汽车车窗玻璃升降防夹失效模式解析

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10.16638/ki.1671-7988.2018.05.013
汽车车窗玻璃升降防夹失效模式解析
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）
摘 要：汽车玻璃升降器是关系到乘员乘坐舒适性并满足汽车安全防盗的重要部件。

文章主要从汽车玻璃升降器防夹原理方面入手，解析汽车车窗玻璃升降防夹失效模式，并结合众泰xxA 项目玻璃升降器防夹失效现象，总结出防夹软件程序逻辑式失效模式。

关键词：玻璃升降器；防夹原理；失效模式分析
中图分类号：U462.2 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2018)05-42-03
Failure mode analysis of glass for vehicle window lifting and anti pinch
Fang Chuanyun, Zhang Yunfeng, Li Jian, Zhao Weigang
( Zotye Automobile Engineering Research Institute, Zhejiang Hangzhou 310018 )
Abstract: The automobile glass elevator is an important component which is related to the comfort of passengers . The safety and security was one of the key elements of the motor vehicle.Starting from the principle of anti pinch for automotive glass lifter, this paper analyzes the failure mode of glass for vehicle window lifting and Anti-Pinch.This paper summes up the logical failure mode of anti clip software program. Combined with anti clamping failure phenomenon of glass elevator with Zhongtai xxA project, the logical failure mode of anti clip software program is summed up in this paper. Keywords: glass-frame riser; principle of anti-pinch; FMEA
CLC NO.: U462.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2018)05-42-03
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
方传运 等：汽车车窗玻璃升降防夹失效模式解析
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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
注) 阀值单位为：时间常数/脉波宽 (7182/芯片时钟tick 数)，即脉波宽转换为运行速度参考。

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
汽车实用技术
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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
注）当20ms 级别的讯号与10ms 级别的讯号冲突时，优先处理10ms 优先级讯号；即当优先级底的讯号遇到高的讯号时，先处理优先及高的讯号。

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。

图9 防夹软件未知信号处理示意图
3.3 避免程序逻辑防夹失效模式措施
（1）更新LIN 矩阵：
表
2
（2）根据最新LIN 信号内增加的节点优化防夹软件，当优化后的防夹软件进行处理LIN 信号时有足够的时间进行处
理，从而防止其他信号时间被占用。

（3）调整Hall 讯号的处理优先级，当Hall 与其他讯号共同存在时，优先处理Hall 讯号，防止霍尔信号丢失。

4 结论
本文主要是根据众泰xxA 项目玻璃升降器异常故障，采用玻璃升降器失效模式框图表排查，最后排查因为Hall 序号丢失导致玻璃异常，此故障为程序逻辑防夹失效模式：（1）更新LIN 矩阵（2）优先级处理Hall 讯号，为众泰其他项目开发玻璃升降器提供参考意义。

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