采用Atmel AVR Flash MCU的电动窗户防夹系统 - 汽车电子（应用指南）－全球企业门户

由于成本和简化的原因，本文所描述的系统使用普通的带有霍尔效应传感器的刷式马达。基于速度和扭矩导数的检测算法已通过健壮性和容错性的验证。该算法可用于所有带有A/D转换器和通过变化引发中断的I/O的Atmel AVR Flash微控制器本文描述的是基本原理，Atmel网站上的应用笔记有关于实现的详细描述。

现代汽车中的电动设备

目前，在高端客用汽车中电子组件和系统在成本中已占20%以上。增加电子设备的数目可以更好的控制传感器和致动器，从而增强汽车的舒适性和安全性。可以预测，大部分的中等或高级汽车将会系统性的装备电动窗户或车门系统。这些设备中的绝大多数是全自动的，这意味着它们必须附带安全系统
以防止伤人或机械故障。已有法规设立了电动系统必须遵守的规则。这一点在车窗的升起和车门的滑动上尤其正确的。这篇应用笔记介绍了如何实现一个防夹算法，该算法最初是用于电动车窗系统，但可以轻易地移植到其它可移动设备中。

标准

汽车电动车窗受国际标准的约束，如美国的MVSS118或欧洲的74/60/EEC。在如何降低对儿童的危险度方面，这些文档所提出的要求如下：
检测区域：4mm至200mm
最大夹物力为100N
夹住时可以反向
确定偏转角测试：5N/mm至20N/mm

.遵守MVSS118的防夹车窗升起规则

关于硬件

对于确定关键夹物区是否有障碍物进入的不同检测策略有:
·无机械接触。在夹物力施加至物体上之前就有反应。因为没有外力施加在物体上，这是最优的保护方式。它还不依赖于振动、空气动力学变化或变形。但该方法要求有集成的传感器（红外、超声波，等等）以及相关的电路模块和线路，从而导致附加成本。
·有机械接触。所测到的压力传递给系统用于指示有物体被夹住。在这方面，设计者还有两种基本的技术可用：
– 方向测量：力学传感器或接触器集成进车门密封中。这些解决方案成本一直都很高并限制了车窗/车门的样式设计。
– 通过物理监测的无方向测量。这是一种整体成本上最优的解决方案。

防夹算法详述

夹物检测算法一开始就要符合标准(FMVSS118 & 74/60/EEC)的要求：
– 检测区域为4至200毫米
– 最在施加力100牛
– 夹住物体时反转方向
– 标准的确认性测试。
必须要自适合的原因：
– 提升系统中的机械部分将会随着时间而变化（老化、局部变形、磨损，等等）
– 电子特性会有很大的变化
– 环境对磨擦力的影响（温度、湿度、结冰等）
系统不应对扰动和不正确的夹物检测有反应。对于空气的磨擦、道路的振动、断电等都必须是健壮的。

使用马达的解决方案的物理参数

务必通过马达的电流算出施加在玻璃上的力。在速度方面可以持续提供移动部件的位置信息。这些参数都可以用于确定是否遇到物体以及：
– 该物体是否在检测区
– 所施加的力是否超限
本文描述了一种防夹算法，该算法通过测量电机电流和霍尔效应速度指示器来工作。只须很少的改动，就可以将该算法用于象滑动车门或蓬顶这样的系统中。

夹物检测算法

一般情况下，夹物检测算法的运行是通过间接测量车窗提升系统的：
– 电流（扭矩）
– 位置（速度）
与算法相关的应用笔记采用了两种技术，它们是基于：
– 存贮在无冲突内存中的校准扭矩：执行初步学习顺序，将扭矩值存贮在内存中。这种技术很耗费
内存，并要求规定校准顺序。
– 速度推导计算：很有意义的一种技术，因为它对内存要求较少，但需要更多的计算，具有两种方法的优点。

在AVR上的实现

前几段详细描述的算法已经实现，并在一块AVR ATmega88开发板上进行了测试。

图2描述的是用以实现算法的硬件。它采用了一块标准的ATmega88以及模拟链来测量电机电流。硬件带有两个霍尔效应传感器。马达的方向是通过一个两极延迟来控制的，并通过一个场效应管来激活马达的开关。