汽车电动车窗霍尔防夹与纹波防夹培训课件

1汽车电动车窗霍尔防夹与纹波防夹培训课件一、电动车窗防夹二、霍尔防夹三、纹波防夹四、霍尔与纹波比较2一、电动车窗防夹目前车窗防夹的两种方案：A、霍尔防夹：基于霍尔传感器输出脉冲来而获取车窗位置及行程的电动车窗防夹系统。被众多主机厂采用，是主流方案。B、纹波防夹：基于车窗电机在转动过程中碳刷与换向片之间的电流纹波而获取车窗位置及行程的电动车窗防夹系统。成本较低，可靠性较霍尔方案低，国内外资只有大众在迈腾、晶锐上采用，国内品牌只有海马S5批量使用。3一、电动车窗防夹防夹设计参照标准：1、欧洲74/60/EEC。2、美国FMVSSll8。3、国标GB11552-20094一、电动车窗防夹上左图中，e=上密封条宽度，Lh=4mm无防夹区从上密封条下沿4mm-210m区间，如上右图所示

防夹区间无防夹功能4mm210mm防夹区间标准：5一、电动车窗防夹电动车窗防夹的设计要点：1、判定当前车窗玻璃是在升还是在降；2、确定车窗玻璃的当前位置；3、确定车窗电机的当前负载；4、异常情况发生时的快速实时响应；5、防夹算法的鲁棒性（稳定性）和自适应性；6、驾驶员对车窗系统的优先控制权。6二、霍尔防夹7

车窗控制电机旋转会带动车窗的上下移动。在车窗移动过程中，电机转动的圈数和车窗的运动距离成正比，电机转子转动一周，会使霍尔传感器产生N个方波脉冲信号。当车窗从最顶部位置下降到底部的过程中，可以通过MCU对霍尔传感器输出的脉冲信号进行计数，从车窗的最顶端到最底端的脉冲数，记录在MCU中，作为标定行程的基准。在操控上升下降的过程中，最顶端脉冲数为零且计数从零开始，上升过程根据当前的计数值进行减计数，下降过程根据当前的计数值进行加计数。因此，通过霍尔传感器的脉冲输出及计数方案可实时确定车窗的当前位置，并根据欧洲74/60/EEC和美国FMVSSll8标准的规定确定车窗是否在防夹区域。测量过程中脉冲计数的误差可忽略不计，对于长期运行中可能造成的误差系统会通过上下堵转自动标定的方式加以解决。车窗霍尔防夹简介：二、霍尔防夹霍尔电源电压Vcc=5V±0.5V，输出2相脉冲信号，占空比50%±10%；低电平UL≤0.1Vcc，高电平UH≥0.9Vcc；信号口电流5--30mA。每个脉冲信号周期（T）门窗移动1.07mm

霍尔脉冲产生电路：8二、霍尔防夹双霍尔元件在电机转动上升时产生的波形：9二、霍尔防夹双霍尔元件在电机转动下降时产生的波形：通过双霍尔元件所产生的波形，据H1和H2脉冲的相位即可判断出电机运行的方向。1011二、霍尔防夹

电机运行时霍尔产生的脉冲波形（实测）：11二、霍尔防夹霍尔防夹主要设计原理：12检测电机工作电流，结合电机转动产生的霍尔方波脉冲信号作为防夹检测手段。实测升窗过程中的一些基本参数，作为防夹判断依据。因此，防夹系统通电后有两种工作状态：参数设计与学习状态、电机工作状态检测与控制的正常应用状态。二、霍尔防夹霍尔防夹主要设计原理：13

设定与学习状态时，利用按键系统测量正常升窗过程，外加阻力在升窗过程两种工作状态的工作电流、霍尔脉冲周期，以及正常升窗时电机堵转前几个霍尔脉冲周期和对应的电流值，并保存在MCU内作为参考值，这样就可以根据外部使用条件变化，方便随时进行防夹参数调整设置，如车门变形、胶条老化变紧、不同季节温差变化等情况。二、霍尔防夹霍尔防夹的主要设计原理：14正常使用状态下，操作车窗玻璃上升时，同时检测电机电流值和霍尔脉冲周期，在电流达到防夹阀值时，若霍尔脉冲周期变化很快，且霍尔脉冲周期急剧增大且大于50毫秒，即可判断正常到顶，可快速使电机断电。在防夹区域时，当脉冲周期变化相对缓慢，电机运行速度减慢，电流在增大，霍尔脉冲脉宽不断增大，脉宽加速度不断增大时基本为遇阻夹住东西，这时MCU需要控制电机启动防夹反转，可用脉冲个数记录车窗下降距离，最小距离大于100毫米(小孩的头可以移开)。二、霍尔防夹霍尔防夹的主要设计原理：15防夹发生时的霍尔脉冲方波波型：二、霍尔防夹16霍尔失效模式分析No故障模式失效条件解决方法1不防夹采集电路元器件异常霍尔元件故障霍尔通道接插件进水或接触不良当系统诊断到脉冲信号异常时，系统就取消自动上升功能，但仍可以操作点动升降，从而保证功能和安全。2程序出现异常MCU发生故障当遇到非常强列的信号干扰时，一般情况不易出现，因为有抗外部干扰的硬件保护电路通过硬件看门狗随时对程序进行监控，当MCU发生故障程序出现异常时，因不能执行喂狗程序，看门狗会进行复位和重起CPU3导电胶不能回弹，一直有指令输入执行机构出现卡塞当系统检测到有指令输入时，便会执行电机动作，但是当系统检测到车窗到顶或者到底时，便会停止电机动作。如果电机一直运行又不发生堵转，12秒后自动切断电机电源，同时禁止操作开关，直到导电胶回弹后功能自动恢复4继电器出现粘连导致连续通电非常规操作当系统诊断到继电器出现粘连时，系统会禁止操作开关，同时将继电器另一端控制为与粘连端相同的电平，从而保证电机处于停止状态。17三、纹波防夹电机转矩：T=CT*Φ*Ia其中T为电机转矩，CT为转矩常数（对于已制造的电机为常数）,Φ为每极主磁通,Ia为电枢电流。电机的转矩正比于每极磁通和电枢电流。车窗防夹功能的实现，本质上是对车窗电机扭矩变化的辩识，当车窗碰到障碍物时，为了克服阻力，车窗输出转矩会随之增大，所以流过的电流也会随之增大，因而可以将车窗电机电流作为防夹的判断依据对其进行采样。但在防夹应用中，位置检测非常重要，一方面通过检测车窗位置判断车窗是否处于防夹区域之内，防夹功能是否需要被激活；同时另一方面玻璃在上升过程中不同位置的电流可以作为判断参考值，对于判断防夹精度有着重要的意义。车窗纹波防夹简介：18三、纹波防夹电机结构（使用普通电机）：19电机转动时流过碳刷的电流发生了什么？三、纹波防夹20电流纹波是如何产生的？三、纹波防夹21纹波信号是如何采集的？三、纹波防夹22纹波信号的调理：三、纹波防夹23纹波信号如何调理为方波信号？三、纹波防夹24纹波防夹时的电流纹波转换的方波波型：三、纹波防夹备注：波形与霍尔防夹相同，不同之处在于方波周期。25纹波防夹设计思想：三、纹波防夹26电机旋转一周则会产生数量为N（电极极数）的电流纹波，车窗的行程与电流纹波的数量呈线性关系，只要能检识别出电流纹波的数量就能计算出车窗的行程，也就能确定车窗的位置。采用检测电机工作电流值，结合由电流纹波转化而成的方波信号作为防夹检测手段。需要实际测量车窗升窗过程中的一些基本参数，作为防夹判断依据。因此，防夹系统通电后有两种工作状态：参数设计与学习状态、电机工作状态检测与控制的正常应用状态。要使系统处于参数设定与学习状态时，利用按键系统测量正常升窗过程，外加阻力在升窗过程两种工作状态的工作电流、电流纹波周期，以及正常升窗时电机堵转前几个电流纹波周期和和对应的电流值，并保存在MCU内作为参考值，这样就可以根据外部使用条件变化，方便随时进行防夹参数调整设置，如车门变形、胶条老化变紧、不同季节温差变化等情况。正常使用状态下，操作车窗玻璃上升时，同时检测电机电流值和电流纹波脉冲周期，在电流达到防夹阀值时，若纹波脉冲周期变化很快，且电流纹波脉冲周期急剧增大且大于50毫秒，即可判断正常到顶，可快速使电机断电。在防夹区域时，当脉冲周期变化相对缓慢，电机运行速度减慢，电流在增大，纹波脉宽不断增大，脉宽加速度不断增大时基本为遇阻夹住东西，这时MCU需要控制电机启动防夹反转，可用脉冲个数记录车窗下降距离，最小距离大于100毫米。三、纹波防夹纹波防夹主要设计思想（备注：与霍尔类同）：27纹波防夹失效原因及对策序号失效条件造成脉冲丢失的原因对策1继电器切换：1、夹到东西后退回2、窗中途上下操作3、窗运行中人为掉电4、异常断电5、电压突降电机动行换向是依靠继电器吸合或释放来进行，继电器吸合或释放时有3~5MS时间，正常纹波周期为1~2MS，也就是换向时造成脉冲丢失。1、软件进行脉冲补偿2、通过上堵转进行零位校准3、下堵转进行行程校准。2碳刷长时间摩损变形碳刷长时间摩损，造成采样信号异常软件自动判断失效模式后，取消防夹功能，只有手动上升及自动下降功能，此时建议更换电机即可解决。3窗机构拉索长时间使用松驰造成电机脉冲与实际窗的行程，位置产生误差，可成造成防夹失效。软件自动校正。4电机质量影响1、扭矩小、电流小、不易采集纹波信号2、换向器不均匀，造成采集信号不均匀造成脉冲误差3、漆包线质量不稳定，换向片间的电流不一致，造成采样误差。电机质量有一定要求28信号模式不同：

霍尔：取样电机的转向霍尔脉冲；纹波：取样电机碳刷的纹波信号。成本：

霍尔：成本较高（霍尔电机）；纹波：成本较低（普通电机）。可靠性：

霍尔：非常可靠，技术成熟，继电器切换不会丢失脉冲纹波：天生缺陷为继电器切换时一定会丢失脉冲（可以软件补偿解决），但是，电机在碳刷出现一定磨损变形的情况下可能会出现一些未知风险，如不防夹或误防夹，所以可靠性稍差。四、霍尔防夹与纹波防夹比较29失效模式：

霍尔：1、信号通道失效。

2、霍尔器件失效。