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基于霍爾傳感器和電流紋波技術(shù)在電動(dòng)車車窗防夾中的應(yīng)用
溫州搏技科技有限公司 ? 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,人們追求更加舒適和便于操作的駕駛環(huán)境,因此,越來越多的汽車上安裝了電動(dòng)車窗,從而實(shí)現(xiàn)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(duì)兒童形成了安全隱患。這對(duì)于汽車的安全向提出了新標(biāo)準(zhǔn),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(xiàn)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(yīng)用于汽車始于20世紀(jì)90年代,當(dāng)玻璃上升途中遇到人力障礙時(shí)會(huì)自動(dòng)識(shí)別而反向運(yùn)行,防止乘員夾傷,實(shí)現(xiàn)防夾功能。由于該功能的重要性,在歐美新車型上都已成為標(biāo)準(zhǔn)配置,目前國(guó)內(nèi)新推出的高端車型已成為標(biāo)準(zhǔn)配置。由于低成本方案的推出,經(jīng)濟(jì)型轎車也開始逐漸配備應(yīng)用這一功能。而車窗位置判斷準(zhǔn)確是車窗的防夾功能的正常實(shí)現(xiàn)的前提。 ? ? 1、準(zhǔn)確判斷電動(dòng)窗位置的重要性 ? 法規(guī)規(guī)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(dāng)車窗在自動(dòng)上升過程中,如果車窗玻璃遇到障礙物,必須做出判斷后反轉(zhuǎn),并且防夾力要小于100?N。而法規(guī)規(guī)定的防夾區(qū)域是4?mm~200?mm(如圖1)。這就要求系統(tǒng)對(duì)車窗的位置進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算和判斷。 如果車窗位置計(jì)算不準(zhǔn)確會(huì)有以下后果: (1)?比如車窗在上升過程中在防夾區(qū)域內(nèi),如果車窗位置計(jì)算不準(zhǔn)確,系統(tǒng)判斷為防夾區(qū)域外。車窗可能遇到障礙物,但是不做防夾反轉(zhuǎn)。而是繼續(xù)上升玻璃。障礙物如果是人,導(dǎo)致把人夾傷。 (2)?車窗自動(dòng)上升過程中,如果車窗位置計(jì)算不準(zhǔn)確,車窗就會(huì)到頂部位置認(rèn)為在防夾區(qū)域內(nèi),遇堵后反轉(zhuǎn)。導(dǎo)致車窗不能關(guān)滿。 (3)車窗在上升過程中,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(dāng)重要的。 由以上三點(diǎn)分析可知,車窗位置判斷的準(zhǔn)確在防夾功能中,既有非常重要的意義。 2、電動(dòng)窗位置判斷的原理 從機(jī)械的角度講,電動(dòng)車窗砸升降時(shí),電機(jī)旋轉(zhuǎn)會(huì)帶動(dòng)鋼絲繩的運(yùn)動(dòng),從而帶動(dòng)車窗的上下開閉。電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一定的角度,鋼絲繩就相應(yīng)地運(yùn)動(dòng)一定行程,因此車窗運(yùn)動(dòng)的行程與電機(jī)的旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)成線性關(guān)系。通過計(jì)算電機(jī)旋轉(zhuǎn)的圈數(shù),可以間接算出車窗的位置。 2.1霍爾原理 電機(jī)的旋轉(zhuǎn)會(huì)使得霍爾傳感器產(chǎn)生脈沖信號(hào)。玻璃位置的檢測(cè)是通過對(duì)控制模塊中的霍爾傳感器發(fā)出的方波進(jìn)行計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)。軟件設(shè)計(jì)中通過單片機(jī)芯片的輸入捕捉功能記錄車窗運(yùn)行過程中的脈沖個(gè)數(shù),通過學(xué)習(xí),將車窗的上密封條記為位置0,而下密封條為大位置。在車窗上升過程中將位置計(jì)數(shù)器減1,上升到頂時(shí)位置計(jì)數(shù)器清0,下降時(shí)位置計(jì)數(shù)器加l。因此,可按照要求確定防夾區(qū)界限對(duì)應(yīng)的位置計(jì)數(shù)器的值。通過對(duì)位置計(jì)數(shù)器的值的檢測(cè)可以間接判斷玻璃的位置。 脈沖計(jì)數(shù)方式的關(guān)鍵問題在于位置記錄要精確,但在試驗(yàn)中卻存在電機(jī)切斷電源后依舊會(huì)發(fā)出幾個(gè)脈沖的問題,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(shù)不同。這些脈沖對(duì)車窗位置影響隨情況的不同而不。在車窗上下兩端堵轉(zhuǎn)時(shí),這些脈沖不太可能造成車窗位置的變化,而在中間位置停止時(shí)則有可能造成車窗位置移動(dòng),特別是下降途中人為停止時(shí)對(duì)車窗位置的影響更大。為了減小這種影響,與電機(jī)通電運(yùn)動(dòng)時(shí)位置計(jì)數(shù)一樣,在算法中捕捉這些脈沖。如果當(dāng)前為下降狀態(tài),則對(duì)電機(jī)斷電后產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行位置加法操作,如果當(dāng)前為上升狀態(tài),則對(duì)電機(jī)斷電后產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行位置減法操作。 2.2紋波原理 電機(jī)有磁極、轉(zhuǎn)子線圈、換向器組成。根據(jù)右手定律轉(zhuǎn)子線圈通電后再磁極磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)到磁場(chǎng)邊緣是磁場(chǎng)變?nèi)?,電?dòng)勢(shì)減小,電流增大。換向器改變轉(zhuǎn)子線圈的電流方向,重新進(jìn)入磁場(chǎng)電動(dòng)勢(shì)增大,電流減小。轉(zhuǎn)子線圈不斷轉(zhuǎn)動(dòng)、電動(dòng)勢(shì)和電流不斷變化,從而紋波不斷產(chǎn)生。所以紋波是電機(jī)的固有特性,通過計(jì)算紋波的個(gè)數(shù)就能計(jì)算出轉(zhuǎn)子換向的次數(shù),就能計(jì)算出窗戶的相對(duì)位置,結(jié)合時(shí)間就能得出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。由于電機(jī)在啟動(dòng),停止,反轉(zhuǎn),堵轉(zhuǎn)時(shí)的紋波特征不明顯。如圖5和圖6,不能精準(zhǔn)的計(jì)數(shù)紋波個(gè)數(shù)。只能通過算法進(jìn)行補(bǔ)償。這樣紋波計(jì)數(shù)必然和實(shí)際的必然存在誤差。而這誤差隨著車窗操作次數(shù)的增加,誤差也會(huì)跟著累積。 ? 3、電動(dòng)窗位置判斷的原理 從機(jī)械的角度講,電動(dòng)車窗砸升降時(shí),電機(jī)旋轉(zhuǎn)會(huì)帶動(dòng)鋼絲繩的運(yùn)動(dòng),從而帶動(dòng)車窗的上下開閉。電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一定的角度,鋼絲繩就相應(yīng)地運(yùn)動(dòng)一定行程,因此車窗運(yùn)動(dòng)的行程與電機(jī)的旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)成線性關(guān)系。通過計(jì)算電機(jī)旋轉(zhuǎn)的圈數(shù),可以間接算出車窗的位置。 4、霍爾傳感器的方案 此方案在電機(jī)軸上安裝磁環(huán),在磁環(huán)附近安裝霍爾傳感器,當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)磁環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng),在霍爾傳感器上感應(yīng)出高低電平的脈沖信號(hào),脈沖的個(gè)數(shù)反映了電機(jī)的位置,脈沖的頻率反映了電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 當(dāng)電動(dòng)車窗上升并遇到障礙物是,阻力變大,電機(jī)變大,電機(jī)轉(zhuǎn)速將減慢,對(duì)應(yīng)脈沖的信號(hào)的脈寬將變大,此時(shí)系統(tǒng)會(huì)向ECU模塊報(bào)告信息,ECU向繼電器或電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片發(fā)出指令,使電機(jī)停轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn),從而令車窗停止或下降,實(shí)現(xiàn)防夾判斷。 DRV5013-Q1是一款雙極性霍爾效應(yīng)傳感器,具有寬工作電壓范圍(2.7至38V)和高達(dá)-22V的反極性保護(hù),使得該器件廣泛用于各種汽車應(yīng)用。此外該器件還具有拋負(fù)載、輸出短路和過流等內(nèi)部保護(hù)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(jī)遇紋波計(jì)數(shù)的無傳感器方案可以節(jié)省磁環(huán)、霍爾傳感器及相關(guān)線束的成本。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(jì)數(shù)無傳感器方案將成為未來電動(dòng)車窗夾的發(fā)展趨勢(shì)。 5基于紋波技術(shù)的無傳感應(yīng)器方案 波紋計(jì)數(shù)的無傳感應(yīng)器方案是利用轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,電刷在電極間切換產(chǎn)生電流紋波,并對(duì)這種電流波動(dòng)進(jìn)行采樣、分析和控制。 此方案首先通過采樣電阻將電機(jī)電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào),并通過運(yùn)放對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行濾波和放大,放大后的信號(hào)一路經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)給到MCU,作為防夾及堵轉(zhuǎn)的判斷依據(jù),另一路通過濾波器和比較器得到方波信號(hào),此方波的頻率和電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比。通過方波的個(gè)數(shù)和頻率可以判斷電機(jī)的位置和轉(zhuǎn)速。 參考設(shè)計(jì)TIDA-01421提供了一種無傳感器的紋波防夾方案。該設(shè)計(jì)主要分為以下幾個(gè)部分: 電流檢測(cè)放大 INA240-Q1是一個(gè)寬共模范圍,高精度,雙向電流檢測(cè)放大器。該器件具有–4V至80V的共模范圍,120dB的超大共模抑制比,能夠提供準(zhǔn)確,低噪聲的測(cè)量結(jié)果。 應(yīng)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(jī)電刷產(chǎn)生的噪聲和潛在的PWM開關(guān)噪聲。 帶通濾波器 電流檢測(cè)放大器的輸出通過有源帶通濾波器進(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號(hào)。
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汽車散熱風(fēng)扇選擇--有刷電子風(fēng)扇與無刷電子風(fēng)扇的區(qū)別
博技科技 得益于國(guó)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(shù)的發(fā)展。作為汽車?yán)鋮s系統(tǒng)必需的組成部分,汽車散熱風(fēng)扇性能也得到廣泛關(guān)注。在如何選擇新能源汽車散熱風(fēng)扇方面,越來越多的用戶已經(jīng)不再單單看重價(jià)格,散熱風(fēng)扇壽命、噪音、轉(zhuǎn)速、穩(wěn)定性等都成為必須要考慮的因素相比傳統(tǒng)機(jī)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(yīng)用越來越普遍。根據(jù)不同的劃分標(biāo)準(zhǔn),汽車電子風(fēng)扇可以分為不同類型。有的汽車使用有刷電子風(fēng)扇散熱,有的使用無刷電子風(fēng)扇散熱。那汽車電子風(fēng)扇到底有刷風(fēng)扇好還是無刷風(fēng)扇好呢?今天,我們就來交流一下汽車有刷電子風(fēng)扇和無刷電子風(fēng)扇的區(qū)別。(注意:只有電子風(fēng)扇才存在有刷與無刷的區(qū)別,電子風(fēng)扇是一種內(nèi)置電動(dòng)機(jī)、需要接通電源才能工作的風(fēng)扇。) 1、電子風(fēng)扇結(jié)構(gòu)不同 汽車有刷電子風(fēng)扇和無刷電子風(fēng)扇在結(jié)構(gòu)上大的不同就是碳刷。有碳刷的叫有刷風(fēng)扇,無碳刷的叫無刷風(fēng)扇。碳刷是電子風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)固定部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分之間用來傳遞能量或信號(hào)的裝置。一般來說,碳刷是純碳加凝固劑制成,這也是為什么稱之為“碳刷”的原因。碳刷卡在金屬支架上,里面有彈簧把它緊壓在轉(zhuǎn)軸上,電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候,將電能通過換相器輸送給線圈。 2、電子風(fēng)扇壽命—耐用程度不同