防夾功能主要是指當車窗上升的過程中遇到障礙物（如手、頭等）時
，可以識別出車窗處於夾持狀態，並令其立即停止上升並反向下降，從而避免事故的發生，是汽車人性化的重要體現。

 

此功能也被許多國家納入了法律規範中。美國交通部頒布了針對電動車窗係統的法規FMVSSII8，歐盟標準74/60/EWG也對防夾保護裝置應確保的防夾力進行了明確規定。中國也已頒布了類似的法規（GB 11552-2009），要求自2012年起
，新增車輛的電動玻璃升降器應具有防夾功能
，且防夾力小於100N，也就是說在防夾力達到100N前，車窗玻璃開口在4~200mm範圍時，車窗應停止上升並且反向下降。

 

目前電動車窗的防夾功能主要是通過以下兩種方案實現：霍爾傳感器方案和基於紋波計數的無傳感器方案。

 

1.霍爾傳感器方案

 

此ci方fang案an在zai電dian機ji軸zhou上shang安an裝zhuang磁ci環huan，在zai磁ci環huan附fu近jin安an裝zhuang霍huo爾er傳chuan感gan器qi，當dang電dian機ji轉zhuan動dong時shi帶dai動dong磁ci環huan轉zhuan動dong，在zai霍huo爾er傳chuan感gan器qi上shang感gan應ying出chu高gao低di電dian平ping的de脈mai衝chong信xin號hao，脈mai衝chong的de個ge數shu反fan映ying了le電dian機ji的de位wei置zhi，脈mai衝chong的de頻pin率lv反fan映ying了le電dian機ji的de轉zhuan速su。

 

當電動車窗上升並遇到障礙物時，阻力變大

，電機轉速將減慢
，對應脈衝信號的脈寬將變大，此時係統會向ECU模塊報告信息
，ECU向繼電器或電機驅動芯片發出指令
，使電機停轉或者反轉
，從而令車窗停止或下降
，實現防夾判斷。

 

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，使得該器件廣泛適用於各種汽車應用。此外，該器件還具有拋負載
、輸出短路和過流等內部保護功能。

 

圖1 DRV5013-Q1的場方向定義

 

圖2 DRV5013-Q1輸出

 

此方案需要安裝磁環且每個車窗都需各自的控製器

，因此成本較高。

 

相比於霍爾傳感器方案

，基於紋波計數的無傳感器方案可以節省磁環、霍(huo)爾(er)傳(chuan)感(gan)器(qi)及(ji)相(xiang)關(guan)線(xian)束(shu)的(de)成(cheng)本(ben)。此(ci)外(wai)，此(ci)方(fang)案(an)可(ke)以(yi)用(yong)單(dan)控(kong)製(zhi)器(qi)同(tong)時(shi)控(kong)製(zhi)多(duo)個(ge)車(che)窗(chuang)

，能(neng)夠(gou)提(ti)高(gao)整(zheng)車(che)的(de)集(ji)成(cheng)度(du)
，進(jin)一(yi)步(bu)降(jiang)低(di)控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)成(cheng)本(ben)。因(yin)此(ci)
，基(ji)於(yu)紋(wen)波(bo)計(ji)數(shu)的(de)無(wu)傳(chuan)感(gan)器(qi)方(fang)案(an)將(jiang)成(cheng)為(wei)未(wei)來(lai)電(dian)動(dong)車(che)窗(chuang)防(fang)夾(jia)的(de)發(fa)展(zhan)趨(qu)勢(shi)。

 

2.基於紋波計數的無傳感器方案

 

紋波計數的無傳感器方案是利用轉子轉動過程中，電刷在電級間切換產生電流紋波
，並對這種電流波動進行采樣、分析和控製。

 

圖3 直流電機

 

此方案首先通過采樣電阻將電機電流信號轉換為電壓信號
，並通過運放對電壓信號進行濾波和放大，放大後的信號一路經過AD轉換成數字信號給到MCU，作(zuo)為(wei)防(fang)夾(jia)及(ji)堵(du)轉(zhuan)的(de)判(pan)斷(duan)依(yi)據(ju)，另(ling)一(yi)路(lu)通(tong)過(guo)濾(lv)波(bo)器(qi)和(he)比(bi)較(jiao)器(qi)得(de)到(dao)方(fang)波(bo)信(xin)號(hao)，此(ci)方(fang)波(bo)的(de)頻(pin)率(lv)和(he)電(dian)機(ji)的(de)轉(zhuan)速(su)成(cheng)正(zheng)比(bi)。通(tong)過(guo)方(fang)波(bo)的(de)個(ge)數(shu)和(he)頻(pin)率(lv)可(ke)以(yi)判(pan)斷(duan)電(dian)機(ji)的(de)位(wei)置(zhi)和(he)轉(zhuan)速(su)。

 

圖4 TIDA-01421的係統框圖

 

參考設計TIDA-01421提供了一種無傳感器的紋波防夾方案。該設計主要分為以下幾個部分：

 

電流檢測放大

 

INA240-Q1是一個寬共模範圍，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的超大共模抑製比
，能夠提供準確
，低噪聲的測量結果。

 

應用中可以在INA240-Q1的輸入端使用一個簡單的RC輸入濾波器，以減少高頻電機電刷產生的噪聲和潛在的PWM開關噪聲。

 

帶通濾波器

 

電流檢測放大器的輸出通過有源帶通濾波器進行濾波，以消除額外的噪聲和直流分量，從而得到電流紋波信號。

 

TLV2316-Q1是一款雙通道
，低壓
，軌至軌通用運算放大器。該器件具有單位增益穩定的集成RFI 和EMI 抑製濾波器
，在過驅條件下不會出現反相，並且具有高靜電放電(ESD) 保護(4kV HBM)。

 

差分放大器

 

在(zai)電(dian)機(ji)啟(qi)動(dong)時(shi)
，電(dian)機(ji)電(dian)流(liu)會(hui)出(chu)現(xian)非(fei)常(chang)大(da)的(de)初(chu)始(shi)尖(jian)峰(feng)，即(ji)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)。該(gai)電(dian)流(liu)尖(jian)峰(feng)足(zu)夠(gou)大(da)且(qie)足(zu)夠(gou)慢(man)，以(yi)至(zhi)於(yu)不(bu)能(neng)被(bei)高(gao)通(tong)電(dian)路(lu)濾(lv)除(chu)。通(tong)過(guo)差(cha)分(fen)放(fang)大(da)器(qi)，可(ke)以(yi)從(cong)信(xin)號(hao)中(zhong)消(xiao)除(chu)這(zhe)種(zhong)低(di)速(su)，高(gao)振(zhen)幅(fu)電(dian)流(liu)尖(jian)峰(feng)，從(cong)而(er)生(sheng)成(cheng)一(yi)個(ge)低(di)噪(zao)聲(sheng)的(de)交(jiao)流(liu)信(xin)號(hao)，供(gong)下(xia)一(yi)級(ji)比(bi)較(jiao)器(qi)進(jin)行(xing)測(ce)量(liang)。

 

比較器

 

經由差分放大器輸出的信號通過比較器最終產生一個0V至3.3V的方波信號，其頻率等於電機電流紋波頻率。此方波信號最終供給MCU用於計數。

 

LMV7275-Q1是一款軌至軌輸入低功耗比較器
，並具有漏極開路輸出。小型SC-70封裝非常適合低電壓，低功耗
、對空間要求嚴格的設計。 

 

圖5 各級輸出波形

 

綜上所述
，本文介紹了兩種應用於電動車窗防夾的方案——huoerchuanganqihewenbofangjiajishudejibenyuanli


，bijiaolewenbofanganxiangduiyuhuoerzaishijiyingyongzhongdeyoushi。suiranhuoerfanganyiqichengshujishuhegaokekaoxing，zhanjuzhemuqianshichangshangchechuangfangjiayingyongdezhudaodiwei，danshisuizhejixiejiagonggongyihedianzijishudebuduanfazhan
，wenbojishushichangfenedezengjiaqushijiangyuefamingxian。

 

 

推薦閱讀：