采用VNH2SP30的汽車窗戶防夾傷設(shè)計方法
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
1、窗戶升降器原理
目前，很多自動控制裝置都具有觸發(fā)關(guān)閉系統(tǒng)的功能，如窗戶和車門。這也同時暗示著發(fā)生意外事故的危險，如人身體或動物的某一部分被這些自動裝置夾住和壓住。一個具體實例就是汽車的自動窗戶升降器。由于窗戶玻璃施加于障礙物上的力量足夠大，因此足以壓碎人體的某一部份器官。
按照相關(guān)安全規(guī)范的建議，自動窗戶升降裝置必須裝備所謂的“防夾傷”功能。該防夾傷功能是指∶
■在關(guān)閉窗戶的時候檢測障礙物的存在。
■限制施加于障礙物的力量的大小。
■向相反方向移動窗戶，以釋放障礙物。
現(xiàn)有的解決方案不是機械式的，就是機電一體化的。在機械機構(gòu)中，防夾檢測是通過固定于窗戶支柱上的環(huán)境感應(yīng)片內(nèi)的開關(guān)進(jìn)行的。該開關(guān)一般情況下處于關(guān)閉狀態(tài)，在環(huán)境感應(yīng)片上施加有壓力的時候開啟。該方案很簡單，但是感應(yīng)片很貴，并且潛在的安裝和維護(hù)比較復(fù)雜。在某些情況，該方法無法滿足某些安全標(biāo)準(zhǔn)，舉例來說，如果窗戶形狀呈現(xiàn)為銳角，力量就不是以直角方向施加于感應(yīng)片表面(見圖1)，用以激勵開關(guān)所必需的力量不是接觸不到感應(yīng)片，就是比規(guī)范所要求的力量大很多。
有一種基于馬達(dá)速度監(jiān)視的替代方案，通過傳感器(霍爾效應(yīng)傳感器、編碼器等)完成有關(guān)功能。其防夾環(huán)境檢測是通過檢查馬達(dá)速度的變化實現(xiàn)的。馬達(dá)由繼電器控制，繼電器以整個電池為動力啟動馬達(dá)。當(dāng)以最大力矩啟動馬達(dá)時，施加于障礙物上的力在啟動時可以達(dá)到最大值。本文使用VNH2SP30監(jiān)視由于馬達(dá)負(fù)載變化所導(dǎo)致的功率變化。
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圖1. 汽車窗戶原理圖
對窗戶升降系統(tǒng)的具體要求是在啟動階段，檢測已經(jīng)存在的障礙狀態(tài)。事實再一次表明，在汽車窗戶升降器升起時，有幾種情況可能發(fā)生夾傷事故。兩種最常見的可能情形是∶
■窗戶玻璃的位置非常靠近窗戶支柱，而且阻塞物體正好位于玻璃和窗戶支柱之間。
■如果窗戶模胚的形狀為一個銳角，這樣大部份情況下都容易發(fā)生夾傷現(xiàn)象(見圖1)。
窗戶升降器的動力來自一個直流馬達(dá)。它直接提供旋轉(zhuǎn)運動，并通過與轉(zhuǎn)子和磁鼓的耦合來提供變速運動。電樞電路和轉(zhuǎn)子外形如圖2所示。
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圖2. 直流馬達(dá)
正常情況（軟啟動）下，在開始啟動階段，馬達(dá)功率的增加與其角速度成正比，稍後就以一定常數(shù)增加。軟啟動開始期間的夾傷可能性比進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)的可能性大。因此，在具體實施時有必要定義兩個在不同時期運行的馬達(dá)功率閾值。如果檢測到的防夾狀況達(dá)到了夾傷閾值，窗戶玻璃就在下降的過程中停下來以免事故發(fā)生；如果是在上升過程中，它將會下降一個固定的長度。
2、硬件實施
本系統(tǒng)的設(shè)計原理見圖3，具體實施方案見圖8。采用的元器件介紹如下:
■ ST72F324微控制器∶內(nèi)部頻率為8MHz，32k字節(jié)HDFlash，1k字節(jié)RAM，10bit ADC。
■ L4979穩(wěn)壓器∶用于軟件失效時微控制器中數(shù)據(jù)的自動恢復(fù)，器件中還嵌入了一個可編程看門狗定時器。
■ 用于PC串行端口的ST232通信接口。
■ VNH2SP30全橋馬達(dá)驅(qū)動器，適合各種汽車電子應(yīng)用。
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圖3窗戶升降器原理圖
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