基于霍尔传感器的汽车天窗防夹控制方法研究
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在 关 闭过程 中 ； （ ２ ） 天窗运 行在 防夹 区域 ； （ ３ ） 天 窗 １ ． １ 直 流 电动机 运 动模型 永磁 直 流 电机系 统模 型 图见 图 ２， 应 满 足 物理 方 程
图 １ 天窗系统模型
遇到的阻力大于防夹阀值 。所以天窗 的运行位置
收稿 日期 ： ２ ０ １ ６—０ ９— ２ ０
ｔ ｈ ｉ ｓ ｐａ ｐｅ ｒ ． Ｂｙ ｔ ｈ ｅ Ｈｏ ｌ ｌ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ａ ｃ ｑ ｕ ｉ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ，ｔ ｈ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｎ ｒ ｏ ｏ ｆ ｉ ｓ
基 于霍尔传感器 的汽车天窗防夹控制方法研究
孙 琪 邢 健 张伟 开 （ 上汽通用东岳汽车有限公司， 烟台 ２ ６ ４ ０ ０ ０ ）
【 摘要】 文章主要介绍了３ 种基于霍尔传感器的汽车天窗防夹的 控制方法。 天窗控制模块通过对霍尔
信号 的采集 和处理 ， 监控 天窗运行 速度及位置 ， 并判 断是否启动防夹 。
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ７ － ４ ５ ５ ４ ． ２ ０ １ ６ ． １ １ ． ０ ６
和 防夹力 的判 断是实 现 防夹必 须 考 虑 的两 个 核 心
０ 引 言
汽 车天 窗 安 装 在 车 顶 ， 能 够 提 升 车 内空 气 的 流通 性 ， 开 阔视 野 。随着 汽 车技 术 的 发展 ， 天 窗 的
【 Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ 】 Ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｓ ｕ ｎ ｒ ｏ ｏ ｆ ａ ｎ ｔ ｉ — ｐ ｉ ｎ ｃ ｈ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｈ ｏ ｌ ｌ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｓ ａ ｒ ｅ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｉ ｎ
Байду номын сангаас
问题 。
本文采用普通的直流电动机 ， ２ 个霍尔传感器 产生两路霍尔 电压信号 ， 天窗控制模块 （ Ｓ Ｃ Ｕ） 通 过运算处理开关信号 、 Ｌ ｉ ｎ Ｂ ｕ ｓ 信号 、 霍尔信号控
制 电动机 的运行 （ 见图 １ ） 。
尺寸越来 越大 ， 对天 窗的性能要 求也越来 越高 。 大多 数天 窗具 有 一 键 开 关 的功 能 ， 为 了保 证 驾 驶
（ １ ）
０． ２ ５ ｍｍ
Ｉ ， ： （ ｔ ）一 ｆ ２（ １ ｔ ）
式中： Ｕ（ ｔ ） 为 电枢 电压 ； Ｅ（ ｔ ） 为 反 电 动势 ； ， （ ｔ ） 为
电枢 电流 ； Ｒ为 电 枢 内阻 ； Ｌ为 电枢 电感 ； Ｍ（ ｔ ） 为 电磁 力矩 ； ． ， 为转动 惯量 为 电动机 转动 中的 阻力 和摩 擦力 ； １ ２ （ ｔ ） 为 电机转 速 ； Ｋ ｅ为 电势系数 ； Ｋ Ｔ为 转矩 系数 。
员 及 乘客 的安 全 ， 电 动 天 窗玻 璃 及 遮 阳帘 必 须 具 有 防夹功 能 ， 这 就 要 求 天 窗 的 运 行 电动 机 必 须 具 有 防 夹模块 。本文 着重 研 究 基 于霍 尔传 感 器 的 汽 车防 夹策 略 。
１ 天 窗系统模 型
Ｆ ＭＶ Ｓ Ｓ １ １ ８要 求 天 窗 关 闭 过 程 中 ， 距 离 终 点 ４～ ２ ０ ０ ｍ ｍ遇到障碍物阻挡 时， 天 窗 必 须 具 有 防 夹功能， 且 防夹 力要 求小 于 １ ０ ０ Ｎ。电 动天 窗要 启 动 防 夹功 能 ， 必 须 要 满 足 ３个 条 件 ： （ １ ） 天 窗 运 行
Ａ Ｂ
相
相
对上式进行拉普拉斯变换
（ ｓ ） ＝ Ｅ（ ｓ ） ＋尉 （ ｓ ）＋ Ｅ （ ｓ ）＝Ｋ ｅ ２（ １ ｓ ）
（ ｓ ）＝ Ｋ Ｔ Ｉ（ ｓ ）
脯
图３ 电动机正转霍尔信号
（ ｓ ）
． ， 舶 （ ｓ ）＝ Ｍ（ ｓ ） 一 ｆ ｏ（ ｓ ）
ｍ ｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｅ ｄ ，ａ ｎ ｄ ｗ ｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｔ ｏ ｓ ｔ ａ ｒ ｔ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ｔ ｉ — ｐ ｉ ｎ ｃ ｈ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｊ ｕ ｄ ｇ ｅ ｄ ．
【 关键词 】 汽车 霍尔信号 天窗 控制
上海汽车
２ ０ １ ６ ． １ １
・
２ ５・
输 出 Ａ相 超 出 Ｂ相 ９ ０ 。 （ 见图３ ） ， 反 转 时 Ｂ相 超 出
Ｉ 《 ｎ Ｅ ｍ
Ｌ
Ａ相 ９ ０ 。 （ 见图 ４ ） 。霍尔传感器产生脉 冲的个数 与被测对象位移量成正 比关 系 ， 因此通过脉 冲计 数就能准确计算 出被测对象的位置。计数时首先 对霍尔传感器输 出的两路 脉冲进行鉴相 ， 判 断电 动机正反转 ， 正转 时计数增加 ， 反转时计数减少 。 单位时间产生的脉冲数量可以计算 出电动机的转
速， 从 而 计 算 出 天 窗 的 运 行 速 度 。 电 动 机 转 速
Ｒ
图 ２ 永磁直流 电机 系统模型
Ｕ （ ｔ ）＝ Ｅ（ ｔ ）＋ ， （ ｔ ）＋
Ｅ（ ｆ ）＝Ｋ ｅ Ｏ（ ｔ ） （ ）＝ Ｋ ｒ １ （ ｔ ）
Ｖ ＝ ・ ２ （ Ｐ・ ｔ ） ， 其中 ｎ为脉冲计数个数 ， Ｐ为 电 动机 转 １圈产 生 的脉 冲个 数 ， ｔ 为 采样 周 期 。如 果 电动机转 １ 圈， 产生 ８ 个霍尔脉冲， 天窗玻璃移动 ２ ｍ ｍ， 假设 ０ ． ５ ｓ 时间采集到 ８ 个霍尔脉冲， 那么 电动机转速 为 ４ ａ ｔ ｒ ａ ｄ ／ ｓ ， 每个霍尔脉 冲玻 璃运行
图 １ 天窗系统模型
遇到的阻力大于防夹阀值 。所以天窗 的运行位置
收稿 日期 ： ２ ０ １ ６—０ ９— ２ ０
ｔ ｈ ｉ ｓ ｐａ ｐｅ ｒ ． Ｂｙ ｔ ｈ ｅ Ｈｏ ｌ ｌ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ａ ｃ ｑ ｕ ｉ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ，ｔ ｈ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｎ ｒ ｏ ｏ ｆ ｉ ｓ
基 于霍尔传感器 的汽车天窗防夹控制方法研究
孙 琪 邢 健 张伟 开 （ 上汽通用东岳汽车有限公司， 烟台 ２ ６ ４ ０ ０ ０ ）
【 摘要】 文章主要介绍了３ 种基于霍尔传感器的汽车天窗防夹的 控制方法。 天窗控制模块通过对霍尔
信号 的采集 和处理 ， 监控 天窗运行 速度及位置 ， 并判 断是否启动防夹 。
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ７ － ４ ５ ５ ４ ． ２ ０ １ ６ ． １ １ ． ０ ６
和 防夹力 的判 断是实 现 防夹必 须 考 虑 的两 个 核 心
０ 引 言
汽 车天 窗 安 装 在 车 顶 ， 能 够 提 升 车 内空 气 的 流通 性 ， 开 阔视 野 。随着 汽 车技 术 的 发展 ， 天 窗 的
【 Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ 】 Ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｓ ｕ ｎ ｒ ｏ ｏ ｆ ａ ｎ ｔ ｉ — ｐ ｉ ｎ ｃ ｈ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｈ ｏ ｌ ｌ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｓ ａ ｒ ｅ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｉ ｎ
Байду номын сангаас
问题 。
本文采用普通的直流电动机 ， ２ 个霍尔传感器 产生两路霍尔 电压信号 ， 天窗控制模块 （ Ｓ Ｃ Ｕ） 通 过运算处理开关信号 、 Ｌ ｉ ｎ Ｂ ｕ ｓ 信号 、 霍尔信号控
制 电动机 的运行 （ 见图 １ ） 。
尺寸越来 越大 ， 对天 窗的性能要 求也越来 越高 。 大多 数天 窗具 有 一 键 开 关 的功 能 ， 为 了保 证 驾 驶
（ １ ）
０． ２ ５ ｍｍ
Ｉ ， ： （ ｔ ）一 ｆ ２（ １ ｔ ）
式中： Ｕ（ ｔ ） 为 电枢 电压 ； Ｅ（ ｔ ） 为 反 电 动势 ； ， （ ｔ ） 为
电枢 电流 ； Ｒ为 电 枢 内阻 ； Ｌ为 电枢 电感 ； Ｍ（ ｔ ） 为 电磁 力矩 ； ． ， 为转动 惯量 为 电动机 转动 中的 阻力 和摩 擦力 ； １ ２ （ ｔ ） 为 电机转 速 ； Ｋ ｅ为 电势系数 ； Ｋ Ｔ为 转矩 系数 。
员 及 乘客 的安 全 ， 电 动 天 窗玻 璃 及 遮 阳帘 必 须 具 有 防夹功 能 ， 这 就 要 求 天 窗 的 运 行 电动 机 必 须 具 有 防 夹模块 。本文 着重 研 究 基 于霍 尔传 感 器 的 汽 车防 夹策 略 。
１ 天 窗系统模 型
Ｆ ＭＶ Ｓ Ｓ １ １ ８要 求 天 窗 关 闭 过 程 中 ， 距 离 终 点 ４～ ２ ０ ０ ｍ ｍ遇到障碍物阻挡 时， 天 窗 必 须 具 有 防 夹功能， 且 防夹 力要 求小 于 １ ０ ０ Ｎ。电 动天 窗要 启 动 防 夹功 能 ， 必 须 要 满 足 ３个 条 件 ： （ １ ） 天 窗 运 行
Ａ Ｂ
相
相
对上式进行拉普拉斯变换
（ ｓ ） ＝ Ｅ（ ｓ ） ＋尉 （ ｓ ）＋ Ｅ （ ｓ ）＝Ｋ ｅ ２（ １ ｓ ）
（ ｓ ）＝ Ｋ Ｔ Ｉ（ ｓ ）
脯
图３ 电动机正转霍尔信号
（ ｓ ）
． ， 舶 （ ｓ ）＝ Ｍ（ ｓ ） 一 ｆ ｏ（ ｓ ）
ｍ ｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｅ ｄ ，ａ ｎ ｄ ｗ ｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｔ ｏ ｓ ｔ ａ ｒ ｔ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ｔ ｉ — ｐ ｉ ｎ ｃ ｈ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｊ ｕ ｄ ｇ ｅ ｄ ．
【 关键词 】 汽车 霍尔信号 天窗 控制
上海汽车
２ ０ １ ６ ． １ １
・
２ ５・
输 出 Ａ相 超 出 Ｂ相 ９ ０ 。 （ 见图３ ） ， 反 转 时 Ｂ相 超 出
Ｉ 《 ｎ Ｅ ｍ
Ｌ
Ａ相 ９ ０ 。 （ 见图 ４ ） 。霍尔传感器产生脉 冲的个数 与被测对象位移量成正 比关 系 ， 因此通过脉 冲计 数就能准确计算 出被测对象的位置。计数时首先 对霍尔传感器输 出的两路 脉冲进行鉴相 ， 判 断电 动机正反转 ， 正转 时计数增加 ， 反转时计数减少 。 单位时间产生的脉冲数量可以计算 出电动机的转
速， 从 而 计 算 出 天 窗 的 运 行 速 度 。 电 动 机 转 速
Ｒ
图 ２ 永磁直流 电机 系统模型
Ｕ （ ｔ ）＝ Ｅ（ ｔ ）＋ ， （ ｔ ）＋
Ｅ（ ｆ ）＝Ｋ ｅ Ｏ（ ｔ ） （ ）＝ Ｋ ｒ １ （ ｔ ）
Ｖ ＝ ・ ２ （ Ｐ・ ｔ ） ， 其中 ｎ为脉冲计数个数 ， Ｐ为 电 动机 转 １圈产 生 的脉 冲个 数 ， ｔ 为 采样 周 期 。如 果 电动机转 １ 圈， 产生 ８ 个霍尔脉冲， 天窗玻璃移动 ２ ｍ ｍ， 假设 ０ ． ５ ｓ 时间采集到 ８ 个霍尔脉冲， 那么 电动机转速 为 ４ ａ ｔ ｒ ａ ｄ ／ ｓ ， 每个霍尔脉 冲玻 璃运行