基于LIN總線電動車窗防夾系統(tǒng)的設(shè)計

摘要 為達到電動車窗的安全性和快速響應(yīng)要求，采用信號檢測技術(shù)設(shè)計了基于LIN總線的電動車窗防夾系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過霍爾傳感器檢測車窗玻璃的實時位置，選擇直流電機的電流變化作為障礙檢測判斷的主要指標(biāo)，采用Freescale公司的MM912F634為車窗控制器，該平臺通過LIN總線連接實現(xiàn)。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠有效地檢測障礙物，并能快速進行防夾控制，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠、快速、抗干擾能力強且成本低，具有一定的市場推廣價值。
關(guān)鍵詞 LIN；電動車窗；防夾系統(tǒng)；MM912F634

隨著現(xiàn)代汽車技術(shù)的發(fā)展，汽車的電子化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化提高了汽車的舒適性，但同時對于汽車的安全性提出了新要求。電動車窗通過電機來驅(qū)動車窗玻璃自動升降，許多電動車窗不具備檢測障礙物自行防夾，對乘客存在了一定的安全隱患，特別是年齡較小的兒童乘客。美國交通部頒布了FMVSS118，并嚴(yán)格規(guī)定轎車和小型貨車強制執(zhí)行該法規(guī)。雖然國內(nèi)還沒有相關(guān)法律的規(guī)定，但在不影響舒適性的前提下，設(shè)計一款防夾系統(tǒng)是汽車行業(yè)發(fā)展的趨勢。
LIN(Local Interconnect Network)總線全稱為區(qū)域互連網(wǎng)絡(luò)，是一種結(jié)構(gòu)簡單、配置靈活、成本低廉的新型低速串行總線。文中設(shè)計了一種基于LIN總線電動車窗防夾系統(tǒng)，通過LIN總線可將車窗狀態(tài)、控制參數(shù)傳輸至主控終端進行顯示，并組建車窗防夾網(wǎng)絡(luò)，可以拓展到車身的其他部分。車窗玻璃的實時位置通過霍爾傳感進行檢測，根據(jù)驅(qū)動電機的電樞電流變化進行障礙物判斷，將其結(jié)合以實現(xiàn)防夾功能。選取Freescale公司的MM912F634為車窗控制器，電機驅(qū)動采用繼電器。該方案生產(chǎn)工藝簡單、兼容性好、成本低、抗外界干擾能力強，解決了安全隱患，提高了汽車的安全性能。

1 電動車窗防夾系統(tǒng)方案
電動車窗防夾主要是指在玻璃上升過程中，夾到障礙物達到一定程度后，車窗會自行停止。防夾區(qū)域、防夾閾值力、防夾執(zhí)行動作，是實現(xiàn)防夾功能的3個重要指標(biāo)。根據(jù)FMVSS118標(biāo)準(zhǔn)可知：(1)防夾區(qū)域定義為從離門窗頂端4～200 mm的區(qū)域。(2)防夾閾值力為100 N。(3)當(dāng)遇到障礙物時，車窗電機反向，車窗玻璃下降一段距離后停止，等待用戶的進一步指令。防夾功能只在指定的防夾區(qū)域開啟，準(zhǔn)確檢測車窗玻璃的實時位置是首要任務(wù)。
1．1 車窗玻璃位置檢測
車窗升降方式一般分為鋼絲式和機械手臂式，論文著重針對于手臂式進行研究。車窗的上升、下降主要通過車窗電機及機械手臂實現(xiàn)，機械手臂采用交叉式，隨著電機的轉(zhuǎn)動，兩個交叉手臂的交叉角度會發(fā)生變化，進而使車窗的驅(qū)動力臂變化，最終車窗玻璃將隨著電機的正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)升降。在車窗玻璃升降過程中，升降距離跟電機的轉(zhuǎn)數(shù)成比例，電機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，會使霍爾傳感器產(chǎn)生脈沖信號，MM912F634將霍爾脈沖信號進行計數(shù)，通過多次實際測量獲取參考基準(zhǔn)值，根據(jù)參考值可計算出當(dāng)前車窗玻璃的位置，同時將參考基準(zhǔn)值通過LIN總線傳到主控單元中進行保存，車窗控制器可根據(jù)車窗玻璃當(dāng)前所處的區(qū)域判斷是否啟動防夾功能。由于車窗結(jié)構(gòu)存在磨損，主控單元可自行對每一個車窗進行校正。
1．2 電流檢測
車窗電機電流檢測是檢測防夾閾值力的一個主要手段，電機電樞電流會根據(jù)負載變化而產(chǎn)生改變，電流檢測部分的關(guān)鍵是電流閾值的判斷，電流閾值的準(zhǔn)確性決定防夾系統(tǒng)的穩(wěn)定性，電流的檢測往往容易受到電機啟動、車窗機械結(jié)構(gòu)等因素的干擾，檢測電流時需要對信號進行放大、濾波等處理，保證電流檢測的準(zhǔn)確性。信號采集過程需要通過多次測試，以選取合適的濾波方法。
1．3 系統(tǒng)方案的確定
車窗防夾系統(tǒng)主要包括4個子單元和一個主控單元，主控單元由控制器(MC9S12DG128)和液晶控制屏(Z2104)組成。每個子單元包含控制器(MM912F634)、位置檢測模塊、電流檢測模塊和電機驅(qū)動模塊，通過LIN總線連接到主控單元上，形成車載LIN網(wǎng)絡(luò)，駕駛員可以通過液晶控制屏對每個車窗進行控制。每個車窗的構(gòu)成基本相同，車窗位置、閾值力均參考FMVSS118標(biāo)準(zhǔn)。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。