基于LIN總線電動(dòng)車(chē)窗防夾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要 為達(dá)到電動(dòng)車(chē)窗的安全性和快速響應(yīng)要求，采用信號(hào)檢測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)了基于LIN總線的電動(dòng)車(chē)窗防夾系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)霍爾傳感器檢測(cè)車(chē)窗玻璃的實(shí)時(shí)位置，選擇直流電機(jī)的電流變化作為障礙檢測(cè)判斷的主要指標(biāo)，采用Freescale公司的MM912F634為車(chē)窗控制器，該平臺(tái)通過(guò)LIN總線連接實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠有效地檢測(cè)障礙物，并能快速進(jìn)行防夾控制，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、快速、抗干擾能力強(qiáng)且成本低，具有一定的市場(chǎng)推廣價(jià)值。
關(guān)鍵詞 LIN；電動(dòng)車(chē)窗；防夾系統(tǒng)；MM912F634

隨著現(xiàn)代汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展，汽車(chē)的電子化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化提高了汽車(chē)的舒適性，但同時(shí)對(duì)于汽車(chē)的安全性提出了新要求。電動(dòng)車(chē)窗通過(guò)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)車(chē)窗玻璃自動(dòng)升降，許多電動(dòng)車(chē)窗不具備檢測(cè)障礙物自行防夾，對(duì)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(guó)交通部頒布了FMVSS118，并嚴(yán)格規(guī)定轎車(chē)和小型貨車(chē)強(qiáng)制執(zhí)行該法規(guī)。雖然國(guó)內(nèi)還沒(méi)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(jì)一款防夾系統(tǒng)是汽車(chē)行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。
LIN(Local Interconnect Network)總線全稱(chēng)為區(qū)域互連網(wǎng)絡(luò)，是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、配置靈活、成本低廉的新型低速串行總線。文中設(shè)計(jì)了一種基于LIN總線電動(dòng)車(chē)窗防夾系統(tǒng)，通過(guò)LIN總線可將車(chē)窗狀態(tài)、控制參數(shù)傳輸至主控終端進(jìn)行顯示，并組建車(chē)窗防夾網(wǎng)絡(luò)，可以拓展到車(chē)身的其他部分。車(chē)窗玻璃的實(shí)時(shí)位置通過(guò)霍爾傳感進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電樞電流變化進(jìn)行障礙物判斷，將其結(jié)合以實(shí)現(xiàn)防夾功能。選取Freescale公司的MM912F634為車(chē)窗控制器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用繼電器。該方案生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、兼容性好、成本低、抗外界干擾能力強(qiáng)，解決了安全隱患，提高了汽車(chē)的安全性能。

1 電動(dòng)車(chē)窗防夾系統(tǒng)方案
電動(dòng)車(chē)窗防夾主要是指在玻璃上升過(guò)程中，夾到障礙物達(dá)到一定程度后，車(chē)窗會(huì)自行停止。防夾區(qū)域、防夾閾值力、防夾執(zhí)行動(dòng)作，是實(shí)現(xiàn)防夾功能的3個(gè)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(mén)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(shí)，車(chē)窗電機(jī)反向，車(chē)窗玻璃下降一段距離后停止，等待用戶的進(jìn)一步指令。防夾功能只在指定的防夾區(qū)域開(kāi)啟，準(zhǔn)確檢測(cè)車(chē)窗玻璃的實(shí)時(shí)位置是首要任務(wù)。
1．1 車(chē)窗玻璃位置檢測(cè)
車(chē)窗升降方式一般分為鋼絲式和機(jī)械手臂式，論文著重針對(duì)于手臂式進(jìn)行研究。車(chē)窗的上升、下降主要通過(guò)車(chē)窗電機(jī)及機(jī)械手臂實(shí)現(xiàn)，機(jī)械手臂采用交叉式，隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)交叉手臂的交叉角度會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而使車(chē)窗的驅(qū)動(dòng)力臂變化，最終車(chē)窗玻璃將隨著電機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)升降。在車(chē)窗玻璃升降過(guò)程中，升降距離跟電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)成比例，電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，會(huì)使霍爾傳感器產(chǎn)生脈沖信號(hào)，MM912F634將霍爾脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過(guò)多次實(shí)際測(cè)量獲取參考基準(zhǔn)值，根據(jù)參考值可計(jì)算出當(dāng)前車(chē)窗玻璃的位置，同時(shí)將參考基準(zhǔn)值通過(guò)LIN總線傳到主控單元中進(jìn)行保存，車(chē)窗控制器可根據(jù)車(chē)窗玻璃當(dāng)前所處的區(qū)域判斷是否啟動(dòng)防夾功能。由于車(chē)窗結(jié)構(gòu)存在磨損，主控單元可自行對(duì)每一個(gè)車(chē)窗進(jìn)行校正。
1．2 電流檢測(cè)
車(chē)窗電機(jī)電流檢測(cè)是檢測(cè)防夾閾值力的一個(gè)主要手段，電機(jī)電樞電流會(huì)根據(jù)負(fù)載變化而產(chǎn)生改變，電流檢測(cè)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(cè)往往容易受到電機(jī)啟動(dòng)、車(chē)窗機(jī)械結(jié)構(gòu)等因素的干擾，檢測(cè)電流時(shí)需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、濾波等處理，保證電流檢測(cè)的準(zhǔn)確性。信號(hào)采集過(guò)程需要通過(guò)多次測(cè)試，以選取合適的濾波方法。
1．3 系統(tǒng)方案的確定
車(chē)窗防夾系統(tǒng)主要包括4個(gè)子單元和一個(gè)主控單元，主控單元由控制器(MC9S12DG128)和液晶控制屏(Z2104)組成。每個(gè)子單元包含控制器(MM912F634)、位置檢測(cè)模塊、電流檢測(cè)模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，通過(guò)LIN總線連接到主控單元上，形成車(chē)載LIN網(wǎng)絡(luò)，駕駛員可以通過(guò)液晶控制屏對(duì)每個(gè)車(chē)窗進(jìn)行控制。每個(gè)車(chē)窗的構(gòu)成基本相同，車(chē)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。