劉少鋒 王鑫

安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司 安徽省合肥市 230601

電動(dòng)車(chē)窗防夾功能作為重要的汽車(chē)安全配置，已被越來(lái)越多的客戶所重視。歐洲的74/60/EEC標(biāo)準(zhǔn)、美國(guó)的MVSS118標(biāo)準(zhǔn)均要求乘用車(chē)必須四門(mén)玻璃防夾[1]；國(guó)標(biāo)GB 11552-2009規(guī)范要求有自動(dòng)升窗必須帶防夾功能[2]。

目前國(guó)內(nèi)各主機(jī)廠均已開(kāi)始推動(dòng)四門(mén)防夾功能（附帶遙控升降窗）的標(biāo)配化工作。而實(shí)現(xiàn)四門(mén)防夾功能基于防夾原理不同主要有兩類(lèi)技術(shù)路線：A、四門(mén)霍爾電機(jī)集成防夾模塊；B、四門(mén)紋波電機(jī)、獨(dú)立紋波防夾控制模塊。

目前紋波防夾技術(shù)作為新技術(shù)，因其成本低、功能易擴(kuò)展等優(yōu)勢(shì)，我們基于實(shí)車(chē)匹配驗(yàn)證，開(kāi)發(fā)了基于紋波防夾技術(shù)的車(chē)門(mén)玻璃升降系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)玻璃手動(dòng)升降、一鍵升降、防夾手、各類(lèi)環(huán)境自適應(yīng)等功能。

1 防夾技術(shù)原理

霍爾電機(jī)防夾機(jī)理是電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸上裝有磁環(huán)（n對(duì)極），防夾模塊上集成的霍爾傳感器，通過(guò)磁環(huán)表面的磁場(chǎng)變化從而獲得周期性的脈沖信號(hào)。通過(guò)獲得的周期性信號(hào)從而計(jì)算出電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周所用時(shí)間以及玻璃整個(gè)行程的脈沖信號(hào)個(gè)數(shù)，取相對(duì)值，從而獲得玻璃在具體位置的信息。

紋波電機(jī)防夾機(jī)理是電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸上裝有換向器（n槽），一對(duì)碳刷在換向器圓周面上旋轉(zhuǎn)傳輸電流的過(guò)程中，由于瞬時(shí)回路電阻差異，從而產(chǎn)生紋波電流并獲得周期性的脈沖信號(hào)。紋波控制模塊通過(guò)獲得的周期性信號(hào)從而計(jì)算出電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周所用時(shí)間以及玻璃整個(gè)行程的脈沖信號(hào)個(gè)數(shù)，取相對(duì)值，從而獲得玻璃在具體位置的信息。

2 車(chē)門(mén)玻璃防夾系統(tǒng)概述

車(chē)門(mén)玻璃防夾系統(tǒng)電氣原理圖如圖1所示，基于LIN信號(hào)的紋波防夾車(chē)窗控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)四門(mén)玻璃防夾、一鍵升降等功能。

車(chē)窗防夾控制器APM（Anti-Pinch Module）電氣參數(shù)要求見(jiàn)表1。

3 車(chē)門(mén)玻璃防夾系統(tǒng)要求

3.1 紋波電機(jī)要求

采用紋波技術(shù)而實(shí)現(xiàn)防夾功能，電機(jī)需要滿足下列要求。

轉(zhuǎn)速：9V～16V，在無(wú)負(fù)載情況下，極對(duì)數(shù)為4時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速不大于9000轉(zhuǎn)/分鐘。

機(jī)械結(jié)構(gòu)：電機(jī)自固定的轉(zhuǎn)子軸必須保證電機(jī)不會(huì)在剎車(chē)或者自身開(kāi)始工作后向相反方向移動(dòng)，電機(jī)不能空轉(zhuǎn)。

表1

圖1 電氣原理圖

堵轉(zhuǎn)電流：9V～16V，電機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流不超過(guò)25A。

紋波振幅：9V～16V，最小紋波電流值0.5A（峰峰值）。

波形品質(zhì)：要求波形類(lèi)似于正弦波。使用帶傅立葉變換的頻譜圖來(lái)觀察。參考主諧振波形（基波）的頻率振幅為0dB，其它諧振頻率的振幅都必須在如下圖所示的值之下。

圖2 諧振頻率振幅

3.2 升降器自鎖性要求

電機(jī)短路情況下，在升降器玻璃支架上施加500N負(fù)載時(shí)，要求電機(jī)渦桿不能轉(zhuǎn)動(dòng)。

3.3 對(duì)輸入信號(hào)的要求

如果開(kāi)關(guān)為數(shù)字信號(hào)輸入，要求車(chē)窗控制按鍵輸入直接連接到車(chē)窗防夾控制器，常態(tài)為懸空。

車(chē)窗防夾系統(tǒng)的玻璃升降輸入信號(hào)地不能和大功率用電器的功率地搭接在一起。

3.4 玻璃系統(tǒng)阻力

玻璃系統(tǒng)阻力設(shè)計(jì)建議值為80±5N，實(shí)際變化范圍建議≤30%，玻璃升降過(guò)程中不得出現(xiàn)卡滯等故障。

4 車(chē)門(mén)玻璃防夾系統(tǒng)功能規(guī)范

4.1 防夾功能手動(dòng)學(xué)習(xí)

手動(dòng)學(xué)習(xí)過(guò)程：①第一步操作左前門(mén)玻璃（右前門(mén)玻璃/左后門(mén)玻璃/右后門(mén)玻璃）上升，使玻璃上升至頂部堵轉(zhuǎn)位置；②第二步再次操作車(chē)窗玻璃上升，使車(chē)窗玻璃在頂部位置向上堵轉(zhuǎn)，堵轉(zhuǎn)持續(xù)時(shí)間2s；③第三步操作車(chē)窗玻璃下降到底部位置；④第四步操作車(chē)窗玻璃上升窗到頂部位置；手動(dòng)學(xué)習(xí)過(guò)程全部完成，若具備自動(dòng)上升功能，則表示該車(chē)窗學(xué)習(xí)成功；此學(xué)習(xí)模式下，升窗及降窗過(guò)程需要連慣完成，若出現(xiàn)車(chē)窗玻璃出現(xiàn)停止現(xiàn)象，則需重新學(xué)習(xí)。

4.2 車(chē)窗玻璃升降（手動(dòng)升降玻璃、自動(dòng)升降玻璃）

4.2.1 手動(dòng)升降。手動(dòng)上升：輸入車(chē)窗玻璃手動(dòng)上升開(kāi)關(guān)信號(hào)，相應(yīng)的車(chē)窗玻璃執(zhí)行上升動(dòng)作，松開(kāi)即停。手動(dòng)下降：輸入車(chē)窗玻璃手動(dòng)下降開(kāi)關(guān)信號(hào)，相應(yīng)的車(chē)窗玻璃執(zhí)行下降動(dòng)作，松開(kāi)即停。

4.2.2 自動(dòng)升降。APM學(xué)習(xí)成功以后才可執(zhí)行自動(dòng)上升功能；自動(dòng)上升：輸入車(chē)窗玻璃自動(dòng)上升開(kāi)關(guān)信號(hào)，相應(yīng)的車(chē)窗玻璃執(zhí)行自動(dòng)上升動(dòng)作，車(chē)窗玻璃自動(dòng)上升到頂部位置。

自動(dòng)下降：輸入車(chē)窗玻璃自動(dòng)下降開(kāi)關(guān)信號(hào)，相應(yīng)的車(chē)窗玻璃執(zhí)行自動(dòng)下降動(dòng)作，車(chē)窗玻璃自動(dòng)下降到底部位置。

車(chē)窗處自動(dòng)升降過(guò)程中，輸入手動(dòng)升降信號(hào)即停。

4.3 遙控車(chē)窗玻璃升降

遙控升降條件：APM完成初始化學(xué)習(xí)后收到遙控升降指令并滿足條件即可執(zhí)行；遙控升窗功能不受乘員車(chē)窗禁止的影響，即使乘員車(chē)窗被禁止，遙控升降乘員窗功能依然有效；四窗升降順序?yàn)椋ㄗ笄啊仪啊液蟆蠛螅?，各窗啟?dòng)間隔為100ms。

4.3.1 遙控升窗。完成初始化的APM收到遙控升窗信號(hào)后，執(zhí)行車(chē)窗遙控上升功能；若部分車(chē)窗處于非初始化模式，已完成初始化的車(chē)窗正常執(zhí)行自動(dòng)升窗動(dòng)作，非初始化的車(chē)窗自動(dòng)下降到底，然后上升到頂（具有防夾功能）。

在車(chē)窗玻璃上升過(guò)程中，松開(kāi)LOCK鍵，APM執(zhí)行四門(mén)車(chē)窗玻璃自動(dòng)上升，在上升過(guò)程中收到任意遙控信號(hào)命令后上升動(dòng)作停止；在車(chē)窗玻璃上升過(guò)程中，車(chē)窗完全關(guān)閉，車(chē)窗上升動(dòng)作停止；在車(chē)窗玻璃遙控上升期間，防夾功能有效。

4.3.2 遙控降窗。APM收到遙控降窗信號(hào)后，執(zhí)行車(chē)窗遙控下降功能；在車(chē)窗玻璃下降過(guò)程中，松開(kāi)UNLOCK鍵，APM執(zhí)行四門(mén)車(chē)窗玻璃自動(dòng)下降，在下降過(guò)程中收到任意遙控信號(hào)命令后下降動(dòng)作停止；在車(chē)窗玻璃下降過(guò)程中，車(chē)窗完全打開(kāi)，車(chē)窗下降動(dòng)作停止。

4.4 防夾功能

APM自學(xué)習(xí)成功，當(dāng)車(chē)窗玻璃進(jìn)行自/手動(dòng)上升或遙控上升模式下，遇到障礙物被夾，車(chē)窗玻璃會(huì)自動(dòng)下降一段距離。

防夾力要求：防夾力≤100N，須滿足GB11552-2009要求。

4.4.1 防夾區(qū)域。車(chē)窗防夾區(qū)域定義為A+4mm到A+200ms之間（見(jiàn)圖3）；

圖3 防夾區(qū)域示意圖

4.4.2 防夾反轉(zhuǎn)。車(chē)窗自動(dòng)上升過(guò)程中在防夾區(qū)域內(nèi)遇到障礙物，車(chē)窗玻璃將進(jìn)行自動(dòng)下降；首次防夾車(chē)窗反轉(zhuǎn)距離為150mm（最小距離），若下降距離不足150mm則降到車(chē)窗底部堵轉(zhuǎn)位置；連續(xù)發(fā)生防夾時(shí)，從第二次起車(chē)窗反轉(zhuǎn)時(shí)直接下降至底部堵轉(zhuǎn)位置。

4.5 車(chē)窗軟停保護(hù)

4.5.1 下軟停保護(hù)。為保護(hù)車(chē)窗電機(jī)下降時(shí)對(duì)底部堵轉(zhuǎn)沖擊，設(shè)置高于底部堵轉(zhuǎn)位置約1mm～3mm為軟停位置；車(chē)窗一次自動(dòng)降窗操作后，自動(dòng)下降至軟停位置時(shí)，將自動(dòng)停止車(chē)窗動(dòng)作；車(chē)窗在下軟停位置時(shí)，再一次觸發(fā)下降功能，車(chē)窗將下降到底部堵轉(zhuǎn)位置。

4.5.2 上軟停保護(hù)。為保護(hù)車(chē)窗電機(jī)上升時(shí)對(duì)頂部堵轉(zhuǎn)沖擊，設(shè)置于頂部堵轉(zhuǎn)位置上軟停（堵轉(zhuǎn)力130N±30N）；車(chē)窗一次自動(dòng)升窗操作后，自動(dòng)上升至軟停位置時(shí)，進(jìn)行輕堵轉(zhuǎn)并自動(dòng)停止車(chē)窗動(dòng)作；車(chē)窗在上軟停位置時(shí)，再一次觸發(fā)上升功能，車(chē)窗將硬堵轉(zhuǎn)；APM軟停位置會(huì)根據(jù)實(shí)際工況更新軟停位置。

5 結(jié)語(yǔ)

車(chē)窗防夾技術(shù)目前主要有兩種形式，一種為霍爾電機(jī)集成防夾模塊，另一種為獨(dú)立紋波防夾模塊，現(xiàn)階段霍爾電機(jī)防夾方案居多。隨著紋波防夾技術(shù)的日趨成熟，越來(lái)越多的主機(jī)廠在使用可靠性更高、成本更低的獨(dú)立紋波防夾方案。

基于紋波防夾技術(shù)的車(chē)門(mén)玻璃防夾系統(tǒng)需要在紋波電機(jī)選型、玻璃升降器結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)阻力設(shè)計(jì)以及防夾模塊標(biāo)定方面制定可靠流程和標(biāo)準(zhǔn)才能獲得主機(jī)廠認(rèn)可的品質(zhì)和性能。