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基于霍爾傳感器和電流紋波技術在電動(dòng)車車窗防夾中的應用
溫州搏技科技有限公司 随着汽車工業(yè)的發(fā)展，人們追求更加舒适和便于操作的駕駛環(huán)境，因此，越來(lái)越多的汽車上安裝了電動(dòng)車窗，從而實(shí)現車窗的自動(dòng)升降。然而，由于電動(dòng)車窗的上升速度較快，很容易引發(fā)夾上乘客等事故，尤其是對兒童形成了安全隐患。這對于汽車的安全向提出了新标準，要求電動(dòng)車窗具有一定的防夾功能。以前汽車普遍采用手搖曲柄的方式使車窗玻璃上升或下降，現今轎車很多都安裝了電動(dòng)車窗。而具有防夾功能的電動(dòng)窗應用于汽車始于20世紀90年代，當玻璃上升途中遇到人力障礙時(shí)會(huì)自動(dòng)識别而反向運行，防止乘員夾傷，實(shí)現防夾功能。由于該功能的重要性，在歐美新車型上都已成爲标準配置，目前國内新推出的高端車型已成爲标準配置。由于低成本方案的推出，經(jīng)濟型轎車也開(kāi)始逐漸配備應用這一功能。而車窗位置判斷準确是車窗的防夾功能的正常實(shí)現的前提。 1、準确判斷電動(dòng)窗位置的重要性 法規規定，具有自動(dòng)上升功能的車窗必須配備自動(dòng)防夾功能。即當車窗在自動(dòng)上升過(guò)程中，如果車窗玻璃遇到障礙物，必須做出判斷後反轉，并且防夾力要小于100 N。而法規規定的防夾區域是4 mm~200 mm(如圖1)。這就要求系統對車窗的位置進(jìn)行準确的計算和判斷。 如果車窗位置計算不準确會(huì)有以下後果： （1） 比如車窗在上升過(guò)程中在防夾區域内，如果車窗位置計算不準确，系統判斷爲防夾區域外。車窗可能遇到障礙物，但是不做防夾反轉。而是繼續上升玻璃。障礙物如果是人，導緻把人夾傷。 （2） 車窗自動(dòng)上升過(guò)程中，如果車窗位置計算不準确，車窗就會(huì)到頂部位置認爲在防夾區域内，遇堵後反轉。導緻車窗不能關滿。 （3）車窗在上升過(guò)程中，由于存在車窗重量和窗框阻力等因素，在每個(gè)位置上的阻力大小是不一樣的。因此判斷車窗位置也是相當重要的。 由以上三點分析可知，車窗位置判斷的準确在防夾功能中，既有非常重要的意義。 2、電動(dòng)窗位置判斷的原理 從機械的角度講，電動(dòng)車窗砸升降時(shí)，電機旋轉會(huì)帶動(dòng)鋼絲繩的運動(dòng)，從而帶動(dòng)車窗的上下開(kāi)閉。電機每旋轉一定的角度，鋼絲繩就相應地運動(dòng)一定行程，因此車窗運動(dòng)的行程與電機的旋轉的圈數成線(xiàn)性關系。通過(guò)計算電機旋轉的圈數，可以簡(jiǎn)接算出車窗的位置。 2.1霍爾原理 電機的旋轉會(huì)使得霍爾傳感器產(chǎn)生脈沖信号。玻璃位置的檢測是通過(guò)對控制模塊中的霍爾傳感器發(fā)出的方波進(jìn)行計數來(lái)實(shí)現。軟件設計中通過(guò)單片機芯片的輸入捕捉功能記錄車窗運行過(guò)程中的脈沖個(gè)數，通過(guò)學(xué)習，将車窗的上密封條記爲位置0，而下密封條爲大位置。在車窗上升過(guò)程中将位置計數器減1，上升到頂時(shí)位置計數器清0，下降時(shí)位置計數器加l。因此，可按照要求确定防夾區界限對應的位置計數器的值。通過(guò)對位置計數器的值的檢測可以簡(jiǎn)接判斷玻璃的位置。 脈沖計數方式的關鍵問(wèn)題在于位置記錄要精确，但在試驗中卻存在電機切斷電源後依舊會(huì)發(fā)出幾個(gè)脈沖的問(wèn)題，這幾個(gè)脈沖由慣性造成，而且不同的玻璃升降器產(chǎn)生的脈沖個(gè)數不同。這些脈沖對車窗位置影響随情況的不同而不。在車窗上下兩端堵轉時(shí)，這些脈沖不太可能造成車窗位置的變化，而在中簡(jiǎn)位置停止時(shí)則有可能造成車窗位置移動(dòng)，特别是下降途中人爲停止時(shí)對車窗位置的影響更大。爲了減小這種影響，與電機通電運動(dòng)時(shí)位置計數一樣，在算法中捕捉這些脈沖。如果當前爲下降狀态，則對電機斷電後產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行位置加法操作，如果當前爲上升狀态，則對電機斷電後產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行位置減法操作。 2.2紋波原理 電機有磁極、轉子線(xiàn)圈、換向器組成。根據右手定律轉子線(xiàn)圈通電後再磁極磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生運動(dòng)。運動(dòng)到磁場(chǎng)邊緣是磁場(chǎng)變弱，電動(dòng)勢減小，電流增大。換向器改變轉子線(xiàn)圈的電流方向，重新進(jìn)入磁場(chǎng)電動(dòng)勢增大，電流減小。轉子線(xiàn)圈不斷轉動(dòng)、電動(dòng)勢和電流不斷變化，從而紋波不斷產(chǎn)生。所以紋波是電機的固有特性，通過(guò)計算紋波的個(gè)數就能計算出轉子換向的次數，就能計算出窗戶的相對位置，結合時(shí)簡(jiǎn)就能得出電機的轉速。由于電機在啓動(dòng)，停止，反轉，堵轉時(shí)的紋波特征不明顯。如圖5和圖6，不能精準的計數紋波個(gè)數。隻能通過(guò)算法進(jìn)行補償。這樣紋波計數必然和實(shí)際的必然存在誤差。而這誤差随着車窗操作次數的增加，誤差也會(huì)跟着累積。 3、電動(dòng)窗位置判斷的原理 從機械的角度講，電動(dòng)車窗砸升降時(shí)，電機旋轉會(huì)帶動(dòng)鋼絲繩的運動(dòng)，從而帶動(dòng)車窗的上下開(kāi)閉。電機每旋轉一定的角度，鋼絲繩就相應地運動(dòng)一定行程，因此車窗運動(dòng)的行程與電機的旋轉的圈數成線(xiàn)性關系。通過(guò)計算電機旋轉的圈數，可以簡(jiǎn)接算出車窗的位置。 4、霍爾傳感器的方案 此方案在電機軸上安裝磁環(huán)，在磁環(huán)附近安裝霍爾傳感器，當電機轉動(dòng)時(shí)帶動(dòng)磁環(huán)轉動(dòng)，在霍爾傳感器上感應出高低電平的脈沖信号，脈沖的個(gè)數反映了電機的位置，脈沖的頻率反映了電機的轉速。 當電動(dòng)車窗上升并遇到障礙物是，阻力變大，電機變大，電機轉速将減慢，對應脈沖的信号的脈寬将變大，此時(shí)系統會(huì)向ECU模塊報告信息，ECU向繼電器或電機驅動(dòng)芯片發(fā)出指令，使電機停轉或者反轉，從而令車窗停止或下降，實(shí)現防夾判斷。 DRV5013-Q1是一款雙極性霍爾效應傳感器，具有寬工作電壓範圍（2.7至38V）和高達-22V的反極性保護，使得該器件廣泛用于各種汽車應用。此外該器件還具有抛負載、輸出短路和過(guò)流等内部保護功能。 此方案需要安裝磁環(huán)且每個(gè)車窗都需要各自的控制器，因此成本較高。 相比于霍爾傳感器的方案，機遇紋波計數的無(wú)傳感器方案可以節省磁環(huán)、霍爾傳感器及相關線(xiàn)束的成本。此外，此方案可以用單控器同時(shí)控制多個(gè)車窗，能夠提高整車的集成度，進(jìn)一步降低控制器的成本。因此，基于波紋計數無(wú)傳感器方案将成爲未來(lái)電動(dòng)車窗夾的發(fā)展趨勢。 5基于紋波技術的無(wú)傳感應器方案 波紋計數的無(wú)傳感應器方案是利用轉子轉動(dòng)過(guò)程中，電刷在電極簡(jiǎn)切換產(chǎn)生電流紋波，并對這種電流波動(dòng)進(jìn)行采樣、分析和控制。 此方案首先通過(guò)采樣電阻将電機電流信号轉換爲電壓信号，并通過(guò)運放對電壓信号進(jìn)行濾波和放大，放大後的信号一路經(jīng)過(guò)AD轉換成數字信号給到MCU，作爲防夾及堵轉的判斷依據，另一路通過(guò)濾波器和比較器得到方波信号，此方波的頻率和電機的轉速成正比。通過(guò)方波的個(gè)數和頻率可以判斷電機的位置和轉速。 參考設計TIDA-01421提供了一種無(wú)傳感器的紋波防夾方案。該設計主要分爲以下幾個(gè)部分： 電流檢測放大 INA240-Q1是一個(gè)寬共模範圍，高精度，雙向電流檢測放大器。該器件具有–4V至80V的共模範圍，120dB的超大共模抑制比，能夠提供準确，低噪聲的測量結果。 應用中可以在INA240-Q1的輸入端使用一個(gè)簡(jiǎn)單的RC輸入濾波器，以減少高頻電機電刷產(chǎn)生的噪聲和潛在的PWM開(kāi)關噪聲。 帶通濾波器 電流檢測放大器的輸出通過(guò)有源帶通濾波器進(jìn)行濾波，以消除額外的噪聲和直流分量，從而得到電流紋波信号。
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汽車散熱風(fēng)扇選擇--有刷電子風(fēng)扇與無(wú)刷電子風(fēng)扇的區别
博技科技 得益于國家政策支持,新能源汽車行業(yè)發(fā)展迅速,也帶動(dòng)了汽車散熱技術的發(fā)展。作爲汽車冷卻系統必需的組成部分,汽車散熱風(fēng)扇性能也得到廣泛關注。在如何選擇新能源汽車散熱風(fēng)扇方面,越來(lái)越多的用戶已經(jīng)不再單單看重價格,散熱風(fēng)扇壽命、噪音、轉速、穩定性等都成爲必須要考慮的因素相比傳統機械風(fēng)扇、離合器風(fēng)扇，智能電子風(fēng)扇性能更好，效率更高，因此，汽車電子散熱風(fēng)扇應用越來(lái)越普遍。根據不同的劃分标準，汽車電子風(fēng)扇可以分爲不同類(lèi)型。有的汽車使用有刷電子風(fēng)扇散熱，有的使用無(wú)刷電子風(fēng)扇散熱。那汽車電子風(fēng)扇到底有刷風(fēng)扇好還是無(wú)刷風(fēng)扇好呢？今天，我們就來(lái)交流一下汽車有刷電子風(fēng)扇和無(wú)刷電子風(fēng)扇的區别。（注意：隻有電子風(fēng)扇才存在有刷與無(wú)刷的區别，電子風(fēng)扇是一種内置電動(dòng)機、需要接通電源才能工作的風(fēng)扇。） 1、電子風(fēng)扇結構不同 汽車有刷電子風(fēng)扇和無(wú)刷電子風(fēng)扇在結構上大的不同就是碳刷。有碳刷的叫有刷風(fēng)扇，無(wú)碳刷的叫無(wú)刷風(fēng)扇。碳刷是電子風(fēng)扇電動(dòng)機固定部分和轉動(dòng)部分之簡(jiǎn)用來(lái)傳遞能量或信号的裝置。一般來(lái)說，碳刷是純碳加凝固劑制成，這也是爲什麽稱之爲“碳刷”的原因。碳刷卡在金屬支架上，裏面有彈簧把它緊壓在轉軸上，電機轉動(dòng)的時(shí)候，将電能通過(guò)換相器輸送給線(xiàn)圈。 2、電子風(fēng)扇壽命—耐用程度不同
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