基于AVR Flash微控制器的電動(dòng)車窗防夾系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原理

　　汽車上可自動(dòng)關(guān)閉的電動(dòng)車窗或車門設(shè)備潛藏著卡死，擠壓以及可能傷人的危險(xiǎn)。它們必須能夠反向移動(dòng)以防止馬達(dá)所施加的力超出正常限制。這種特性意味著必須持續(xù)監(jiān)視速度、電流和玻璃的位置。

　　由于成本和簡(jiǎn)化的原因，本文所描述的系統(tǒng)使用普通的帶有霍爾效應(yīng)傳感器的刷式馬達(dá)?；谒俣群团ぞ貙?dǎo)數(shù)的檢測(cè)算法已通過(guò)健壯性和容錯(cuò)性的驗(yàn)證。該算法可用于所有帶有A/D 轉(zhuǎn)換器和通過(guò)變化引發(fā)中斷的I/O 口的AtmelAVR Flash 微控制器。本文描述的是基本原理，Atmel網(wǎng)站上的應(yīng)用筆記有關(guān)于實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)描述。

現(xiàn)代汽車中的電動(dòng)設(shè)備

　　目前，在高端客用汽車中電子組件和系統(tǒng)在成本中已占20%以上。增加電子設(shè)備的數(shù)目可以更好的控制傳感器和致動(dòng)器，從而增強(qiáng)汽車的舒適性和安全性?？梢灶A(yù)測(cè)，大部分的中等或高級(jí)汽車將會(huì)系統(tǒng)性的裝備電動(dòng)車窗或車門系統(tǒng)。這些設(shè)備中的絕大多數(shù)是全自動(dòng)的，這意味著它們必須附帶安全系統(tǒng)以防止傷人或機(jī)械故障。已有法規(guī)設(shè)立了電動(dòng)系統(tǒng)必須遵守的規(guī)則。這一點(diǎn)在車窗的升起和車門的滑動(dòng)上尤其正確的。這篇應(yīng)用筆記介紹了如何實(shí)現(xiàn)一個(gè)防夾算法，該算法最初是用于電動(dòng)車窗系統(tǒng)，但可以輕易地移植到其它可移動(dòng)設(shè)備中。

標(biāo)準(zhǔn)

　　汽車電動(dòng)車窗受國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的約束，如美國(guó)的MVSS118 或歐洲的74/60/EEC。在如何降低對(duì)兒童的危險(xiǎn)度方面，這些文檔所提出的要求如下：檢測(cè)區(qū)域：4mm 至200mm；最大夾物力為100N；夾住時(shí)可以反向；確定偏轉(zhuǎn)角測(cè)試：5N/mm 至 20N/mm。

關(guān)于硬件

　　對(duì)于確定關(guān)鍵夾物區(qū)是否有障礙物進(jìn)入的不同檢測(cè)策略有:

　　(1)無(wú)機(jī)械接觸。在夾物力施加至物體上之前就有反應(yīng)。因?yàn)闆](méi)有外力施加在物體上，這是最優(yōu)的保護(hù)方式。它還不依賴于振動(dòng)、空氣動(dòng)力學(xué)變化或變形。但該方法要求有集成的傳感器(紅外、超聲波，等等)以及相關(guān)的電路模塊和線路，從而導(dǎo)致附加成本。

　　(2)有機(jī)械接觸。所測(cè)到的壓力傳遞給系統(tǒng)用于指示有物體被夾住。在這方面，設(shè)計(jì)者還有兩種基本的技術(shù)可用：方向測(cè)量(力學(xué)傳感器或接觸器集成進(jìn)車門密封中，這些解決方案成本一直都很高并限制了車窗/車門的樣式設(shè)計(jì))，或者通過(guò)物理監(jiān)測(cè)的無(wú)方向測(cè)量(這是一種整體成本上最優(yōu)的解決方案)。

防夾算法詳述

　　夾物檢測(cè)算法一開(kāi)始就要符合標(biāo)準(zhǔn)(FMVSS118 74/60/EEC)的要求：檢測(cè)區(qū)域?yàn)? 至200 毫米；最在施加力100 牛；夾住物體時(shí)反轉(zhuǎn)方向；標(biāo)準(zhǔn)的確認(rèn)性測(cè)試。

　　必須要自適合的原因包括：– 提升系統(tǒng)中的機(jī)械部分將會(huì)隨著時(shí)間而變化(老化、局部變形、磨損，等等)；– 電子特性會(huì)有很大的變化；– 環(huán)境對(duì)磨擦力的影響(溫度、濕度、結(jié)冰等)；系統(tǒng)不應(yīng)對(duì)擾動(dòng)和不正確的夾物檢測(cè)有反應(yīng)。對(duì)于空氣的磨擦、道路的振動(dòng)、斷電等都必須是健壯的。

使用馬達(dá)的解決方案的物理參數(shù)

　　必須可以通過(guò)馬達(dá)的電流算出施加在玻璃上的力。在速度方面可以持續(xù)提供移動(dòng)部件的位置信息。這些參數(shù)都可以用于確定是否遇到物體以及：該物體是否在檢測(cè)區(qū)；所施加的力是否超限。

　　本文描述了一種防夾算法，該算法通過(guò)測(cè)量電機(jī)電流和霍爾效應(yīng)速度指示器來(lái)工作。只須很少的改動(dòng)，就可以將該算法用于象滑動(dòng)車門或蓬頂這樣的系統(tǒng)中。

夾物檢測(cè)算法

　　一般情況下，夾物檢測(cè)算法的運(yùn)行是通過(guò)間接測(cè)量車窗提升系統(tǒng)的，包括電流(扭矩)和位置(速度)。與算法相關(guān)的應(yīng)用筆記采用了兩種技術(shù)，它們是基于：

　　– 存貯在無(wú)沖突內(nèi)存中的校準(zhǔn)扭矩：執(zhí)行初步學(xué)習(xí)順序，將扭矩值存貯在內(nèi)存中。這種技術(shù)很耗費(fèi)內(nèi)存，并要求規(guī)定校準(zhǔn)順序。