汽車車窗玻璃升降防夾失效模式解析

方傳運，張云峰，李建，趙為綱

（眾泰汽車工程研究院，浙江 杭州 310018）

前言

汽車車窗玻璃自動升降，這已經(jīng)成為汽車舒適配置的必選項目。然而，隨著越來越多的汽車上安裝電動門窗，潛在的危險也隨之而來，電動門窗夾傷手指的事件時有發(fā)生，電動天窗致使兒童被夾死亡一事更是一度將電動門窗和天窗的安全性推到風(fēng)口浪尖，并引起了整車廠、零部件企業(yè)和媒體的廣泛關(guān)注和討論。為了避免乘客受到傷害，電動門窗具備防夾功能已成為一種必然趨勢。

1 汽車車窗玻璃升降防夾原理

1.1 Hall 脈波訊號產(chǎn)生原理

1.1.1 測轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)數(shù)霍爾傳感器

如圖1所示，在非磁性材料的圓盤邊上粘一塊磁鋼，霍爾傳感器放在靠近圓盤邊緣處，圓盤旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器就輸出一個脈沖，從而可測出轉(zhuǎn)數(shù)（計數(shù)器），若接入頻率計，便可測出轉(zhuǎn)速。

圖1 霍爾傳感器應(yīng)用示意圖

1.1.2 霍爾（Hall）脈波訊號產(chǎn)生原理

圖2 霍爾訊號產(chǎn)生原理示意圖

如圖2所示（圖為事例，具體以實物為準），電機的輸出軸上集成磁環(huán)，當(dāng)電機轉(zhuǎn)動時，霍爾傳感器感測到磁環(huán)的N/S極，從而產(chǎn)生波形（方波）即霍爾脈波訊號。

1.2 車窗玻璃升降防夾原理

如圖3所示，車窗經(jīng)過初始化后，才具有防夾功能，在接收到自動上升命令時，防夾功能有效，防夾功能需滿足EEC/74/60規(guī)范的要求。

圖3 防夾觸發(fā)示意圖

1.2.1 防夾區(qū)域（如圖4所示）

距離車窗頂部4mm-200mm。

圖4 防夾區(qū)域示意圖

1.2.2 防夾力判斷

當(dāng)車窗上升過程中遇到障礙物時，阻力增大，電機轉(zhuǎn)速變小，而電機轉(zhuǎn)速變小會造成霍爾訊號的脈寬增大。利用這一特性，通過方波脈沖寬度的變化即可判斷防夾。

如圖5所示，當(dāng)車窗自動上升時，防夾模塊會連續(xù)對霍爾訊號的脈沖寬度進行采樣。當(dāng)電機運轉(zhuǎn)時，單位時間內(nèi)所讀取的霍爾方波個數(shù)，記為V0（即V0=單位時間/霍爾方波個數(shù)）。之后連續(xù)單位時間采樣得到的霍爾訊號脈沖寬度的平均值記為V1，如果處于防夾區(qū)域，進行V0與V1的比較，若V1-V0大于給定的閥值，就認為達到防夾條件而進行防夾動作；否則用V1覆蓋掉V0，繼續(xù)比較，超出防夾區(qū)域后停止比較。

圖5 防夾力判斷示意圖

2 汽車車門玻璃升降器失效模式解析

表1

3 程序邏輯防夾失效模式

基于以上防夾失效模式進行排查，最終排查為軟件問題，也是本文重點介紹的程序邏輯防夾失效模式。

3.1 xxA項目誤防夾問題理論原因解析

3.1.1 原因分析

圖6 LIN訊號數(shù)據(jù)發(fā)送公式列表

如圖6所示，xxA (xx項目升級車型)項目比原xx項目LIN總線規(guī)劃多了幾個節(jié)點( ID: 0x09, 0x14，0x15), 新增4-6Data理論推算將多出 2.1 ms（a）～3.1ms(b)這些節(jié)點的數(shù)據(jù)長度都在6個以上，原模塊處理新增ID資料，需花費更多時間進行處理，影響霍爾換相數(shù)記數(shù)，導(dǎo)致行程偏移。

3.1.2 升降器防夾模塊邏輯解析

如圖7所示(便于分析，相關(guān)信息示意)：由于升降器防夾模塊各個訊號發(fā)送的時間不一致，假設(shè)訊號發(fā)送的時間分為每隔10ms/20ms/30ms發(fā)送一次；在同級別（10ms)內(nèi)會同時接收多個訊號，目前的ECU均為單核，每次只可進行一項工作。當(dāng)同時出現(xiàn)LIN訊號、Hall訊號、A訊號時，原方案（原xxA項目軟件處理方案)為先處理LIN訊號，然后Hall訊號，再后為A訊號……

假設(shè)處理LIN訊號的時間原計劃需要3.5ms,則在3.5ms后開始處理Hall訊號，再過3.5s后開始處理A訊號；當(dāng)原定的LIN訊號增加后，在3.5ms內(nèi)未完成處理，則在A處區(qū)域與Hall訊號相遇，當(dāng)兩個訊號相遇時，LIN訊號的優(yōu)先級大于 Hall訊號的優(yōu)先級，ECU會先處理 LIN訊號, 這時的Hall訊號則會丟失，導(dǎo)致Hall訊號丟失（“俗稱霍爾丟步”）。

圖7 軟件處理示意圖

3.2 xxA誤防夾問題實測解析

3.2.1 如圖8所示

防夾軟件內(nèi)已知對應(yīng)指令處理策略，模塊接收LIN訊號，解讀Break Sync ID后，若為已知指令，進行后續(xù)資料字段接收處理。

圖8 防夾軟件已知信號處理示意圖

3.2.2 如圖9所示

防夾軟件對未知對應(yīng)指令處理策略，（1）模塊接收 LIN訊號，解讀Break Sync ID后，若未知指令，資料的反復(fù)High/Low觸發(fā)模塊判別是否為新的Break，在未知的資料長度較長的情況下，如紅框處出現(xiàn)Hall訊號處理被延遲現(xiàn)象。（2）修正后，模塊若接收未知長度指令時，將先完成Hall訊號處理。

綜上所訴：由于所有的訊號均為“1”、“0”，即在規(guī)定的時間內(nèi)（LIN 2.1國際規(guī)范），通過對0/1的變換及個數(shù)來實現(xiàn)訊號通訊，目前xx公司（防夾模塊供應(yīng)商）的防夾軟件內(nèi)在接收到未知的訊號時，因LIN訊號的優(yōu)先級別高，會對LIN訊號進行無差別分析，從而在本來應(yīng)該處理Hall信號的時間時未進行處理，導(dǎo)致Hall訊號丟失。

圖9 防夾軟件未知信號處理示意圖

3.3 避免程序邏輯防夾失效模式措施

（1）更新LIN矩陣：

表2

（2）根據(jù)最新LIN信號內(nèi)增加的節(jié)點優(yōu)化防夾軟件，當(dāng)優(yōu)化后的防夾軟件進行處理LIN信號時有足夠的時間進行處理，從而防止其他信號時間被占用。

（3）調(diào)整Hall訊號的處理優(yōu)先級，當(dāng)Hall與其他訊號共同存在時，優(yōu)先處理Hall訊號，防止霍爾信號丟失。

4 結(jié)論

本文主要是根據(jù)眾泰xxA項目玻璃升降器異常故障，采用玻璃升降器失效模式框圖表排查，最后排查因為Hall序號丟失導(dǎo)致玻璃異常，此故障為程序邏輯防夾失效模式：（1）更新LIN矩陣（2）優(yōu)先級處理Hall訊號，為眾泰其他項目開發(fā)玻璃升降器提供參考意義。

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