汽车车窗玻璃升降防夹失效模式解析

2018-03-20方传运张云峰李建赵为纲

汽车实用技术 2018年5期

方传运，张云峰，李建，赵为纲

（众泰汽车工程研究院，浙江杭州 310018）

前言

汽车车窗玻璃自动升降，这已经成为汽车舒适配置的必选项目。然而，随着越来越多的汽车上安装电动门窗，潜在的危险也随之而来，电动门窗夹伤手指的事件时有发生，电动天窗致使儿童被夹死亡一事更是一度将电动门窗和天窗的安全性推到风口浪尖，并引起了整车厂、零部件企业和媒体的广泛关注和讨论。为了避免乘客受到伤害，电动门窗具备防夹功能已成为一种必然趋势。

1 汽车车窗玻璃升降防夹原理

1.1 Hall 脉波讯号产生原理

1.1.1 测转速或转数霍尔传感器

如图1所示，在非磁性材料的圆盘边上粘一块磁钢，霍尔传感器放在靠近圆盘边缘处，圆盘旋转一周，霍尔传感器就输出一个脉冲，从而可测出转数（计数器），若接入频率计，便可测出转速。

图1 霍尔传感器应用示意图

1.1.2 霍尔（Hall）脉波讯号产生原理

图2 霍尔讯号产生原理示意图

如图2所示（图为事例，具体以实物为准），电机的输出轴上集成磁环，当电机转动时，霍尔传感器感测到磁环的N/S极，从而产生波形（方波）即霍尔脉波讯号。

1.2 车窗玻璃升降防夹原理

如图3所示，车窗经过初始化后，才具有防夹功能，在接收到自动上升命令时，防夹功能有效，防夹功能需满足EEC/74/60规范的要求。

图3 防夹触发示意图

1.2.1 防夹区域（如图4所示）

距离车窗顶部4mm-200mm。

图4 防夹区域示意图

1.2.2 防夹力判断

当车窗上升过程中遇到障碍物时，阻力增大，电机转速变小，而电机转速变小会造成霍尔讯号的脉宽增大。利用这一特性，通过方波脉冲宽度的变化即可判断防夹。

如图5所示，当车窗自动上升时，防夹模块会连续对霍尔讯号的脉冲宽度进行采样。当电机运转时，单位时间内所读取的霍尔方波个数，记为V0（即V0=单位时间/霍尔方波个数）。之后连续单位时间采样得到的霍尔讯号脉冲宽度的平均值记为V1，如果处于防夹区域，进行V0与V1的比较，若V1-V0大于给定的阀值，就认为达到防夹条件而进行防夹动作；否则用V1覆盖掉V0，继续比较，超出防夹区域后停止比较。

图5 防夹力判断示意图

2 汽车车门玻璃升降器失效模式解析

表1

3 程序逻辑防夹失效模式

基于以上防夹失效模式进行排查，最终排查为软件问题，也是本文重点介绍的程序逻辑防夹失效模式。

3.1 xxA项目误防夹问题理论原因解析

3.1.1 原因分析

图6 LIN讯号数据发送公式列表

如图6所示，xxA (xx项目升级车型)项目比原xx项目LIN总线规划多了几个节点( ID: 0x09, 0x14，0x15), 新增4-6Data理论推算将多出 2.1 ms（a）～3.1ms(b)这些节点的数据长度都在6个以上，原模块处理新增ID资料，需花费更多时间进行处理，影响霍尔换相数记数，导致行程偏移。

3.1.2 升降器防夹模块逻辑解析

如图7所示(便于分析，相关信息示意)：由于升降器防夹模块各个讯号发送的时间不一致，假设讯号发送的时间分为每隔10ms/20ms/30ms发送一次；在同级别（10ms)内会同时接收多个讯号，目前的ECU均为单核，每次只可进行一项工作。当同时出现LIN讯号、Hall讯号、A讯号时，原方案（原xxA项目软件处理方案)为先处理LIN讯号，然后Hall讯号，再后为A讯号……

假设处理LIN讯号的时间原计划需要3.5ms,则在3.5ms后开始处理Hall讯号，再过3.5s后开始处理A讯号；当原定的LIN讯号增加后，在3.5ms内未完成处理，则在A处区域与Hall讯号相遇，当两个讯号相遇时，LIN讯号的优先级大于 Hall讯号的优先级，ECU会先处理 LIN讯号, 这时的Hall讯号则会丢失，导致Hall讯号丢失（“俗称霍尔丢步”）。

图7 软件处理示意图

3.2 xxA误防夹问题实测解析

3.2.1 如图8所示

防夹软件内已知对应指令处理策略，模块接收LIN讯号，解读Break Sync ID后，若为已知指令，进行后续资料字段接收处理。

图8 防夹软件已知信号处理示意图

3.2.2 如图9所示

防夹软件对未知对应指令处理策略，（1）模块接收 LIN讯号，解读Break Sync ID后，若未知指令，资料的反复High/Low触发模块判别是否为新的Break，在未知的资料长度较长的情況下，如红框处出现Hall讯号处理被延迟现象。（2）修正后，模块若接收未知长度指令时，将先完成Hall讯号处理。

综上所诉：由于所有的讯号均为“1”、“0”，即在规定的时间内（LIN 2.1国际规范），通过对0/1的变换及个数来实现讯号通讯，目前xx公司（防夹模块供应商）的防夹软件内在接收到未知的讯号时，因LIN讯号的优先级别高，会对LIN讯号进行无差别分析，从而在本来应该处理Hall信号的时间时未进行处理，导致Hall讯号丢失。