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技术领域

本发明涉及汽车安全技术领域，尤其涉及一种基于双霍尔传感器与直流电机 的四门车窗防夹方法。

背景技术

随着汽车行业的快速发展，轿车的普及程度越来越高。现代轿车门窗玻璃 的升降方式基本抛弃了摇把式的手动升降方式，普遍采用按钮式的电动升降方 式。但是电动升降方式的车窗存在较大的安全隐患。到目前为止多起乘客被上 升车窗夹伤的事故被报道，其中大部分受伤者为儿童，因此为满足日益增长的 驾驶安全性和舒适性的需求，现在电动玻璃升降器几乎已经成为汽车的基本配 置，原本仅装配在高档轿车上的电动防夹玻璃升降器，逐渐被更多的中低档车 所采用，并且这成为未来玻璃升降器发展的一种趋势。

所谓防夹车窗，就是指当车窗自动上升时，如果在上升过程中侦测到有障 碍物存在时，车窗就立即反转一段距离后停止，以释放障碍物，这样就达到了 防夹的目的。

目前，从防夹功能上流行的防夹玻璃升降器主要分为两类：接触式和非接 触式。接触式是指当电动车窗系统感触到有异物在玻璃上，则会自动停止玻璃 上升工作；非接触式是指通过光学控制系统来探测有无异物存在于车窗的移动 范围内，进而控制玻璃的移动，进而无需异物直接接触到玻璃。这个光学控制 系统的主要元器件为光学传感器，它是由红外发射机和接收器所组成，其安装 在车窗的内饰件上，能连续对指定区域进行精确地扫描。因后者的成本较高且 性能不稳定，本发明采用的是在保证高可靠性和成本相对较低的情况下对接触 式的防夹玻璃升降器展开研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于双霍 尔传感器与直流电机的四门车窗防夹方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于双霍尔传感器与直 流电机的四门车窗防夹方法，包括以下步骤：

1)设置电动车窗防夹系统的相关参数，包括防夹区域，防夹力的大小及防 夹系统的线性刚度；

2)控制器通过安装在每个车门控制车窗玻璃升降器的电机内的霍尔传感器 1进行脉冲个数的检测获得车窗玻璃的位置信息；

3)用取样电阻进行电机电流检测，对电动车窗的背景力进行标定，在此基 础上根据标准要求，确定防夹力与电机电流的对应关系并确定玻璃上升遇到障 碍物的积分阀值；以及通过安装在电机内的霍尔传感器2进行脉冲宽检测获得 车窗玻璃的受力信息；

4)控制器根据车窗玻璃的位置信息确定车窗的位置是否运行在防夹范围之 内；然后结合两个脉冲信号的相位差判断车窗玻璃的运动方向；若车窗玻璃的 位置处在上升阶段的防夹区域,控制器根据霍尔传感器进行脉冲宽度的检测获 得车窗玻璃的受力信息,判断受力信息与背景力的关系并根据背景力确定脉冲 宽度的预设阀值(通过多次实验的方法获得)；

预设阀值：电机运转时的脉冲宽度很平均且比较小，而受到阻力时的脉冲 宽度迅速增大，并且是运转时的脉冲宽度几十倍，所以预设阀值先由离线仿真 确定一个大致的初始值，再由实际运动所受力大小监测相应脉冲宽度大小最终 确定准确的预设阀值。

5)结合双霍尔传感器与直流电机电流的检测信息，当车窗玻璃的位置处在 上升阶段的防夹区域，霍尔传感器的脉冲宽度大于预设阀值并且直流电机电流 曲线的积分值大于玻璃上升遇到障碍物的积分阀值时则判定车窗玻璃遇到障碍 物，开始实施防夹操作。

6)若四门车窗同时运作，会产生8路霍尔信号和4路电流采集信号，所述 四门的防夹控制集中在一个控制器上处理，在出现四门车窗同时上升且达到防 夹指标的极限情况下，处理器响应最先达到防夹指标的车门，同时给出总线控 制指令，使得其余车门在未达到或即将达到防夹的情况下均开始实施防夹操作， 从而达到四门防夹的目的。

按上述方案，所述步骤1)中防夹区域为距离车窗顶部4mm至200mm开度 范围；防夹力的大小为100N；防夹系统的线性刚度为50N/mm。

按上述方案，所述步骤2)获得车窗玻璃的位置信息具体如下：霍尔传感器 的脉冲信号来自于识别安装与电机输出转轴上磁环的旋转，电机每旋转一周所 产生脉冲个数为定值，通过计数器记录霍尔传感器的脉冲个数来判断车窗玻璃 是否处在防夹区域内。

按上述方案，所述步骤4)获得车窗玻璃的运动方向信息具体如下：所述安 装在电机内的霍尔传感器用于产生与所述电机转子转动状况相对应的方波脉冲 信号，双霍尔传感器会产生两路霍尔信号，且两路霍尔信号具有一定的相位差， 然后结合两个脉冲信号的相位差判断车窗玻璃的运动方向。

按上述方案，所述步骤5)中，若四门车窗同时运作，四门车窗的检测会产 生8路霍尔信号和4路电流采集信号，所述四门的防夹控制集中在一个控制器 上处理，若出现四门车窗同时上升且达到防夹指标的极限情况，处理器响应最 先达到防夹指标的车门，并给出总线控制指令，使得其余车门在未达到或即将 达到防夹的情况下同时开始实施防夹操作。

按上述方案，所述控制器选取的主控芯片为Freescale公司的16位高性能处 理器，通过锁相环技术把系统时钟倍频到40MHZ，提高霍尔信号的采样频率和 程序的运行速度，且其有8个周期和占空比可编程的独立PWM通道，每个通道 有独立的计数器和允许寄存器，以满足8路霍尔信号的采集。

本发明产生的有益效果是：本发明基于霍尔传感器的脉冲宽度与电流检测 相结合的算法使系统的可靠性及鲁棒性大幅提高，能有效减少车窗防夹的误检 误报；通过对防夹系统刚度的合理设置，使得车门防夹系统更加人性化；通过 将分散的每个电动车窗的防夹控制系统转为集中式的四门防夹控制系统架构， 提高了系统的效率减少了成本。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的车窗区域分布示意图；

图2是本发明实施例的霍尔传感器和电流检测的系统框图；

图3是本发明实施例的MC33993典型应用图；

图4是本发明实施例的集中式的防夹控制系统架构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例， 对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解 释本发明，并不用于限定本发明。

一种基于双霍尔传感器与直流电机电流检测的四门车窗防夹算法，包含以 下步骤：

(1)明确电动车窗防夹系统的相关参数，防夹区域与非防夹区域的定义， 防夹力的大小及防夹系统的线性刚度；

如图1为车窗区域的分布示意图，防夹区域的范围为距离车窗顶部4mm到 离车窗顶部200mm的这个区域，而防夹区域以外的范围称之为非防夹区域。在 非防夹区域,就算是遇到了阻碍物或者遇到超过限定值的力作用，电机也不会反 转，因此，我们就能确保车窗上升到最顶部贴合玻璃导轨胶条，也就是完全关 上的那一刻，电机停止运转。在车窗上升过程中，要考虑到人性化的因素，如 果车窗上升过程中直到把人的手或其它部位夹伤才做相应防夹措施，则防夹功 能也就失去了其意义。这就需要合理的设置系统刚度的值，既能考虑到人性化 的因素，又能避免误防夹。

(2)通过霍尔传感器1进行脉冲个数的检测获得车窗玻璃的位置信息；用 取样电阻进行电机电流检测，对车窗的背景力进行标定，在此基础上根据标准 要求，确定防夹力与电机电流的对应关系并确定玻璃上升遇到障碍物的积分阀 值，以及安装在电机内的霍尔传感器2检测到的脉冲宽度，通过电机电流的大 小和脉冲宽度阀值双重标准来完成受力的判断；基于双霍尔传感器和直流电机 电流检测的系统框图如图2所示。

(3)通过两个霍尔传感器分别进行脉冲个数和脉冲宽度的检测获得车窗玻 璃的位置与受力信息，然后结合两个脉冲信号的相位差判断车窗玻璃的运动方 向；对检测到的直流电机电流曲线做积分，将一定时间内的曲线积分值与玻璃 上升遇到障碍物时的曲线积分阀值做比较获得车窗玻璃的受力信息；最后，结 合双霍尔传感器与直流电机电流的检测信息，当车窗玻璃的位置处在上升阶段 的防夹区域，霍尔传感器的脉冲宽度大于预设阀值并且直流电机电流曲线的积 分值大于玻璃上升遇到障碍物的积分阀值时则判定车窗玻璃遇到障碍物，开始 实施防夹操作。

(4)该控制系统选取的主控芯片为Freescale公司的16位高性能处理器， 通过锁相环技术把系统时钟倍频到40MHZ，提高霍尔信号的采样频率和程序的运 行速度，主控芯片通过SPI与MC33993通讯来获取外部开关信号，进而通过继 电器板控制相应模块。MC33993多交换检测接口是用来检测高达22开关触点的 闭合和打开。该器件与微处理器之间的通信采用SPI接口协议，其典型应用如 图3所示。串行设备接口SPI主要用于同步串行通信，它使MCU具备了与外 围设备以及其他微处理器进行同步通信的能力，也能够在多主系统中实现处理 器间的通信。如图4所示，将四门的防夹控制集中在一个模块上处理，而不是 传统的每个电动车窗均有一个独立的防夹控制模块，通过集中式的控制，使得 分布在各个闭合系统的多个节点合并为一个，这样，在出现四门车窗同时上升 且达到防夹指标的极限情况下，处理器响应最先达到防夹指标的车门，并给出 总线控制指令，使得其余车门在未达到或即将达到防夹的情况下四门同时开始 实施防夹操作，从而达到四门防夹的目的，这样不仅极大降低了系统的复杂度， 还实现了四门车窗防夹的功能。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进 或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。