汽车玻璃升降系统防夹功能分析研究

王海青，李彦锋，杨天征，苏春阳

（奇瑞汽车股份有限公司，安徽 芜湖 241006）

随着中国经济的发展，社会消费水平的逐渐提高，汽车逐渐从奢侈品变成了常见日用品。从相关统计来看，2018年汽车保有量已经达到3.27亿，一般轿车上配备的防夹车窗都是靠“触觉”来控制的，控制系统在玻璃上升过程中一旦检测到玻璃遇到压力时，它便会停止玻璃上升并指令玻璃下降，以防止夹伤人。但更高级轿车上还配备一种靠“视觉”来控制防夹功能的车窗，在玻璃上升过程中发现玻璃上方有任何异物，它都会自动停止上升而改为下降，因此无需异物直接接触到玻璃。这种系统由红外线发射器和接收器组成，安装在车窗内饰件上，它能连续精确地扫描指定的区域，在距离车窗开口框上边缘4～200mm范围内 （图1），一旦检测到有异物便会立即停止玻璃上升，所以有人称之为“智能无接触防夹玻璃”。

图1 智能无接触防夹玻璃示意图

1 系统介绍

1）系统组成：驾驶员侧开关、乘客侧开关、遥控器、4门防夹升降电机和BCM。

2）通信方式：防夹模块与BCM之间通过LIN线通信。

3）防夹系统电路框架如图2所示。

2 功能描述

系统初始化完成后，手动或自动控制玻璃上升到防夹区域，此时如果遇到阻碍物并达到防夹力限值将会防夹反转。

2.1 防夹抑制功能描述

防夹抑制功能是防夹模块的一个特征功能，该功能是为了防止在极端情况玻璃上升过程中遇到障碍物，由于防夹反转玻璃一直不能闭合。在此种情况下，防夹功能将被禁止，防夹抑制功能被激活。

2.2 防夹抑制功能过程描述

玻璃上升过程中发生第1次防夹反转后10s内，如果又发生了第2次防夹反转，从第2次防夹反转之后10s内，自动升降窗功能被禁止，如果在这10s内，玻璃继续上升，此时玻璃遇到障碍物不再发生反转，防夹功能被禁止，系统进入非初始化模式。

当防夹抑制功能被激活后，可以控制玻璃手动无防夹上升，此时电机以最大扭矩进行关窗动作。

2.3 门窗升降功能描述 （带防夹）

带有防夹功能的玻璃升降，左前门非本地开关接入BCM接收端，各个本地开关接入相应的防夹模块。电机由防夹模块直接驱动，BCM和防夹模块进行LIN通信。

钥匙在ON挡位、钥匙从ON挡位打到OFF或者ACC挡位时2min内，动作玻璃升降开关可以控制车窗电机。

1）玻璃升降功能支持下面2种模式：①手动功能：长按玻璃升降开关，玻璃动作，松开玻璃升降开关，玻璃停止运动。②自动功能：短按玻璃升／降开关，对应玻璃自动上升／下降，再次按下玻璃升降开关，玻璃停止动作。

在钥匙打到ACC或OFF挡位后2min内，如果车辆任意一前门被打开，玻璃升降功能失效。

2）具备长按升／降窗的功能：①当IGN-OFF，4门关闭，长按遥控钥匙解锁按键，t≥1.5s 4门玻璃下降。当玻璃下降到底或者在玻璃下降过程中松开锁键，则玻璃下降立即停止。②当IGN-OFF，4门关闭，长按遥控钥匙闭锁按键，t≥

图2 防夹系统电路框架图

1.5s 4门玻璃上升。当玻璃上升到顶或者在玻璃上升过程中松开锁键，则玻璃上升立即停止。

说明：一键升／降窗功能只有在防夹模块初始化完成后有效。

2.4 点火信号

1）当玻璃动作时，收到点火信号，玻璃升降立即停止。

2）如果是自动升降窗，点火过程中，玻璃立即停止动作，点火完成后玻璃继续之前的升降动作。

3）如果是手动升降窗，点火过程中，玻璃立即停止动作，点火完成后如果输入开关仍保持闭合，玻璃将继续之前的手动升降动作。

4）点火过程中，玻璃升降输入命令无效。5）防夹反转不受点火的影响。

2.5 应急模式

在以下两种情况下会进入应急模式。

1）防夹模块上电后失去LIN通信时间，超过150ms后LIN通信未恢复，玻璃升降电机进入应急模式。

2）在LIN正常通信时，出现通信超时，在出现通信超时之前使能信号WL_Authorization=1或钥匙在ON挡，玻璃升降电机进入应急模式。

应急模式定义如下：①应急模式持续时间为10min；②如果在10min内LIN通信恢复，玻璃升降电机将退出应急模式直接进入正常模式；③当10min过后，玻璃升降电机立即停止动作进入睡眠模式；④在应急模式中只有手动升降功能有效，无自动升降功能。

2.6 LIN儿童锁信号

1）玻璃升降电机可以从BCM发出的信号中读取儿童锁开关状态，当玻璃升降电机未收到儿童锁状态信号时，玻璃升降电机默认儿童锁状态为非闭合状态。

2）儿童锁开关可以临时中断乘客侧的本地玻璃升降开关的输入。当儿童锁激活时，乘客侧玻璃升降电机不会接收对应本地开关的输入信号。

3）当乘客侧玻璃正在动作时，激活儿童锁，玻璃立即停止动作。

2.7 防夹保护功能描述 （带防夹）

玻璃升降电机通过电机防夹模块内部的继电器控制。

1）当防夹模块检测到玻璃到达上下极限位置时，防夹模块将停止驱动玻璃升降电机。

2）在收到玻璃升降指令20s后，如果玻璃没有升到顶或降到底，玻璃升降电机将停止动作。

3）防夹力小于100N，具体控制策略请参阅防夹相关说明。

3 其他功能

1）系统自适应特性 每当玻璃自动或手动上升到指定的区域范围，系统将会记录和储存该玻璃上升到指定区域的停止位置。在下一个玻璃上升过程中，将用存储的数据修正防夹算法。

为了阻止玻璃闭合力的急剧变化，自适应值会微量地增大或减小。在测试中系统至少需要玻璃升降5个循环后才能适应车窗的特性。

2）电机启动期间 电机启动后要在很短时间内达到恒定速度，因此，在电机启动到达到恒定速度的时间内如果攀升力超出了100N，这种情况不会发生防夹反转。

3）防夹反转 在防夹区域遇到障碍物，电机会控制车窗进行反转，车窗将下降一段距离。

4）软停功能 在玻璃下降的过程中，因为堵转停止动作，会导致机械磨损和电机过热。为了避免这种情况，让电机下降到软停位置时停止，软停位置在下堵转位置之上，这个功能叫“软停”。当满足以下所有条件时软停功能有效：①玻璃升降电机初始化完成；②车窗在往下运动；③当前车窗位置在软停位置之上；④在初始化完成后，当电机检测到下堵转位置，电机将学习到软停位置，软停位置为距离下堵转位置以上；⑤软停20次后，软停功能失效，软停位置需要重新学习。

5） 系统自检 以下系统错误会被检测到：①重新上电或唤醒后EEPROM参数出错；②霍尔传感器出错；③电机运行时间出错：电机连续运行时间超过20s；④玻璃超出上边缘停止位置约5～20mm；⑤玻璃超出下边缘停止位置5～20mm；⑥继电器粘连；⑦开关粘连错误。表1为失效模式和失效后进入的模式。

表1 失效模式和失效后进入的模式

6）诊断服务 防夹模块具有诊断功能，当对应故障发生时，会将相应的故障信息发给车身控制器，车身控制器会储存相应的故障码，对应诊断信息需参阅车身控制器系统的诊断流程。

7）热保护 热保护是防止电机因持续运行导致过热损坏的装置，热保护装置可以预知电机在任何时刻的温度，并能控制电机的工作状态。为了防止电机严重损坏，当电机进入热保护后，电机会立即停止或只允许电机部分功能有效。

满足以下条件电机会进入热保护：①在常温下，车窗连续上升下降约10个循环；②在高温／低温下，车窗连续上升下降约5个循环。

当进入热保护后，电机控制逻辑如下：①允许完成当前正在执行的升降动作；②允许防夹反转；③热保护期间电机不接受任何新的玻璃上升命令；④如果玻璃没有停在软停或下堵转位置，允许玻璃下降动作；⑤如果玻璃停在上胶条区域且系统初始化已经完成，此时不允许玻璃下降动作；⑥当玻璃停在软停或下堵转位置时，不允许玻璃下降动作。

注：热保护最长时间为2min，2min后退出热保护进入正常模式，允许执行新的动作。

8）防夹模块初始化 第1次上电或检测到错误后，系统进入非初始化模式。非初始化模式中以下功能无效：①自动升降窗动能；②软停功能；③防夹功能；④遥控升降窗功能和系统初始化。

注：在非初始化模式中，允许玻璃手动上升。

按以下流程操作可完成防夹模块系统初始化：①接通点火开关至ON挡；②关闭所有车窗；③上提电动车窗开关，并将其保持在该位置至少1s；④松开开关，然后再次上提并保持在上提位置。至此，防夹模块初始化完成，可单独恢复某个电动车窗的自动功能，也可同时恢复数个电动车窗的自动功能。

当满足以下任一条件时，系统进入非初始化模式：①蓄电池断开后重新接上；②防夹抑制功能被激活时间内发生硬堵转。

4 技术参数及注意事项

1）正常工作电压范围

工作电压范围为：9V≤Ubat≤16V；静态电流：0.04mA／每个模块。

2）接插件信息及PIN脚定义 （图3）

图3 接插件信息及PIN脚定义

3）拔掉防夹模块电源注意事宜

为了避免损坏防夹模块电控单元，在拔掉防夹模块接插件或断开整车电源时应注意以下几点：①当玻璃升降电机在运行的时候，不要断开整车蓄电池电源或拔掉防夹模块插件。②在电机未完全停止之前不要断开防夹模块电源，并且在电机停止转动2s后才能断电。

5 结论

电动车窗给人们带来了汽车的舒适性和操作方便性，但同时人们也应该认识到其带来的危险性，汽车生产厂家将一款装备电动车窗但不具备防夹功能的产品交付消费者，其实是一种不负责任的做法。中国作为世界第一汽车产销大国，但中国的汽车安全性与国外却存在极大差距，所以，消费者首先要提高自己的安全意识，同时也希望国家能尽快出台相应的强制性法规，让消费者真真享受到汽车电子产品带来的舒适性和安全性。