汽车电动车窗霍尔防夹与纹波防夹培训课件

二、霍尔防夹
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❖ 霍尔脉冲产生电路：
霍尔电源电压Vcc=5V±0.5V，输出2相脉冲信号，占空比50%±10%； 低电平UL≤0.1Vcc，高电平UH≥0.9Vcc；信号口电流5--30mA。
每个脉冲信号周期（T）门窗移动1.07mm
二、霍尔防夹
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双霍尔元件在电机转动上升时产生的波形：
二、霍尔防夹
1、软件进行脉冲补偿 2、通过上堵转进行零位校准 3、下堵转进行行程校准。
碳刷长时间摩损，造成采样信 号异常
造成电机脉冲与实际窗的行程 ，位置产生误差，可成造成防 夹失效。
1、扭矩小、电流小、不易采 集纹波信号 2、换向器不均匀，造成采集 信号不均匀造成脉冲误差 3、漆包线质量不稳定，换向 片间的电流不一致，造成采样 误差。
一、电动车窗夹
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电动车窗防夹的设计要点 ：
1、判定当前车窗玻璃是在升还是在降； 2、确定车窗玻璃的当前位置； 3、确定车窗电机的当前负载； 4、异常情况发生时的快速实时响应； 5、防夹算法的鲁棒性（稳定性）和自适应性； 6、驾驶员对车窗系统的优先控制权。
二、霍尔防夹
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❖ 车窗霍尔防夹简介：
车窗控制电机旋转会带动车窗的上下移动。在车窗移动过程中，电
采用检测电机工作电流值，结合由电流纹波转化而成的方波信号作为防夹检测手 段。需要实际测量车窗升窗过程中的一些基本参数，作为防夹判断依据。因此， 防夹系统通电后有两种工作状态：参数设计与学习状态、电机工作状态检测与控 制的正常应用状态。
要使系统处于参数设定与学习状态时，利用按键系统测量正常升窗过程，外加阻 力在升窗过程两种工作状态的工作电流、电流纹波周期，以及正常升窗时电机堵 转前几个电流纹波周期和和对应的电流值，并保存在MCU内作为参考值，这样 就可以根据外部使用条件变化，方便随时进行防夹参数调整设置，如车门变形、 胶条老化变紧、不同季节温差变化等情况。
❖ 备注：波形与霍尔防夹相同，不同之处在于方波周期。
三、纹波防夹
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纹波防夹设计思想：
三、纹波防夹
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❖ 纹波防夹主要设计思想（备注：与霍尔类同）：
电机旋转一周则会产生数量为N（电极极数）的电流纹波，车窗的行程与电流纹 波的数量呈线性关系，只要能检识别出电流纹波的数量就能计算出车窗的行程， 也就能确定车窗的位置。
电机的转矩正比于每极磁通和电枢电流。
❖ 车窗防夹功能的实现，本质上是对车窗电机扭矩变化的辩识，当车窗 碰到障碍物时，为了克服阻力，车窗输出转矩会随之增大，所以流过 的电流也会随之增大，因而可以将车窗电机电流作为防夹的判断依据 对其进行采样。
❖ 但在防夹应用中，位置检测非常重要，一方面通过检测车窗位置判断 车窗是否处于防夹区域之内，防夹功能是否需要被激活；同时另一方 面玻璃在上升过程中不同位置的电流可以作为判断参考值，对于判断 防夹精度有着重要的意义。
纹波防夹失效原因及对策
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序 失效条件 号 1 继电器切换：
1、夹到东西后退回 2、窗中途上下操作 3、窗运行中人为掉电 4、异常断电 5、电压突降 2 碳刷长时间摩损变形
3 窗机构拉索长时间使用松驰
4 电机质量影响
造成脉冲丢失的原因
对策
电机动行换向是依靠继电器吸 合或释放来进行，继电器吸合 或释放时有3~5MS时间，正 常纹波周期为1~2MS，也就 是换向时造成脉冲丢失。
当系统诊断到继电器出现粘连时，系统会禁 止操作开关，同时将继电器另一端控制为与 粘连端相同的电平，从而保证电机处于停止 状态。
三、纹波防夹
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车窗纹波防夹简介：
❖ 电机转矩：T=CT*Φ *Ia
其中 T为电机转矩，CT 为转矩常数（对于已制造的电机为常数）, Φ 为每极主磁通, Ia 为电枢电流。
可靠性：
霍尔：非常可靠，技术成熟，继电器切换不会丢失脉冲
纹波：天生缺陷为继电器切换时一定会丢失脉冲（可以软 件补偿解 决），但是，电机在碳刷出现一定磨损变形的情况下可能会出现一些未 知风险，如不防夹或误防夹，所以可靠性稍差 。
四、霍尔防夹与纹波防夹比较
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失效模式：
霍尔： 1、信号通道失效。 2、霍尔器件失效。 3、磁环充磁不对称（要求磁环充磁对称均匀）。 4、接插件的可靠性（进水、接触不良）。 5、霍尔元件安装位置与磁环的距离。
正常使用状态下，操作车窗玻璃上升时，同时检测电机电流值和电流纹波脉冲周 期，在电流达到防夹阀值时，若纹波脉冲周期变化很快，且电流纹波脉冲周期急 剧增大且大于50毫秒，即可判断正常到顶，可快速使电机断电。在防夹区域时， 当脉冲周期变化相对缓慢，电机运行速度减慢，电流在增大，纹波脉宽不断增大， 脉宽加速度不断增大时基本为遇阻夹住东西，这时MCU需要控制电机启动防夹 反转，可用脉冲个数记录车窗下降距离，最小距离大于100毫米。
二、霍尔防夹
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防夹发生时的霍尔脉冲方波波型：
霍尔失效模式分析
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No
故障模式
1 不防夹
程序出现异常 2 MCU发生故障
失效条件
解决方法
采集电路元器件异常 霍尔元件故障 霍尔通道接插件进水或接触不良
当系统诊断到脉冲信号异常时，系统就取消 自动上升功能，但仍可以操作点动升降，从 而保证功能和安全。
软件自动判断失效模式后，取消 防夹功能，只有手动上升及自动 下降功能，此时建议更换电机即 可解决。 软件自动校正。
电机质量有一定要求
四、霍尔防夹与纹波防夹比较
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信号模式不同：
霍尔：取样电机的转向霍尔脉冲；
纹波：取样电机碳刷的纹波信号。
成本：
霍尔：成本较高（霍尔电机）；
纹波：成本较低（普通电机）。
纹波： 1、容易受电机碳刷磨损影响 2、天生的致命缺陷系继电器切换时一定会丢失脉冲， 需要用软件进行脉冲补偿，补偿会产生累计误差。
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THANKS
机转动的圈数和车窗的运动距离成正比，电机转子转动一周，会使霍 尔传感器产生N个方波脉冲信号。当车窗从最顶部位置下降到底部的 过程中，可以通过MCU对霍尔传感器输出的脉冲信号进行计数，从 车窗的最顶端到最底端的脉冲数，记录在MCU中，作为标定行程的 基准。
在操控上升下降的过程中，最顶端脉冲数为零且计数从零开始，上 升过程根据当前的计数值进行减计数，下降过程根据当前的计数值进 行加计数。因此，通过霍尔传感器的脉冲输出及计数方案可实时确定 车窗的当前位置，并根据欧洲74/60/EEC和美国FMVSSll8标准的规 定确定车窗是否在防夹区域。测量过程中脉冲计数的误差可忽略不计 ，对于长期运行中可能造成的误差系统会通过上下堵转自动标定的方 式加以解决。
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双霍尔元件在电机转动下降时产生的波形：
通过双霍尔元件所产生的波形，据H1和H2脉冲的相位即可判断出电机运行的方向。
二、霍尔防夹
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❖ 电机运行时霍尔产生的脉冲波形（实测）：
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二、霍尔防夹
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❖ 霍尔防夹主要设计原理：
二、霍尔防夹
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❖ 霍尔防夹主要设计原理：
检测电机工作电流，结合电机转动产生的霍尔方波脉冲信号作 为防夹检测手段。实测升窗过程中的一些基本参数，作为防夹判断依据。 因此，防夹系统通电后有两种工作状态：参数设计与学习状态、电机工 作状态检测与控制的正常应用状态。
三、纹波防夹
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电机结构（使用普通电机）：
三、纹波防夹
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电机转动时流过碳刷的电流发生了什么？
三、纹波防夹
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电流纹波是如何产生的？
三、纹波防夹
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纹波信号是如何采集的？
三、纹波防夹
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纹波信号的调理：
三、纹波防夹
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纹波信号如何调理为方波信号？
三、纹波防夹
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纹波防夹时的电流纹波转换的方波波型：
二、霍尔防夹
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❖ 霍尔防夹的主要设计原理：
正常使用状态下，操作车窗玻璃上升时，同时检测电机电流值和霍尔脉 冲周期，在电流达到防夹阀值时，若霍尔脉冲周期变化很快，且霍尔脉 冲周期急剧增大且大于50毫秒，即可判断正常到顶，可快速使电机断电。 在防夹区域时，当脉冲周期变化相对缓慢，电机运行速度减慢，电流在 增大，霍尔脉冲脉宽不断增大，脉宽加速度不断增大时基本为遇阻夹住 东西，这时MCU需要控制电机启动防夹反转，可用脉冲个数记录车窗下 降距离，最小距离大于100毫米(小孩的头可以移开) 。
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汽车电动车窗
霍尔防夹与纹波防夹培训课件
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❖ 一、电动车窗防夹 ❖ 二、霍尔防夹 ❖ 三、纹波防夹 ❖ 四、霍尔与纹波比较
一、电动车窗防夹
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❖ 目前车窗防夹的两种方案：
A、霍尔防夹：
基于霍尔传感器输出脉冲来而获取车窗位置及行程的电动车窗防 夹系统。被众多主机厂采用，是主流方案。
B、纹波防夹：
基于车窗电机在转动过程中碳刷与换向片之间的电流纹波而获取车 窗位置及行程的电动车窗防夹系统。成本较低，可靠性较霍尔方案低 ，国内外资只有大众在迈腾、晶锐上采用，国内品牌只有海马S5批量 使用。
二、霍尔防夹
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❖ 霍尔防夹的主要设计原理：
设定与学习状态时，利用按键系统测量正常升窗过程，外加阻力在
升窗过程两种工作状态的工作电流、霍尔脉冲周期，以及正常升窗时电 机堵转前几个霍尔脉冲周期和对应的电流值，并保存在MCU内作为参考 值，这样就可以根据外部使用条件变化，方便随时进行防夹参数调整设 置，如车门变形、胶条老化变紧、不同季节温差变化等情况。
当遇到非常强列的信号干扰时， 一般情况不易出现，因为有抗外 部干扰的硬件保护电路
通过硬件看门狗随时对程序进行监控，当M CU发生故障程序出现异常时，因不能执行 喂狗程序，看门狗会进行复位和重起CPU
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导电胶不能回弹，一 直有指令输入
执行机构出现卡塞
继电器出现粘连 4 导致连续通电
非常规操作
当系统检测到有指令输入时，便会执行电机 动作，但是当系统检测到车窗到顶或者到底 时，便会停止电机动作。如果电机一直运行 又不发生堵转，12秒后自动切断电机电源， 同时禁止操作开关，直到导电胶回弹后功能 自动恢复
一、电动车窗防夹
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防夹设计参照标准：
1、欧洲74/60/EEC。 2、美国FMVSSll8。 3、国标GB 11552-2009
一、电动车窗防夹
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❖ 防夹区间标准：
4mm
210mm
上左图中，e = 上密封条宽度，Lh = 4mm无防夹区
无防夹功能 防夹区间
从上密封条下沿4mm-210m区间，如上右图所示