11.基于Freescale单片机的防夹玻璃升降器的研制

２ＯＯ６年第８卷第３期　总第７８期　巢湖学院学报　Ｃｈａｏｈｕ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　Ｎｏ．３．，Ｖｏ１．８．２００６　Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｎｏ．７８　

基于Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ单片机的防夹玻璃升降器的研制　

陈兆龙１范庆波２　

（１巢湖学院国有资产管理处，安徽巢湖２３８０００）　

（２合肥机械通用研究所，安徽合肥２３００００）　

摘　要：介绍了一个基于Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ单片机的防夹玻璃升降器的实现方案。讨论了防夹玻璃升　

降器设计原理，给出了用单片机ＭＣ９０８ＱＹ４ＭＰ和智能模拟器件ＭＣ３３３８９Ａ、ＭＣ３３８８４和　

ＭＣ３３４８６等实现防夹玻璃升降器具体电路原理图和解决技术的问题。　

美键词：Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ；单片机；防夹；玻璃升降器　

中图分类号：ＴＨ１２２文献标识码：Ａ文章编号：１６７２—２８６８（２００６）０３－００９０－０３　

１　１　言　为适应提高轿车舒适性的发展需要。现代轿　

车车窗玻璃的升降一般都用按钮式的电动升降　

来实现。司机或乘员按下按钮就可以控制车窗玻　

璃的升降。十分方便。但是对于没有防夹功能的　

电动车窗。如果司机没有注意到乘员的手、头或　

物件伸出窗Ｉ＝１，就容易被上升的玻璃夹住。以至　

于造成危险。然而，随着控制技术的发展，特别是　

电子模块控制形式的广泛应用。使得轿车的舒适　

性和安全性功能相得益彰不断提高。防夹电动玻　

璃控制器亦应运而生。　

２防夹玻璃升降器设计原理　

２．１　防夹玻璃升降器组成　

防夹玻璃升降器总成分两部分：升降机部分　

和电机部分。　

升降机部分采用单臂式绳轮式升降机。这　

部分结构原理简单，这里不作叙述。　

电机部分一般电动玻璃升降器结构的关　

键是电机（内置减速器），其中电机采用可逆性永　

收稿日期：２００６－０２—２４　作者简介：陈兆龙（１９６３一），男。巢湖学院物理系副教授。　

９０　磁直流电机。电动机内有两组绕向不同的磁场线　

圈。通过开关的控制可做正转和反转来实现升　

降。而防夹电机是在一般电机的基础上增加传感　

器，开关控制部分中添加处理元件来实现防夹功　

能。在电动机中埋植磁环，感应电机转速。在电子　

模块中埋植霍尔元件。感应电流并通过电子模块　

控制对电动机的过流、过压及过热保护。而且当　

玻璃上升途中遇到人力障碍时会自动识别而反　

向运行，防止乘员夹伤。防夹电机部分主要包含　

直流电机（内置减速器）和感应器两部分。　

（１）直流电机　

直流电机的质量直接关系到电动玻璃升降　

器的正常工作，它一定要具有体积小、重量轻、防　

护等级高、噪声低、电磁干扰小、运行可靠等特　

点，并要求有良好的耐久性、水密性、耐热、耐腐　

蚀、耐振动、阻燃等性能。　

（２）感应器　

为了保证玻璃升降机具有防夹功能。要求设　

计和研制的控制器必须包含两种功能．即：

　维普资讯 http://www.cqvip.com ，　●判定玻璃是在防夹区还是非防夹区：　●判定玻璃是否遇到障碍物。　

如果控制器判定玻璃处在防夹区，并且玻璃　

遇到障碍物。则控制器将发出指令，给电机两端　

输出反向的电源，促使电机反转，并在反转一段　

时间内停止。　

为了能实现控制器的这两种功能．则电机的　

感应器必须具备以下功能：　

●采集并输出玻璃所处区域的信号：　

●采集并输出电机转速的脉冲信号。　

因此感应器应包含两部分。位置感应器和转　

速感应器。　

２．２防夹功能设计原理　

（１）玻璃所处区域的信号采集　

关闭玻璃的过程中，可能遇到障碍物，同时　

玻璃关闭时最终必然会接触到上侧门框上的玻　

璃导轨胶条。为了既能实现防夹功能，又可以最　

终关闭玻璃。一般的在玻璃上升的区间内即从玻　

璃的上死点到下死点范围内划分为两个区间。　

非防夹区：从玻璃上死点到以下某一范围　

（一般玻璃升降机的非防夹区为玻璃上死点到以　

下ｌＯｍｍ左右）。该区域内即便玻璃上升时遇到　

障碍物，电机也不会反转。以保证玻璃遇到上侧　

门框上的玻璃导轨胶条时会停止而不是反转。　

防夹区：非防夹区以外的区域。该区域内，玻　

璃上升时遇到障碍物。电机会反转一段距离后　

（如１２０—１５０ｍ￣）停止。以确保不会夹伤人体的某　

部位如手、手臂等。同时也起到自保护作用。不会　

因过载而损伤电机。　

防夹区和非防夹区的识别及玻璃所处区域　

信号采集：　

如下图１所示电机旋转，带动１拨叉齿轮，　

又通过３从动齿轮带动２内齿圈；其传动比位为　

３６：１９，起到减速的作用。５调整钢圈为开口的钢　

丝环，两端伸出３ｍｍ左右的一段钢丝。调整钢圈　

套在２内齿圈外侧。内齿圈旋转时靠与调整钢圈　

间的摩擦力带动调整钢圈同步转动。调整钢圈两　

端伸出钢丝又带动定位环套同步旋转；定位环套　

上部有止动块，下部有突出结构，其作用在于当　

止动块在接触６基板限位块前的一段距离内　

（１１．５￣２．５ⅡｌｌＩ１）触发常闭状态的限位开关断开；这　

样就可以采集并输出了玻璃已经上升到非防夹　区内的信号。　

图１：玻璃所处位王的信号采集机构　

（１一拨又齿轮；２一内齿圈；３一从动齿轮；４一定位环套；　５一调整钢圈；６＿基板限位块；７一限位开关）　

（２）障碍物的信号采集　

障碍物、信号采集及输出是通过固化到电机　

内部的传感器来实现的。电机顺时针旋转，玻璃　

上升，此时会在感应器的输出端产生脉冲信号，　

当玻璃上升过程中遇到障碍物时，电机的转速会　

变慢，从而改变了感应器输出的脉冲信号，控制　

器对脉冲信号判断，如果脉冲信号的频率ｆ满足　

以下条件：　

ｆ≥ｆ阀值　

则控制器判定玻璃遇到障碍物。其脉冲信号　

示意图２如下：　

图２：玻璃受到异常阻力前后的脉冲信号示意图　

（３）上死点的自修正　

当升降机与电机装配成玻璃升降器时会预先　

设定一个上死点称为假上死点，假上死点通常设　

定在与车门装配的实际上死点的下方某一位置。　

如果假上死点在实际上死点的下方，则在玻璃升　

降器与车门装配后，通过玻璃升降器作动，假上死　

点会自动调整到实际上死点的位置。其原理如下：　

首先电机顺时针作动，玻璃上升，同时４定　

位环套转动，当玻璃进入非防夹区（距离假上死　

点下方ｌＯｍｍ左右）定位环套下部的突出结构会　

触发常闭状态的限位开关，使之断开；电机继续　

９１

　维普资讯 http://www.cqvip.com 作动较短的时间后，定位环套上部的止动块会接　

触到基座，此时，玻璃上升到假上死点，由于初始　

设定的假上死点位于实际上死点下方。故虽然玻　

璃上升到假上死点，但距离上方的玻璃导轨胶条　

还存在一定距离，因此玻璃会继续上升，由于定　

位环套的止动块已经接触到基座，无法继续转　

动，而内齿圈在电机的带动下与调整钢圈发生相　

对滑动。直至玻璃上升到上方的玻璃导轨胶条而　

停止。这样装配后的玻璃上死点与电机的定位环　

套的止动块的位置实现了一致。　２．３控制嚣（ＥＣＵ）的设计和实现原理　

以上是对玻璃升降的设计和分析。对电动玻　

璃升降器进行改造，采用飞思卡尔（Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ）公　

司半导体技术，现已研制出新一代的汽车的防夹　

轿车电动玻璃升降器。它采用飞思卡尔　

（Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ）公司技术，以该公司的８位嵌入式单　

片机为核心构成汽车门窗电子控制单元，形成一　

个以部件控制为目标且相对独立的ＬＩＮ总线控　制系统。在实现防夹等基本功能的同时，使车窗　

的控制更为便捷、可靠、节能和安全。　

防夹车窗控制器系统的电原理图如３所示，　

中央微控制器选用飞思卡尔的８位ＭＣ９０８ＱＹ４ＭＰ，　

双路低速开关等外围组成部份分别采用该公司　

生产的具有相应功能的智能模拟器件，主要有　

ＭＣ３３３８９Ａ、ＭＣ３３８８４和ＭＣ３３４８６等。　

打开汽车电开关后，微控制器ＭＣ９０８ＱＹ４ＭＰ　

自动唤醒和复位．通过ＭＣ３３２９０对系统进行诊　

断，若有故障在监测面板灯上指示并报警。若一　

切正常，微控制器对按键进行扫描检测各触点，　

按下车窗上、下键后电机受ＭＣ３３４８６控制作正　

反运转，微控制器同时对玻璃行程进行检测，在　

到达车窗起点或终点时，微控制器控制电机作软　停运行，并通过惯性使车窗全开或关闭，其中上　升过程中在防夹区遇到障碍物时，霍尔传感器把　

感应到的电机电流变化信号传至微控制器，再通　

过ＭＣ３３４８６控制电机停机、反转使玻璃下降至　

防夹区的起始位置。　

３防夹玻璃升降器设计和研制主要解决的　

技术问题　

３．１　电源供给系统　

电源供给系统在任何汽车系统设计中都是　

最重要的子系统之一，整体功耗、电池反极保护、　

汽车跳启、车辆噪声和汽车休眠都是必须考虑的　

因素。飞思卡尔公司的系统基础芯片ＭＣ３３３８９Ａ　

具有二个电源整流器，专为ＭＣＵ和外围器件提　

供电源。片上提供低速ＣＡＮ接口和３路唤醒输　

入端并具有系统保护功能。输入电源直接来自车　

载电池，只需加一个外部二极管就能达到电池极　

性保护的目的；外部导通晶体管允许调整二次电　

源，使之满足每种特殊应用所需的功耗极限要　

求，还能根据要求切断所选外围设备的供电，并　

以此达到减低功耗的目的，所提供的低功耗休眠　

模式，系统电流可减至４０ｕＡ；ＭＣ３３３８９Ａ可在所　

有过压条件下完成保护动作．功率ＭＯＳＦＥＴ工艺　

技术的应用也使本器件在电池电压低至４．５Ｖ时　

还能正常工作，当电池电压低至３Ｖ时能输出电　

池故障告警信号：该电源系统还有过温保护功　

能，温度到１６０摄氏度时将进行内部热关断处　

理，温度在１３０摄氏度时会输出告警信号。　

３．２输出系统和马达控制　

飞思卡尔公司提供的具有２个高端的　ＭＣ３３４８６开关是专为驱动汽车负载设计的。这种　

器件能直接控制２个功率达６０Ｗ的高端负载。　

ＭＣ３３４８６器件还内建了处理与自炽有关的浪涌　

电流的功能。ＭＣ３３４８６是一个完整的Ｈ型桥式　

驱动器。该器件具有大于５Ａ的连续电流驱动能　

力，因此非常适合用于锁定马达、天线马达或雨　

刷泵。ＭＣ３３４８６还具有高端电流传感反馈功能可　

根据实时的马达电流反馈修正马达的驱动频率　

和负载循环。就象灯驱动器那样，当检测到过流　

状态时它能够自动对输出进行脉宽调制。　

ＭＣ３３４８６器件能完全控制Ｈ桥激活方向和负载　

的中断控制。　

（下转第９５页）

　维普资讯 http://www.cqvip.com