)：參數(shù)設計與學習狀態(tài)、電機工作狀態(tài)檢測與控制的正常應用狀態(tài)。要使系統(tǒng)處于參數(shù)設定與學習狀態(tài)時，利用按鍵系統(tǒng)測量正常升窗過程，外加阻力在升窗過程兩種工作狀態(tài)的工作電流、電流紋波周期，以及正常升窗時電機堵轉(zhuǎn)前幾個電流紋波周期和和對應的電流值，并保存在MCU內(nèi)作為參考值，這樣就可以根據(jù)外部使用條件變化，方便隨時進行防夾參數(shù)調(diào)整設置，如車門變形、膠條老化變緊、不同季節(jié)溫差變化等情況。正常使用狀態(tài)下，操作車窗玻璃上升時，同時檢測電機電流值和電流紋波脈沖周期，在電流達到防夾閥值時，若紋波脈沖周期變化很快，且電流紋波脈沖周期急劇增大且大于50毫秒，即可判斷正常到頂，可快速使電機斷電。在防夾區(qū)域時，當脈沖周期變化相對緩慢，電機運行速度減慢，電流在增大，紋波脈寬不斷增大，脈寬加速度不斷增大時基本為遇阻夾住東西，這時MCU需要控制電機啟動防夾反轉(zhuǎn)，可用脈沖個數(shù)記錄車窗下降距離，最小距離大于100毫米。三、紋波防夾紋波防夾主要設計思想（備注：與霍爾類同）：27紋波防夾失效原因及對策序號失效條件造成脈沖丟失的原因?qū)Σ?繼電器切換：1、夾到東西后退回2、窗中途上下操作3、窗運行中人為掉電4、異常斷電5、電壓突降電機動行換向是依靠繼電器吸合或釋放來進行，繼電器吸合或釋放時有3~5MS時間，正常紋波周期為1~2MS，也就是換向時造成脈沖丟失。1、軟件進行脈沖補償2、通過上堵轉(zhuǎn)進行零位校準3、下堵轉(zhuǎn)進行行程校準。2碳刷長時間摩損變形碳刷長時間摩損，造成采樣信號異常軟件自動判斷失效模式后，取消防夾功能，只有手動上升及自動下降功能，此時建議更換電機即可解決。3窗機構拉索長時間使用松馳造成電機脈沖與實際窗的行程，位置產(chǎn)生誤差，可成造成防夾失效。軟件自動校正。4電機質(zhì)量影響1、扭矩小、電流小、不易采集紋波信號2、換向器不均勻，造成采集信號不均勻造成脈沖誤差3、漆包線質(zhì)量不穩(wěn)定，換向片間的電流不一致，造成采樣誤差。電機質(zhì)量有一定要求28信號模式不同：

霍爾：取樣電機的轉(zhuǎn)向霍爾脈沖；紋波：取樣電機碳刷的紋波信號。成本：

霍爾：成本較高（霍爾電機）；紋波：成本較低（普通電機）。可靠性：

霍爾：非常可靠，技術成熟，繼電器切換不會丟失脈沖紋波：天生缺陷為繼電器切換時一定會丟失脈沖（可以軟件補償解決），但是，電機在碳刷出現(xiàn)一定磨損變形的情況下可能會出現(xiàn)一些未知風險，如不防夾或誤防夾，所以可靠性稍差。四、霍爾防夾與紋波防夾比較29失效模式：

霍爾：1、信號通道失效。

2、霍爾器件失效。