汽車電動(dòng)車窗霍爾防夾與紋波防夾培訓(xùn)課件

1汽車電動(dòng)車窗霍爾防夾與紋波防夾培訓(xùn)課件一、電動(dòng)車窗防夾二、霍爾防夾三、紋波防夾四、霍爾與紋波比較2一、電動(dòng)車窗防夾目前車窗防夾的兩種方案：A、霍爾防夾：基于霍爾傳感器輸出脈沖來(lái)而獲取車窗位置及行程的電動(dòng)車窗防夾系統(tǒng)。被眾多主機(jī)廠采用，是主流方案。B、紋波防夾：基于車窗電機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中碳刷與換向片之間的電流紋波而獲取車窗位置及行程的電動(dòng)車窗防夾系統(tǒng)。成本較低，可靠性較霍爾方案低，國(guó)內(nèi)外資只有大眾在邁騰、晶銳上采用，國(guó)內(nèi)品牌只有海馬S5批量使用。3一、電動(dòng)車窗防夾防夾設(shè)計(jì)參照標(biāo)準(zhǔn)：1、歐洲74/60/EEC。2、美國(guó)FMVSSll8。3、國(guó)標(biāo)GB11552-20094一、電動(dòng)車窗防夾上左圖中，e=上密封條寬度，Lh=4mm無(wú)防夾區(qū)從上密封條下沿4mm-210m區(qū)間，如上右圖所示

防夾區(qū)間無(wú)防夾功能4mm210mm防夾區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)：5一、電動(dòng)車窗防夾電動(dòng)車窗防夾的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：1、判定當(dāng)前車窗玻璃是在升還是在降；2、確定車窗玻璃的當(dāng)前位置；3、確定車窗電機(jī)的當(dāng)前負(fù)載；4、異常情況發(fā)生時(shí)的快速實(shí)時(shí)響應(yīng)；5、防夾算法的魯棒性（穩(wěn)定性）和自適應(yīng)性；6、駕駛員對(duì)車窗系統(tǒng)的優(yōu)先控制權(quán)。6二、霍爾防夾7

車窗控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)會(huì)帶動(dòng)車窗的上下移動(dòng)。在車窗移動(dòng)過(guò)程中，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)和車窗的運(yùn)動(dòng)距離成正比，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一周，會(huì)使霍爾傳感器產(chǎn)生N個(gè)方波脈沖信號(hào)。當(dāng)車窗從最頂部位置下降到底部的過(guò)程中，可以通過(guò)MCU對(duì)霍爾傳感器輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，從車窗的最頂端到最底端的脈沖數(shù)，記錄在MCU中，作為標(biāo)定行程的基準(zhǔn)。在操控上升下降的過(guò)程中，最頂端脈沖數(shù)為零且計(jì)數(shù)從零開(kāi)始，上升過(guò)程根據(jù)當(dāng)前的計(jì)數(shù)值進(jìn)行減計(jì)數(shù)，下降過(guò)程根據(jù)當(dāng)前的計(jì)數(shù)值進(jìn)行加計(jì)數(shù)。因此，通過(guò)霍爾傳感器的脈沖輸出及計(jì)數(shù)方案可實(shí)時(shí)確定車窗的當(dāng)前位置，并根據(jù)歐洲74/60/EEC和美國(guó)FMVSSll8標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定確定車窗是否在防夾區(qū)域。測(cè)量過(guò)程中脈沖計(jì)數(shù)的誤差可忽略不計(jì)，對(duì)于長(zhǎng)期運(yùn)行中可能造成的誤差系統(tǒng)會(huì)通過(guò)上下堵轉(zhuǎn)自動(dòng)標(biāo)定的方式加以解決。車窗霍爾防夾簡(jiǎn)介：二、霍爾防夾霍爾電源電壓Vcc=5V±0.5V，輸出2相脈沖信號(hào)，占空比50%±10%；低電平UL≤0.1Vcc，高電平UH≥0.9Vcc；信號(hào)口電流5--30mA。每個(gè)脈沖信號(hào)周期（T）門窗移動(dòng)1.07mm

霍爾脈沖產(chǎn)生電路：8二、霍爾防夾雙霍爾元件在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)上升時(shí)產(chǎn)生的波形：9二、霍爾防夾雙霍爾元件在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)下降時(shí)產(chǎn)生的波形：通過(guò)雙霍爾元件所產(chǎn)生的波形，據(jù)H1和H2脈沖的相位即可判斷出電機(jī)運(yùn)行的方向。1011二、霍爾防夾

電機(jī)運(yùn)行時(shí)霍爾產(chǎn)生的脈沖波形（實(shí)測(cè)）：11二、霍爾防夾霍爾防夾主要設(shè)計(jì)原理：12檢測(cè)電機(jī)工作電流，結(jié)合電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的霍爾方波脈沖信號(hào)作為防夾檢測(cè)手段。實(shí)測(cè)升窗過(guò)程中的一些基本參數(shù)，作為防夾判斷依據(jù)。因此，防夾系統(tǒng)通電后有兩種工作狀態(tài)：參數(shù)設(shè)計(jì)與學(xué)習(xí)狀態(tài)、電機(jī)工作狀態(tài)檢測(cè)與控制的正常應(yīng)用狀態(tài)。二、霍爾防夾霍爾防夾主要設(shè)計(jì)原理：13

設(shè)定與學(xué)習(xí)狀態(tài)時(shí)，利用按鍵系統(tǒng)測(cè)量正常升窗過(guò)程，外加阻力在升窗過(guò)程兩種工作狀態(tài)的工作電流、霍爾脈沖周期，以及正常升窗時(shí)電機(jī)堵轉(zhuǎn)前幾個(gè)霍爾脈沖周期和對(duì)應(yīng)的電流值，并保存在MCU內(nèi)作為參考值，這樣就可以根據(jù)外部使用條件變化，方便隨時(shí)進(jìn)行防夾參數(shù)調(diào)整設(shè)置，如車門變形、膠條老化變緊、不同季節(jié)溫差變化等情況。二、霍爾防夾霍爾防夾的主要設(shè)計(jì)原理：14正常使用狀態(tài)下，操作車窗玻璃上升時(shí)，同時(shí)檢測(cè)電機(jī)電流值和霍爾脈沖周期，在電流達(dá)到防夾閥值時(shí)，若霍爾脈沖周期變化很快，且霍爾脈沖周期急劇增大且大于50毫秒，即可判斷正常到頂，可快速使電機(jī)斷電。在防夾區(qū)域時(shí)，當(dāng)脈沖周期變化相對(duì)緩慢，電機(jī)運(yùn)行速度減慢，電流在增大，霍爾脈沖脈寬不斷增大，脈寬加速度不斷增大時(shí)基本為遇阻夾住東西，這時(shí)MCU需要控制電機(jī)啟動(dòng)防夾反轉(zhuǎn)，可用脈沖個(gè)數(shù)記錄車窗下降距離，最小距離大于100毫米(小孩的頭可以移開(kāi))。二、霍爾防夾霍爾防夾的主要設(shè)計(jì)原理：15防夾發(fā)生時(shí)的霍爾脈沖方波波型：二、霍爾防夾16霍爾失效模式分析No故障模式失效條件解決方法1不防夾采集電路元器件異?；魻栐收匣魻柾ǖ澜硬寮M(jìn)水或接觸不良當(dāng)系統(tǒng)診斷到脈沖信號(hào)異常時(shí)，系統(tǒng)就取消自動(dòng)上升功能，但仍可以操作點(diǎn)動(dòng)升降，從而保證功能和安全。2程序出現(xiàn)異常MCU發(fā)生故障當(dāng)遇到非常強(qiáng)列的信號(hào)干擾時(shí)，一般情況不易出現(xiàn)，因?yàn)橛锌雇獠扛蓴_的硬件保護(hù)電路通過(guò)硬件看門狗隨時(shí)對(duì)程序進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)MCU發(fā)生故障程序出現(xiàn)異常時(shí)，因不能執(zhí)行喂狗程序，看門狗會(huì)進(jìn)行復(fù)位和重起CPU3導(dǎo)電膠不能回彈，一直有指令輸入執(zhí)行機(jī)構(gòu)出現(xiàn)卡塞當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到有指令輸入時(shí)，便會(huì)執(zhí)行電機(jī)動(dòng)作，但是當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到車窗到頂或者到底時(shí)，便會(huì)停止電機(jī)動(dòng)作。如果電機(jī)一直運(yùn)行又不發(fā)生堵轉(zhuǎn)，12秒后自動(dòng)切斷電機(jī)電源，同時(shí)禁止操作開(kāi)關(guān)，直到導(dǎo)電膠回彈后功能自動(dòng)恢復(fù)4繼電器出現(xiàn)粘連導(dǎo)致連續(xù)通電非常規(guī)操作當(dāng)系統(tǒng)診斷到繼電器出現(xiàn)粘連時(shí)，系統(tǒng)會(huì)禁止操作開(kāi)關(guān)，同時(shí)將繼電器另一端控制為與粘連端相同的電平，從而保證電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)。17三、紋波防夾電機(jī)轉(zhuǎn)矩：T=CT*Φ*Ia其中T為電機(jī)轉(zhuǎn)矩，CT為轉(zhuǎn)矩常數(shù)（對(duì)于已制造的電機(jī)為常數(shù)）,Φ為每極主磁通,Ia為電樞電流。電機(jī)的轉(zhuǎn)矩正比于每極磁通和電樞電流。車窗防夾功能的實(shí)現(xiàn)，本質(zhì)上是對(duì)車窗電機(jī)扭矩變化的辯識(shí)，當(dāng)車窗碰到障礙物時(shí)，為了克服阻力，車窗輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)隨之增大，所以流過(guò)的電流也會(huì)隨之增大，因而可以將車窗電機(jī)電流作為防夾的判斷依據(jù)對(duì)其進(jìn)行采樣。但在防夾應(yīng)用中，位置檢測(cè)非常重要，一方面通過(guò)檢測(cè)車窗位置判斷車窗是否處于防夾區(qū)域之內(nèi)，防夾功能是否需要被激活；同時(shí)另一方面玻璃在上升過(guò)程中不同位置的電流可以作為判斷參考值，對(duì)于判斷防夾精度有著重要的意義。車窗紋波防夾簡(jiǎn)介：18三、紋波防夾電機(jī)結(jié)構(gòu)（使用普通電機(jī)）：19電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)流過(guò)碳刷的電流發(fā)生了什么？三、紋波防夾20電流紋波是如何產(chǎn)生的？三、紋波防夾21紋波信號(hào)是如何采集的？三、紋波防夾22紋波信號(hào)的調(diào)理：三、紋波防夾23紋波信號(hào)如何調(diào)理為方波信號(hào)？三、紋波防夾24紋波防夾時(shí)的電流紋波轉(zhuǎn)換的方波波型：三、紋波防夾備注：波形與霍爾防夾相同，不同之處在于方波周期。25紋波防夾設(shè)計(jì)思想：三、紋波防夾26電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周則會(huì)產(chǎn)生數(shù)量為N（電極極數(shù)）的電流紋波，車窗的行程與電流紋波的數(shù)量呈線性關(guān)系，只要能檢識(shí)別出電流紋波的數(shù)量就能計(jì)算出車窗的行程，也就能確定車窗的位置。采用檢測(cè)電機(jī)工作電流值，結(jié)合由電流紋波轉(zhuǎn)化而成的方波信號(hào)作為防夾檢測(cè)手段。需要實(shí)際測(cè)量車窗升窗過(guò)程中的一些基本參數(shù)，作為防夾判斷依據(jù)。因此，防夾系統(tǒng)通電后有兩種工作狀態(tài)：參數(shù)設(shè)計(jì)與學(xué)習(xí)狀態(tài)、電機(jī)工作狀態(tài)檢測(cè)與控制的正常應(yīng)用狀態(tài)。要使系統(tǒng)處于參數(shù)設(shè)定與學(xué)習(xí)狀態(tài)時(shí)，利用按鍵系統(tǒng)測(cè)量正常升窗過(guò)程，外加阻力在升窗過(guò)程兩種工作狀態(tài)的工作電流、電流紋波周期，以及正常升窗時(shí)電機(jī)堵轉(zhuǎn)前幾個(gè)電流紋波周期和和對(duì)應(yīng)的電流值，并保存在MCU內(nèi)作為參考值，這樣就可以根據(jù)外部使用條件變化，方便隨時(shí)進(jìn)行防夾參數(shù)調(diào)整設(shè)置，如車門變形、膠條老化變緊、不同季節(jié)溫差變化等情況。正常使用狀態(tài)下，操作車窗玻璃上升時(shí)，同時(shí)檢測(cè)電機(jī)電流值和電流紋波脈沖周期，在電流達(dá)到防夾閥值時(shí)，若紋波脈沖周期變化很快，且電流紋波脈沖周期急劇增大且大于50毫秒，即可判斷正常到頂，可快速使電機(jī)斷電。在防夾區(qū)域時(shí)，當(dāng)脈沖周期變化相對(duì)緩慢，電機(jī)運(yùn)行速度減慢，電流在增大，紋波脈寬不斷增大，脈寬加速度不斷增大時(shí)基本為遇阻夾住東西，這時(shí)MCU需要控制電機(jī)啟動(dòng)防夾反轉(zhuǎn)，可用脈沖個(gè)數(shù)記錄車窗下降距離，最小距離大于100毫米。三、紋波防夾紋波防夾主要設(shè)計(jì)思想（備注：與霍爾類同）：27紋波防夾失效原因及對(duì)策序號(hào)失效條件造成脈沖丟失的原因?qū)Σ?繼電器切換：1、夾到東西后退回2、窗中途上下操作3、窗運(yùn)行中人為掉電4、異常斷電5、電壓突降電機(jī)動(dòng)行換向是依靠繼電器吸合或釋放來(lái)進(jìn)行，繼電器吸合或釋放時(shí)有3~5MS時(shí)間，正常紋波周期為1~2MS，也就是換向時(shí)造成脈沖丟失。1、軟件進(jìn)行脈沖補(bǔ)償2、通過(guò)上堵轉(zhuǎn)進(jìn)行零位校準(zhǔn)3、下堵轉(zhuǎn)進(jìn)行行程校準(zhǔn)。2碳刷長(zhǎng)時(shí)間摩損變形碳刷長(zhǎng)時(shí)間摩損，造成采樣信號(hào)異常軟件自動(dòng)判斷失效模式后，取消防夾功能，只有手動(dòng)上升及自動(dòng)下降功能，此時(shí)建議更換電機(jī)即可解決。3窗機(jī)構(gòu)拉索長(zhǎng)時(shí)間使用松馳造成電機(jī)脈沖與實(shí)際窗的行程，位置產(chǎn)生誤差，可成造成防夾失效。軟件自動(dòng)校正。4電機(jī)質(zhì)量影響1、扭矩小、電流小、不易采集紋波信號(hào)2、換向器不均勻，造成采集信號(hào)不均勻造成脈沖誤差3、漆包線質(zhì)量不穩(wěn)定，換向片間的電流不一致，造成采樣誤差。電機(jī)質(zhì)量有一定要求28信號(hào)模式不同：

霍爾：取樣電機(jī)的轉(zhuǎn)向霍爾脈沖；紋波：取樣電機(jī)碳刷的紋波信號(hào)。成本：

霍爾：成本較高（霍爾電機(jī)）；紋波：成本較低（普通電機(jī)）?？煽啃裕?/p>

霍爾：非?？煽浚夹g(shù)成熟，繼電器切換不會(huì)丟失脈沖紋波：天生缺陷為繼電器切換時(shí)一定會(huì)丟失脈沖（可以軟件補(bǔ)償解決），但是，電機(jī)在碳刷出現(xiàn)一定磨損變形的情況下可能會(huì)出現(xiàn)一些未知風(fēng)險(xiǎn)，如不防夾或誤防夾，所以可靠性稍差。四、霍爾防夾與紋波防夾比較29失效模式：

霍爾：1、信號(hào)通道失效。

2、霍爾器件失效。