電動(dòng)車窗防夾系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張景宣，于士軍

（德州學(xué)院 汽車工程學(xué)院，山東 德州 253023）

電動(dòng)車窗防夾系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張景宣，于士軍

（德州學(xué)院 汽車工程學(xué)院，山東 德州 253023）

防夾系統(tǒng)是利用一組霍爾傳感器在汽車發(fā)動(dòng)后時(shí)刻對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)施檢測(cè)，當(dāng)車窗人為控制升起時(shí)，通過傳感器檢測(cè)到車窗進(jìn)入防夾區(qū)并達(dá)到規(guī)定力度，阻礙發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速減慢，將信息傳送到單片機(jī)使車窗停止或者下降到最底部，當(dāng)異物消失車窗正常關(guān)閉，從而使電動(dòng)車窗具有一定的防夾功能。

單片機(jī)；霍爾傳感器；電動(dòng)車窗；車窗定位；防夾力判斷

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們的生活水平和質(zhì)量日益提高，汽車已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇笔У囊徊糠?，電?dòng)車窗的使用更是給廣大司機(jī)和乘客帶來(lái)了便利，但隨之而來(lái)的一些弊端也逐漸顯露。例如，車窗上升關(guān)閉的速度較快，容易造成車上人員的夾傷。由于日常生活中被車窗夾傷的事件頻頻發(fā)生，因此引起了人們的重視，電動(dòng)車窗防夾系統(tǒng)很大程度上解決了這個(gè)問題。

1 電動(dòng)車窗總體構(gòu)成及防夾原理

（1）總體構(gòu)成。防夾系統(tǒng)由AT89S51單片機(jī)，SS566AT霍爾傳感器以及汽車內(nèi)部電機(jī)等組成。

（2）防夾原理。電動(dòng)車窗上升過程中，到達(dá)防夾區(qū)域（防夾區(qū)間在距車窗頂端4～200mm處）后，夾到異物并達(dá)到一定力度時(shí)通過霍爾傳感器檢測(cè)電動(dòng)機(jī)由于有異物而導(dǎo)致的轉(zhuǎn)動(dòng)減緩，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)通過LIN傳送到ECU，從而使ECU對(duì)繼電器進(jìn)行控制，使電流逆反，讓電動(dòng)機(jī)停止或反方向工作，從而使車窗停止或退到底部，實(shí)現(xiàn)防夾效果。若車窗上無(wú)異物則車窗正常上升至關(guān)閉。

2 防夾系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)要求?；疽螅捍_定車窗當(dāng)前的位置；當(dāng)汽車熄火時(shí)，應(yīng)自動(dòng)關(guān)閉車窗；有自鎖裝置；防夾力需在60N～100N之間；運(yùn)行后記憶車窗長(zhǎng)度，保存數(shù)據(jù)。

（2）防夾系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)。汽車在車門上的四個(gè)車窗構(gòu)造基本相同，四個(gè)車窗系統(tǒng)為了便于管理將其連接在一條總控制線上（LIN）。而防夾系統(tǒng)屬于車窗系統(tǒng)中的一部分所以也通過LIN連接，為了方便司機(jī)控制汽車，將駕駛員位置作為主節(jié)點(diǎn)，其他三個(gè)為副節(jié)點(diǎn)。通過CAN網(wǎng)絡(luò)駕駛員可以更好地對(duì)汽車進(jìn)行單項(xiàng)或者多項(xiàng)系統(tǒng)的控制?？傮w結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 總體結(jié)構(gòu)

（3）單片機(jī)和霍爾傳感器的選型。①單片機(jī)選型。本系統(tǒng)選用AT89S51型號(hào)的單片機(jī)，該型號(hào)是由美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能的CMOS8位單片機(jī)，其特點(diǎn)在于功能強(qiáng)大，價(jià)格低，使用靈活等。②霍爾傳感器選型。將一個(gè)霍爾半導(dǎo)體片放入磁場(chǎng)中，使一個(gè)恒定電流I從A到B通過該片。在洛侖茲力的作用下，I的電子流在通過霍爾半導(dǎo)體時(shí)向一側(cè)偏移，使該片在CD方向上產(chǎn)生電位差，這就是所謂的霍爾電壓?；魻栯妷弘S磁場(chǎng)的變化而變化從而發(fā)揮檢測(cè)車窗電機(jī)電流變化的作用。本系統(tǒng)中選用SS566AT型號(hào)的霍爾傳感器，該型號(hào)傳感器特點(diǎn)在于其穩(wěn)定性好，低功耗，反應(yīng)靈敏并可與許多電子元件直接使用。

（4）車窗位置的確定。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)使鋼絲繩運(yùn)動(dòng)，從而使車窗移動(dòng)，在車窗運(yùn)動(dòng)過程中電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)與車窗移動(dòng)距離成正比例關(guān)系，而電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一周使霍爾傳感器產(chǎn)生信號(hào)，從車窗開始移動(dòng)到結(jié)束，可以讓單片機(jī)對(duì)信號(hào)計(jì)數(shù)，從而得知車窗當(dāng)前位置，確定車窗是否處于防夾區(qū)。位置檢測(cè)電路如圖2所示。

圖2 位置檢測(cè)電路

（5）防夾力的判斷。

有關(guān)電機(jī)方程:

對(duì)上式進(jìn)行綜合拉普拉斯變換得

其中，U為電樞電壓，L為電樞自感，J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，R為電樞等效電阻，Ω為電機(jī)轉(zhuǎn)速，i為電流，e反向電動(dòng)勢(shì)，f為摩擦力，m為轉(zhuǎn)矩。

由于一個(gè)電機(jī)的電壓和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不變，所以當(dāng)摩擦力變大，電流也變大，反映到實(shí)際就是，當(dāng)車窗上升過程中有異物阻礙其上升，從而使電機(jī)轉(zhuǎn)速變慢，導(dǎo)致電流變大，也會(huì)導(dǎo)致霍爾傳感器的信號(hào)脈寬變大通過電流和信號(hào)脈寬來(lái)判斷夾物力的大小，從而決定是否進(jìn)行防夾，達(dá)到防夾效果。

3 程序設(shè)計(jì)

在司機(jī)或乘客開始使用車窗按鍵時(shí)，由系統(tǒng)首先判斷是開啟還是關(guān)閉從而確定車窗是上升還是下降，在車窗上升時(shí)，若車窗上有異物，系統(tǒng)首先進(jìn)行防夾判斷（車窗位置是否到達(dá)防夾區(qū)，防夾力的大小）若達(dá)到防夾范圍，車窗停止并下降。程序流程圖如圖3所示。

圖3 程序流程圖

4 結(jié)語(yǔ)

通過防夾系統(tǒng)的使用，在關(guān)閉車窗的過程中可以更好地避免夾傷，以達(dá)到安全的目的。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，電動(dòng)車窗防夾系統(tǒng)可以起到很好的人體保護(hù)作用，能夠大大減少手和頭等部位夾傷的現(xiàn)象，具有良好的實(shí)用效果。該設(shè)計(jì)的發(fā)明使用，可以有效減少因?yàn)檐嚧瓣P(guān)閉速度過快而引起的夾傷事件，這種采取安全防止夾傷的裝置，使汽車更加合理更加人性化，從而提高了汽車的舒適性和安全性，順應(yīng)了當(dāng)代汽車發(fā)展的主流，具有廣闊的發(fā)展前景。

［1］謝紅衛(wèi)，鄒逢興，張明等.現(xiàn)代控制系統(tǒng)［M］.北京：高等教育出版社，2004.

［2］姜立標(biāo).汽車傳感器及其應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2013.

［3］徐志生.汽車?yán)碚摚跰］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

［4］賀樂廳，翟羽健.汽車電動(dòng)車窗防夾裝置的研制［J］.輕型汽車技術(shù)，2003，（1）.

圖3 程序結(jié)構(gòu)圖

如圖3所示。首先，駕駛員可以根據(jù)自己所在國(guó)家或地區(qū)以及自己對(duì)車速的要求，自行設(shè)定最高車速。在汽車行駛過程中，當(dāng)儀表盤上的指針超過了自己設(shè)定的最高車速，此時(shí)報(bào)警器會(huì)進(jìn)行超速語(yǔ)音播報(bào)，提醒駕駛員應(yīng)當(dāng)降速行駛。在車速降到低于最高車速時(shí)，語(yǔ)音播報(bào)器自行停止語(yǔ)音播報(bào)。

5 結(jié)語(yǔ)

文章設(shè)計(jì)的汽車超速報(bào)警器由電源、激光源、語(yǔ)音播報(bào)器、光敏電阻等單元構(gòu)成。在實(shí)際操作過程中，只需要把反光片固定在需要報(bào)警速度的相應(yīng)位置，即可實(shí)現(xiàn)可調(diào)控報(bào)警功能。該裝置經(jīng)過實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，能夠在駕駛員駕駛汽車超速時(shí)及時(shí)的發(fā)出超速警號(hào)，具有很好的實(shí)用效果。這樣不僅保證了駕駛員的安全，而且該裝置可靠耐用。同時(shí)，成本低也不需要昂貴的維修費(fèi)用。滿足了基層汽車車主的市場(chǎng)需求，具有很好的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

［1］黃真.空間機(jī)構(gòu)學(xué)［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991．

［2］唐凱，江開發(fā)，張弛.基于光電耦合器的汽車超速報(bào)警器設(shè)計(jì)［J］.公路與汽運(yùn)，2008，3（2）：28-29,42.

［3］余志生．汽車?yán)碚摚跰］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999．

Design of Electric Car W indow Antitrapping System

ZHANG Jing-xuan，YU Shi-jun
（Automotive Engineering School of Dezhou Institute，Dezhou，Shandong 253023，Chiina）

Anticlamping system is to detectmotorspeed by using a setofhallsensorsafter the carstarts.When thewindow risesmanually，windowsare detected into antitrapping area by sensors and reach to regulated force，which hinders the engine running，andmakes the engine speed slow down，and then transmit the information to the single chipmicrocomputer to stop thewindow ormake it fall to thebottom.When foreign objectsdisappear，theelectricwindowshaveantitrapping function.

single chipmicrocomputer；hallsensor；electricwindows；window position；clamp force judgment

U463.835

A

2095-980X（2016）11-0068-02

2016-10-16

張景宣，主要研究方向：汽車工程。