防夾功能主要是指當車窗上升的過程中遇到障礙物（如手、頭等）時，可以識別出車窗處於夾持狀態，並令其立即停止上升並反向下降，從而避免事故的發生，是汽車人性化的重要體現。

 

此功能也被許多國家納入了法律規範中。美國交通部頒布了針對電動車窗係統的法規FMVSSII8，歐盟標準74/60/EWG也對防夾保護裝置應確保的防夾力進行了明確規定。中國也已頒布了類似的法規（GB 11552-2009）
，要求自2012年起，新增車輛的電動玻璃升降器應具有防夾功能，且防夾力小於100N，也就是說在防夾力達到100N前，車窗玻璃開口在4~200mm範圍時，車窗應停止上升並且反向下降。

 

目前電動車窗的防夾功能主要是通過以下兩種方案實現：霍爾傳感器方案和基於紋波計數的無傳感器方案。

 

1.霍爾傳感器方案

 

此ci方fang案an在zai電dian機ji軸zhou上shang安an裝zhuang磁ci環huan，在zai磁ci環huan附fu近jin安an裝zhuang霍huo爾er傳chuan感gan器qi，當dang電dian機ji轉zhuan動dong時shi帶dai動dong磁ci環huan轉zhuan動dong
，在zai霍huo爾er傳chuan感gan器qi上shang感gan應ying出chu高gao低di電dian平ping的de脈mai衝chong信xin號hao，脈mai衝chong的de個ge數shu反fan映ying了le電dian機ji的de位wei置zhi
，脈mai衝chong的de頻pin率lv反fan映ying了le電dian機ji的de轉zhuan速su。

 

當電動車窗上升並遇到障礙物時，阻力變大

，電機轉速將減慢
，對應脈衝信號的脈寬將變大，此時係統會向ECU模塊報告信息，ECU向繼電器或電機驅動芯片發出指令，使電機停轉或者反轉，從而令車窗停止或下降，實現防夾判斷。

 

DRV5013-Q1是一款雙極性霍爾效應傳感器，具有寬工作電壓範圍（2.7 至38V）和高達-22V的反極性保護
，使得該器件廣泛適用於各種汽車應用。此外，該器件還具有拋負載
、輸出短路和過流等內部保護功能。

 

圖1 DRV5013-Q1的場方向定義

 

圖2 DRV5013-Q1輸出

 

此方案需要安裝磁環且每個車窗都需各自的控製器
，因此成本較高。

 

相比於霍爾傳感器方案，基於紋波計數的無傳感器方案可以節省磁環
、霍huo爾er傳chuan感gan器qi及ji相xiang關guan線xian束shu的de成cheng本ben。此ci外wai，此ci方fang案an可ke以yi用yong單dan控kong製zhi器qi同tong時shi控kong製zhi多duo個ge車che窗chuang，能neng夠gou提ti高gao整zheng車che的de集ji成cheng度du，進jin一yi步bu降jiang低di控kong製zhi器qi的de成cheng本ben。因yin此ci，基ji於yu紋wen波bo計ji數shu的de無wu傳chuan感gan器qi方fang案an將jiang成cheng為wei未wei來lai電dian動dong車che窗chuang防fang夾jia的de發fa展zhan趨qu勢shi。

 

2.基於紋波計數的無傳感器方案

 

紋波計數的無傳感器方案是利用轉子轉動過程中，電刷在電級間切換產生電流紋波
，並對這種電流波動進行采樣、分析和控製。

 

圖3 直流電機

 

此方案首先通過采樣電阻將電機電流信號轉換為電壓信號，並通過運放對電壓信號進行濾波和放大，放大後的信號一路經過AD轉換成數字信號給到MCU，作(zuo)為(wei)防(fang)夾(jia)及(ji)堵(du)轉(zhuan)的(de)判(pan)斷(duan)依(yi)據(ju)


，另(ling)一(yi)路(lu)通(tong)過(guo)濾(lv)波(bo)器(qi)和(he)比(bi)較(jiao)器(qi)得(de)到(dao)方(fang)波(bo)信(xin)號(hao)，此(ci)方(fang)波(bo)的(de)頻(pin)率(lv)和(he)電(dian)機(ji)的(de)轉(zhuan)速(su)成(cheng)正(zheng)比(bi)。通(tong)過(guo)方(fang)波(bo)的(de)個(ge)數(shu)和(he)頻(pin)率(lv)可(ke)以(yi)判(pan)斷(duan)電(dian)機(ji)的(de)位(wei)置(zhi)和(he)轉(zhuan)速(su)。

 

圖4 TIDA-01421的係統框圖

 

參考設計TIDA-01421提供了一種無傳感器的紋波防夾方案。該設計主要分為以下幾個部分：

 

電流檢測放大

 

INA240-Q1是一個寬共模範圍

，高精度，雙向電流檢測放大器。該器件具有–4V至80V的共模範圍，120dB的超大共模抑製比
，能夠提供準確
，低噪聲的測量結果。

 

應用中可以在INA240-Q1的輸入端使用一個簡單的RC輸入濾波器，以減少高頻電機電刷產生的噪聲和潛在的PWM開關噪聲。

 

帶通濾波器

 

電流檢測放大器的輸出通過有源帶通濾波器進行濾波，以消除額外的噪聲和直流分量，從而得到電流紋波信號。

 

TLV2316-Q1是一款雙通道
，低壓，軌至軌通用運算放大器。該器件具有單位增益穩定的集成RFI 和EMI 抑製濾波器，在過驅條件下不會出現反相，並且具有高靜電放電(ESD) 保護(4kV HBM)。

 

差分放大器

 

在zai電dian機ji啟qi動dong時shi，電dian機ji電dian流liu會hui出chu現xian非fei常chang大da的de初chu始shi尖jian峰feng
，即ji浪lang湧yong電dian流liu。該gai電dian流liu尖jian峰feng足zu夠gou大da且qie足zu夠gou慢man
，以yi至zhi於yu不bu能neng被bei高gao通tong電dian路lu濾lv除chu。通tong過guo差cha分fen放fang大da器qi
，可ke以yi從cong信xin號hao中zhong消xiao除chu這zhe種zhong低di速su，高gao振zhen幅fu電dian流liu尖jian峰feng
，從cong而er生sheng成cheng一yi個ge低di噪zao聲sheng的de交jiao流liu信xin號hao，供gong下xia一yi級ji比bi較jiao器qi進jin行xing測ce量liang。

 

比較器

 

經由差分放大器輸出的信號通過比較器最終產生一個0V至3.3V的方波信號
，其頻率等於電機電流紋波頻率。此方波信號最終供給MCU用於計數。

 

LMV7275-Q1是一款軌至軌輸入低功耗比較器，並具有漏極開路輸出。小型SC-70封裝非常適合低電壓，低功耗、對空間要求嚴格的設計。 

 

圖5 各級輸出波形

 

綜上所述，本文介紹了兩種應用於電動車窗防夾的方案——霍huo爾er傳chuan感gan器qi和he紋wen波bo防fang夾jia技ji術shu的de基ji本ben原yuan理li，比bi較jiao了le紋wen波bo方fang案an相xiang對dui於yu霍huo爾er在zai實shi際ji應ying用yong中zhong的de優you勢shi。雖sui然ran霍huo爾er方fang案an以yi其qi成cheng熟shu技ji術shu和he高gao可ke靠kao性xing，占zhan據ju著zhe目mu前qian市shi場chang上shang車che窗chuang防fang夾jia應ying用yong的de主zhu導dao地di位wei，但dan是shi隨sui著zhe機ji械xie加jia工gong工gong藝yi和he電dian子zi技ji術shu的de不bu斷duan發fa展zhan
，紋wen波bo技ji術shu市shi場chang份fen額e的de增zeng加jia趨qu勢shi將jiang越yue發fa明ming顯xian。

 

 

推薦閱讀：