电动车窗防夹系统设计

张景宣，于士军

（德州学院 汽车工程学院，山东 德州 253023）

电动车窗防夹系统设计

张景宣，于士军

（德州学院 汽车工程学院，山东 德州 253023）

防夹系统是利用一组霍尔传感器在汽车发动后时刻对电动机的转速实施检测，当车窗人为控制升起时，通过传感器检测到车窗进入防夹区并达到规定力度，阻碍发动机运转，导致发动机的转速减慢，将信息传送到单片机使车窗停止或者下降到最底部，当异物消失车窗正常关闭，从而使电动车窗具有一定的防夹功能。

单片机；霍尔传感器；电动车窗；车窗定位；防夹力判断

随着中国经济的迅速发展，人们的生活水平和质量日益提高，汽车已经成为人们日常生活中不可缺失的一部分，电动车窗的使用更是给广大司机和乘客带来了便利，但随之而来的一些弊端也逐渐显露。例如，车窗上升关闭的速度较快，容易造成车上人员的夹伤。由于日常生活中被车窗夹伤的事件频频发生，因此引起了人们的重视，电动车窗防夹系统很大程度上解决了这个问题。

1 电动车窗总体构成及防夹原理

（1）总体构成。防夹系统由AT89S51单片机，SS566AT霍尔传感器以及汽车内部电机等组成。

（2）防夹原理。电动车窗上升过程中，到达防夹区域（防夹区间在距车窗顶端4～200mm处）后，夹到异物并达到一定力度时通过霍尔传感器检测电动机由于有异物而导致的转动减缓，并将其转化为数字信号通过LIN传送到ECU，从而使ECU对继电器进行控制，使电流逆反，让电动机停止或反方向工作，从而使车窗停止或退到底部，实现防夹效果。若车窗上无异物则车窗正常上升至关闭。

2 防夹系统总体设计

（1）设计要求。基本要求：确定车窗当前的位置；当汽车熄火时，应自动关闭车窗；有自锁装置；防夹力需在60N～100N之间；运行后记忆车窗长度，保存数据。

（2）防夹系统总体结构。汽车在车门上的四个车窗构造基本相同，四个车窗系统为了便于管理将其连接在一条总控制线上（LIN）。而防夹系统属于车窗系统中的一部分所以也通过LIN连接，为了方便司机控制汽车，将驾驶员位置作为主节点，其他三个为副节点。通过CAN网络驾驶员可以更好地对汽车进行单项或者多项系统的控制。总体结构如图1所示。

图1 总体结构

（3）单片机和霍尔传感器的选型。①单片机选型。本系统选用AT89S51型号的单片机，该型号是由美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能的CMOS8位单片机，其特点在于功能强大，价格低，使用灵活等。②霍尔传感器选型。将一个霍尔半导体片放入磁场中，使一个恒定电流I从A到B通过该片。在洛仑兹力的作用下，I的电子流在通过霍尔半导体时向一侧偏移，使该片在CD方向上产生电位差，这就是所谓的霍尔电压。霍尔电压随磁场的变化而变化从而发挥检测车窗电机电流变化的作用。本系统中选用SS566AT型号的霍尔传感器，该型号传感器特点在于其稳定性好，低功耗，反应灵敏并可与许多电子元件直接使用。

（4）车窗位置的确定。电机运转使钢丝绳运动，从而使车窗移动，在车窗运动过程中电机转动次数与车窗移动距离成正比例关系，而电机转动一周使霍尔传感器产生信号，从车窗开始移动到结束，可以让单片机对信号计数，从而得知车窗当前位置，确定车窗是否处于防夹区。位置检测电路如图2所示。

图2 位置检测电路

（5）防夹力的判断。

有关电机方程:

对上式进行综合拉普拉斯变换得

其中，U为电枢电压，L为电枢自感，J为转动惯量，R为电枢等效电阻，Ω为电机转速，i为电流，e反向电动势，f为摩擦力，m为转矩。

由于一个电机的电压和转动惯量不变，所以当摩擦力变大，电流也变大，反映到实际就是，当车窗上升过程中有异物阻碍其上升，从而使电机转速变慢，导致电流变大，也会导致霍尔传感器的信号脉宽变大通过电流和信号脉宽来判断夹物力的大小，从而决定是否进行防夹，达到防夹效果。

3 程序设计

在司机或乘客开始使用车窗按键时，由系统首先判断是开启还是关闭从而确定车窗是上升还是下降，在车窗上升时，若车窗上有异物，系统首先进行防夹判断（车窗位置是否到达防夹区，防夹力的大小）若达到防夹范围，车窗停止并下降。程序流程图如图3所示。

图3 程序流程图

4 结语

通过防夹系统的使用，在关闭车窗的过程中可以更好地避免夹伤，以达到安全的目的。经过反复实验，结果表明，电动车窗防夹系统可以起到很好的人体保护作用，能够大大减少手和头等部位夹伤的现象，具有良好的实用效果。该设计的发明使用，可以有效减少因为车窗关闭速度过快而引起的夹伤事件，这种采取安全防止夹伤的装置，使汽车更加合理更加人性化，从而提高了汽车的舒适性和安全性，顺应了当代汽车发展的主流，具有广阔的发展前景。

［1］谢红卫，邹逢兴，张明等.现代控制系统［M］.北京：高等教育出版社，2004.

［2］姜立标.汽车传感器及其应用［M］.北京：电子工业出版社，2013.

［3］徐志生.汽车理论［M］.北京：机械工业出版社，2003.

［4］贺乐厅，翟羽健.汽车电动车窗防夹装置的研制［J］.轻型汽车技术，2003，（1）.

图3 程序结构图

如图3所示。首先，驾驶员可以根据自己所在国家或地区以及自己对车速的要求，自行设定最高车速。在汽车行驶过程中，当仪表盘上的指针超过了自己设定的最高车速，此时报警器会进行超速语音播报，提醒驾驶员应当降速行驶。在车速降到低于最高车速时，语音播报器自行停止语音播报。

5 结语

文章设计的汽车超速报警器由电源、激光源、语音播报器、光敏电阻等单元构成。在实际操作过程中，只需要把反光片固定在需要报警速度的相应位置，即可实现可调控报警功能。该装置经过实验结果表明，能够在驾驶员驾驶汽车超速时及时的发出超速警号，具有很好的实用效果。这样不仅保证了驾驶员的安全，而且该装置可靠耐用。同时，成本低也不需要昂贵的维修费用。满足了基层汽车车主的市场需求，具有很好的发展前景。

参考文献

［1］黄真.空间机构学［M］．北京：机械工业出版社，1991．

［2］唐凯，江开发，张弛.基于光电耦合器的汽车超速报警器设计［J］.公路与汽运，2008，3（2）：28-29,42.

［3］余志生．汽车理论［M］．北京：机械工业出版社，1999．

Design of Electric Car W indow Antitrapping System

ZHANG Jing-xuan，YU Shi-jun
（Automotive Engineering School of Dezhou Institute，Dezhou，Shandong 253023，Chiina）

Anticlamping system is to detectmotorspeed by using a setofhallsensorsafter the carstarts.When thewindow risesmanually，windowsare detected into antitrapping area by sensors and reach to regulated force，which hinders the engine running，andmakes the engine speed slow down，and then transmit the information to the single chipmicrocomputer to stop thewindow ormake it fall to thebottom.When foreign objectsdisappear，theelectricwindowshaveantitrapping function.

single chipmicrocomputer；hallsensor；electricwindows；window position；clamp force judgment

U463.835

A

2095-980X（2016）11-0068-02

2016-10-16

张景宣，主要研究方向：汽车工程。