汽车电子车窗防夹技术的主要类型及控制系统架构

·随着人们生活水平的不断提高，人们对于车辆使用舒适性的需求也越来越高。在这一背景下，电动车窗目前已基本成为车辆的标配，另外很多车型也同时配备了电动尾门。电动车窗、电动尾门如果不具备防夹能力，在使用中会存在夹伤人员的风险。针对这一风险，我国在2009年出台了防夹法规（GB 11552-2009）。法规中要求，具备自动上升功能的车窗必须具备防夹功能。另外美国和欧盟也早已颁布了相应法规。因此，现代汽车对电动车窗强制性采用了车窗防夹技术。

防夹功能说明

防夹电动车窗的基本设计思想可概括为：在车窗上升过程中，当障碍物(含人体)接触车窗玻璃(达到一定力度)时，车窗电机停转，随后电机反转，使车窗下降一段距离后停止，或使车窗直接下降到底部，避免夹伤乘客，从而实现防夹功能。

 

 防夹技术的主要类型

从使用的防夹手段上来看，目前市场上主流的是霍尔防夹和纹波防夹两大类。 

带传感器的霍尔防夹

霍尔防夹：主要是在电机轴上安装磁环，磁环随电机转动而转动，旋转过程中产生的磁场经过霍尔传感器感应后，输出方波信号，方波的个数反映了位置，方波的周期反映了电机运行速度。当遇到障碍物时电机运动速度变慢，对应方波信号周期变大，再结合电压，温度，车速等外部环境因素进行防夹判断。优点是霍尔信号准确，相对应的位置准确可靠，缺点是每个电机需要安装一个霍尔传感器，且霍尔传感器需要贴近磁环安装。

目前市场上运用较多的是独立式霍尔防夹，即一个电机装配有一个防夹控制模块，然后组装到升降机构上。见下图:

图1 独立式霍尔防夹模块

独立式霍尔防夹在整车系统架构如图2所示，车身域控制模块通过总线CAN或LIN与智能电机Smart Motor相连，Smart Motor指具备防夹功能的电机，包括可以进行防夹运算的模块和电机，且模块直接装配在电机中。这种方式模块很紧凑，但整个电机相对占空间大，不利于结构布局，且成本相对较高。

图2 独立式霍尔方案车窗控制系统架构

另外一种是集成式门模块方式，即防夹算法集成在门模块中，这种方式采用霍尔防夹电机与门模块组合，霍尔防夹电机指装配有霍尔传感器的电机，霍尔防夹电机负责输出霍尔信号，门模块负责采集与处理霍尔信号，并进行防夹运算。这种架构接线线束较多，每个电机与门模块之间需要连接6根线束。系统架构如图3所示：

图3 集成式门模块霍尔方案车窗控制系统架构

不带传感器的纹波防夹

纹波防夹：有刷直流电机在换相过程中会产生电流纹波，纹波的个数与电机转速和换向片的个数成正比，因此若能提取出电流纹波便可得到门窗运动的位置信息，当门窗运动过程中遇到障碍物时电流会增大，可根据电流，转速，再结合电压，温度，车速等外部环境因素进行防夹判断，这便是基于纹波的防夹原理。目前联合电子共有两种基于纹波的防夹产品：

第一种是集成到车身域控制器的纹波防夹（如图4）。即四门车窗纹波防夹算法集成在车身控制器中，一个模块控制四门车窗升降。每个电机仅两根线束与车身控制模块连接。具体见下图：

图4 集成到车身域控制模块的纹波防夹车窗控制系统架构

第二种产品是集成到区域控制器的可调速纹波防夹（如图5）。即纹波防夹算法集成在区域控制器中，每个电机仅两根线束与区域控制器连接。具体见下图：

图5 集成到区域控制器的纹波防夹车窗控制系统架构

 

集成到车身域控制器和集成到区域控制器的纹波防夹车窗控制系统架构，线束少，从节约成本及轻量化两方面来讲，都是较优的防夹解决方案。

  两种防夹方案比较  

霍尔防夹信号可靠性高，但是需要在电机上加装磁环及霍尔传感器，线束较多成本较高。

基于电流纹波的方案需要进行电流采样并运行滤波，以提取出纹波信号，信号提取困难，造成软件算法复杂性较高。但相比于霍尔防夹方案，基于电流纹波的方案无需专用的霍尔传感器，免去了安装磁环、霍尔传感器及线束成本，此外可采用一个控制器同时控制四个车门，节省了控制器成本，提高了整车集成度。

  防夹技术发展趋势  

目前防夹技术在电动车窗和天窗上得到了广泛应用，随着汽车技术的发展，防夹技术也陆续应用在滑移门，电动尾门，电动尾翼，遮阳帘，电动座椅，滑移屏，隔断电视升降屏，电动门把手等车用设备上。

使用霍尔防夹信号可靠性高，更适用于高端车型的应用。相比于霍尔防夹方案，基于电流纹波的方案无需专用传感器，通过学习弥补多次运行带来的偏差，不仅满足了法规要求，而且降低了成本，提高了整车集成度。这是未来主流车型电动门窗防夹的一个发展方向。

目前联合电子带纹波防夹功能的车窗控制器BCM3.5平台和BCM3.6平台已经在多个项目上实现同步开发和批产，带纹波防夹功能的区域控制器也已在多个项目上实现同步推进。不仅相关项目的推广得到客户人认可，同时也帮助客户在成本控制和用户实际体验实现了很好的改善。

编辑：黄飞