摘要：介绍电动车窗的组成；通过建立防夹电动机的机械特性和电气特性模型并进行参数运算，研究了防夹模型的理论基础，得到电动机阻力和电流的关系以及车窗位置D的计算关系等；最后分析了防夹系统的硬件设计和软件设计。为电动车窗的设计提供最优化的方法。
    电动车窗是现代汽车不可缺少的零部件之一，一般由主控开关、车窗控制开关、玻璃升降器等部件组成。早期的电动车窗没有防夹功能，车窗升降过程中的推力大，在车窗升降过程中容易夹伤乘客和人员。据研究，电动车窗关闭过程中，向上推动的力量最强可达56.2 kg，最弱的也有16.6 kg，尤其是有窗框的电动车窗，力量通常较大，约在32.2～52.6 kg之间。
    随着人们对安全要求的不断提高，电动车窗的防夹功能越来越受到消费者和主机厂的重视。欧美发达国家制定了相应的法规，如欧洲的74/60/EEC法规，美国的FMVSS118法规，都确定了防夹电动车窗为汽车的标准配置，以提升行车的安全性和操作的人性化程度。我国对车窗防夹的应用虽然没有强制规定，但在国内车型上的应用也越来越广泛。

    1 电动车窗防夹设计
    1.1防夹系统的组成
    车窗的防夹控制系统一般由电动机、减速器、柔性连接、车窗、滑轨、密封条等部件组成，如图1所示。图2为电动车窗系统装配图。防夹控制系统中的电动机一般采用直流电动机，它具有质量轻、体积小、噪音低、抗干扰、运行可靠等特点。由于电动机的转速很高，不能直接输出用于驱动车窗，而是需要将电动机减速到合理的范围内来操控车窗的运动，因此，蜗轮蜗杆的减速器一般和电动机集成在一起，以减小体积，提高效率，如图3所示。实现车窗防夹位置的判断则是通过集成在电动机系统电子模块里面的霍尔传感器，如图4所示。

    1.2防夹设计原理
    电动车窗系统是一个由电动机提供动力，通过减速机构和滚轮实现减速和增加提升力的机构，实现了电动机旋转运动到玻璃升降运动的转换。通过构建电动机和传动机构的系统模型，可以更加准确地阐述车窗防夹的原理。
    首先建立防夹电动机的机械特性和电气特性模型，如图5所示。



式中：U（t）----电枢两端电压，V；e（t）----反电动势，V; L----电枢自感，H;J----转动惯量，Nm/（rad·s2）; R—电枢等效电阻，Ω; Ω（t）----电动机转速，rad/s ; i （t ）----电动机电流，A; f----电动机转动中的阻力和摩擦力系数，Nm/ （rad· s2） ;T（t）----电动机转矩，Nm; k----常数系数。
    我们对式（1）～式（4）进行拉普拉斯变换，得到频域内的关系式如下


    由式（9）可以看出，由于电枢两端电压、电动机转动惯量对于一个确定的电动机系统固定不变，所以当式（（9）中f增大时，I必随之增大，关系式才满足。
    即当车窗在上升过程中遇到障碍物时，阻力增大，从而电动机转速变小，电流随之增大。而电动机转速变小会造成霍尔信号的脉宽增大。利用这一特性，通过霍尔信号脉宽或者电动机电流的变化来判断车窗是否遇到障碍物，从脉宽宽度的大小判断夹物力的大小，进而最终确定是否产生防夹作用。
    防夹控制直流电动机机械动力输出存在以下关系

    式中：Te----电动机转矩，Nm;Tl，----负载转矩，Nm; T1----负载转矩中与转速无关的分量，Nm; B----粘滞摩擦系数；r----卷扬轮半径，m;n----机械传动比；m----车窗质量，kg; fv----滑动摩擦系数，N/ms-1；Fs----静摩擦力，N; D----车窗位置，m;g----重力加速度。
对式（10）～式（12）进行拉普拉斯变换

    将直流电动机电枢回路与机械动力回路方程相结合，可以得到车窗位置D的关系式如下

    从以上分析可以看出，电动车窗要产生防夹作用，必须满足如下条件：①电动车窗处于自动上升过程中；②电动车窗处于防夹区域中；③电动车窗遇到的阻力超过防夹力。
    为了满足第1个条件，还要进行车窗运行方向的检测。通过采集电动机电枢两端的电压信号，并对其进行A/D转换，比较数字信号的值，从而确定电动车窗是否处在自动上升阶段以及具体的位置信息。

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