CN206753316U - 一种汽车防夹车窗系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种汽车防夹车窗系统，包括供电电源、开关输入单元、车窗控制单元、车窗驱动单元、总线通信单元，其特征是：车窗控制单元包括MCU模块、与MCU模块连接的车窗电机驱动电路、车窗电机电流检测电路、蜂鸣器驱动电路、温度传感器，其中车窗电机驱动电路、车窗电机电流检测电路与车窗驱动单元连接，蜂鸣器驱动电路与报警装置连接。本实用新型旨在提高汽车防夹车窗系统的安全性及可靠性。

Description

一种汽车防夹车窗系统

技术领域

本实用新型涉及汽车电子控制领域，尤其是一种汽车防夹车窗系统。

背景技术

随着我国经济的迅速发展以及人民生活水平的不断提高，我国普通家庭以及单位的车辆保有量不断上升。人们在享受汽车带来的便捷的同时，更多的考虑到车辆的舒适性和安全性。在车身组成的众多零部件中，车窗便是重要的组成之一，而具有防夹功能的车窗已应用于汽车上。

目前，汽车防夹车窗的防夹功能检测技术有红外传感器式、压力传感器式、霍尔传感器式。红外传感器式检测技术是利用红外光检测有无异物在车窗移动范围内，通过控制单元发出指令让车窗电机停转或反转带动车窗玻璃的停止或反转从而实现了防夹功能。压力传感器式检测技术是将压力传感器置于车窗上边框内，当车窗上升过程中夹到物体时，压力传感器反馈触发信号，通过控制单元发出指令让车窗电机停转或反转带动车窗玻璃的停止或反转从而实现了防夹功能。霍尔传感器式检测技术利用霍尔元件来监测车窗的运动位置，当运动中的车窗受到横向或正向压力时，它会给车窗电机带来大的负载，当霍尔元件感应的脉冲宽度达一定程度时，控制单元判定车窗在上升过程中遇到了阻力，并通过控制单元发出指令让车窗电机停转或反转带动车窗玻璃的停止或反转从而实现了防夹功能。以上的防夹检测技术或研究存在以下弊端：(红外传感器式检测技术对天气环境要求较高，在恶劣的气候条件(大雨、浓雾和灰尘)下会严重影响到红外光源的性能，在这些极端情况下，红外系统很难保证正常工作；压力传感器式检测技术的弊端在于成本高且容易误触发；霍尔传感器式检测技术对于检测硬度大的物体效果较好，对于检测硬度小的物体效果不理想。

此外，现有的防夹车窗系统还存在以下弊端：(1)现有的车窗系统不具备下雨关窗功能，若遇到下雨天时车窗处于未全闭位置时可能会对车内部分物品造成损坏；(2)车窗玻璃在完全关闭时因速度过快会与车窗边框碰撞产生撞击声；(3)玻璃升降器系统缺少报警装置，即当发生车窗玻璃夹到物体或发生故障时，玻璃升降器系统无法通知用户车窗的运行状态；(4)现有的防夹车窗系统具有软件热保护功能，即车窗控制单元会根据驱动电机运行的电压、电 流计算车窗驱动电机温度电机内部温度，如果用户多次连续操作车窗，若模拟计算的车窗电机温度超过阈值则停止车窗驱动电机运转防止车窗驱动电机过热损坏，但控制单元模拟计算电机的温度并非电机外部及内部的真实温度。

发明内容

本实用新型要解决上述现有技术的缺点，提供一种汽车防夹车窗系统，旨在提高汽车防夹车窗系统的安全性及可靠性。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案：这种汽车防夹车窗系统，包括供电电源、开关输入单元、车窗控制单元、车窗驱动单元、总线通信单元，其特征是：车窗控制单元包括MCU模块、与MCU模块连接的车窗电机驱动电路、车窗电机电流检测电路、蜂鸣器驱动电路、温度传感器，其中车窗电机驱动电路、车窗电机电流检测电路与车窗驱动单元连接，蜂鸣器驱动电路与报警装置连接。

所述供电电源为车身电瓶，开关输入单元为三档式数字式开关或五档模拟式开关或电容触摸式开关，车窗驱动单元包括车窗电机、车窗驱动机构，总线通信单元为LIN总线或CAN总线，报警装置为蜂鸣器。

所述车窗控制单元连有霍尔传感器单元，上述霍尔传感器单元为霍尔传感器。

所述车窗控制单元连有雨量传感器单元，上述雨量传感器单元为雨量传感器。

所述车窗电机驱动电路包括场效晶体管MOSFET和继电器Relay，场效晶体管MOSFET的栅极与MCU模块的脉宽调制信号输出引脚连接，场效晶体管MOSFET的源极接地，场效晶体管MOSFET的漏极与车窗电机的电源负接线端连接，车窗电机的电源正接线端与继电器Relay的公共端连接，继电器Relay的常开端连接12V电压，继电器Relay的常闭端接地。

所述车窗电机电流检测电路包括一个精密电阻R5与车窗电机串联，精密电阻R5两端分别与放大器U1、U2连接，然后通过放大器U3与MCU模块的A/D转换口连接。

所述蜂鸣器驱动电路包括电阻R14、三极管Q1，电阻R14的一端与MCU模块的报警提示控制信号输出引脚连接，电阻R14的另一端与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极连接蜂鸣器的电源负接线端，蜂鸣器的电源正接线端连接5V电源。

所述温度传感器包括串联的上拉电阻R15和热敏电阻R16，其温度采集端口与MCU模块的A/D转换端口连接。

当用户操作车窗控制开关时，车窗控制单元检测到用户操作车窗按键后，首先对开关信号的有效性进行检测，同时通过LIN总线或CAN总线与车身网络通信获取车辆状态信息，并根据车辆状态信息判断是否满足车窗作动条件逻辑判断，在满足作动条件的情况下，车窗控制单元发送指令驱动车窗电机正转或反转控制车窗驱动机构上升或下降，从而实现车窗的上升或下降。在车窗上升过程中车窗控制单元根据霍尔传感器的脉冲信号个数对车窗位置进行检测，同时根据霍尔传感器脉宽及车窗电机的电流大小来检测是否有物体夹住，如在防夹区域内有物体夹住，车窗控制单元控制车窗电机反转实现防夹功能，同时报警装置发出提示音通知用户车窗的运行状态。当车窗达到全闭位置附近时，车窗控制单元采用PWM控制降低车窗电机的端子电压从而减慢电机转速，实现车窗缓慢关闭，降低因车窗关闭速度过快与车窗边框产生撞击声。

车窗控制单元通过LIN总线或CAN总线上的车辆钥匙档位信号判断车辆是否处于熄火状态，同时车窗控制单元可以通过安装在车辆前挡风玻璃上方的雨量传感器监测车辆外部是否有雨水。若车窗控制单元判定车辆处于熄火状态下且车窗处于非全闭位置且车辆外部有雨水时，车窗控制单元发送指令驱动车窗电机及车窗驱动机构运行使车窗关至全闭位置。

车窗控制单元内插车窗电机内部，且车窗控制单元上配有温度传感器可以用于监测电机内部温度，当车窗控制单元通过温度传感器监测出电机内部真实温度超过阈值时，车窗控制单元不驱动车窗电机运行。

实用新型有益的效果是：一、通过LIN总线或CAN总线与车身网络通信及时获取车身信息，用于车窗作动条件的判断，提高了车窗作动的合理性；二、通过报警提示装置，及时通知用户车窗的运行状态，提高了车窗操作的安全性；三、采用PWM控制，可以有效的降低车窗玻璃与车窗边框的撞击声，提高了汽车的舒适性；四、车窗控制单元通过雨量传感器监测车辆外部是否有雨水并控制车窗自动关窗，减少用户财产损失；五、车窗控制单元通过温度传感器可以检测到车窗驱动电机内部的真实温度，提高了车窗系统的安全性。

附图说明

图1为本实用新型的汽车防夹车窗系统架构框图；

图2为本实用新型的车窗电机驱动电路的示意图；

图3为本实用新型的车窗电机电流检测示意图；

图4为本实用新型的蜂鸣器驱动电路示意图；

图5为本实用新型的温度传感器电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

实施例：

参见图1，一种汽车防夹车窗系统，主要包括供电电源、开关输入单元、车窗控制单元、车窗驱动单元、霍尔传感器单元、雨量传感器单元、总线通信单元。所述供电电源用于给车窗控制单元供电，所述供电电源为汽车车身电瓶。所述开关输入单元为三档式数字式开关或五档模拟式开关或电容触摸式开关开关。所述开关输入单元若采用三档数字式开关或五档模拟式开关，均为机械式复位开关，开关一端接车窗控制单元，另一端接车身电源或车身地，当用户操作机械式开关时，车窗控制单元通过检测开关的高电平或低电平判断开关是否按下。若所述开关输入单元的电容式开关按键由金属片与触摸绝缘层构成，由于人体是导体，当人体触摸到开关按键的触摸绝缘层时，人体与开关按键中的金属片会形成一个电容，当电容与电阻并联后就构成了RC电路。由于电容具有存储电量的特性，若车窗控制单元通过I/O管脚对开关按键输入高电平，相当于对开关按键进行充电，当车窗控制单元对停止对开关按键充电后，开关按键会对电阻持续放电一段时间。当人体未触摸到开关按键的触摸绝缘层时，人体与开关按键之间不会形成电容，车窗控制单元对开关停止充电后，开关按键也不会对电阻持续放电，因此车窗控制单元通过周期性检测电阻端的放电时间来判断人体是否触摸到开关按键从而判定开关按键是否触发。

所述总线通信单元为LIN总线或CAN总线与车身BCM或车身其他电控单元通信，获取车辆的状态信息。当用户触摸车窗开关时，车窗控制单元根据获取的车辆状态信息判断车窗是否满足作动条件。

所述车窗驱动单元包括车窗电机及车窗驱动机构，当车窗控制单元检测到车窗开关按键 触发后，在满足车窗作动条件的情况下，车窗控制单元控制发送指令驱动车窗电机正转或反转控制车窗驱动机构上升或下降，从而实现车窗的上升或下降。车窗控制单元包括驱动电机驱动电路，为降低因车窗关闭速度过快与车窗边框产生撞击声，车窗控制单元采用PWM控制通过改变车窗控制单元输出的占空比改变车窗电机驱动电路的通断时间，从而改变电机端子的平均电压。当车窗电机端子的平均电压降低后，车窗电机的转速减慢，从而实现车窗缓慢关闭。参见图2，所述电机驱动电路包括场效晶体管MOSFET和继电器Relay，所述场效晶体管MOSFET的栅极与车窗控制单元的脉宽调制信号输出引脚连接，所述场效晶体管MOSFET的源极接地，所述场效晶体管MOSFET的漏极与车窗电机的电源负接线端连接，车窗电机的电源正接线端与继电器Relay的公共端连接，所述继电器Relay的常开端连接12V电压，所述继电器Relay的常闭端接地。

所述传感器单元为霍尔传感器，霍尔传感器置于车窗驱动电机内部，车窗电机转动时霍尔传感器会感应出高低脉冲。车窗控制电机转动过程中，车窗控制单元根据霍尔传感器的脉冲信号对车窗位置和车窗的运动方向进行检测，同时车窗控制单元中包括车窗电机电流检测电路用于检测电机电流。图3为所述车窗电机电流检测电路示意图，一个精密电阻R5与车窗电机串联，检测电路通过检测精密电阻两端的电压并通过放大器U1、U2进行同向电压放大，然后通过U3对U1、U2输出的电压进行减法运算，得到精密电阻R5两端的电压差。U3的输出端连接MCU模块的A/D转换口，MCU模块根据所得的电压除以精密电阻的阻值即可得到流经电阻的电流值。当车窗在上升过程中遇到障碍物时，因障碍物作用施加到车窗电机的负载变大，电机的转速会变慢且电机的运行电流变大，车窗上升过程中，车窗控制单元根据霍尔传感器脉宽或驱动电机电流值判断车窗是否遇到障碍物，当霍尔脉冲宽度或车窗电机电流超过所设阈值时，车窗控制单元控制发送指令驱动车窗驱动单元电机反转控制车窗下降。

所述车窗控制单元还包括蜂鸣器驱动电路，用户触摸车窗开关时若不满足车窗作动条件或车窗在上升过程中遇到障碍物发生反转或车窗系统发生故障时，所述MCU模块输出报警提示控制信号给蜂鸣器驱动电路，控制报警装置发出提示音，通知用户车窗的运行状态。所述报警装置为蜂鸣器。参见图4，所述蜂鸣器驱动电路包括电阻R14、三极管Q1，所述电阻R14的一端与MCU模块的报警提示控制信号输出引脚连接，所述电阻R14的另一端与三极管Q1的基极连接，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的集电极连接蜂鸣器的电源负接线端，蜂鸣器的电源正接线端连接5V电源。

所述雨量传感器单元安装在车辆前挡风玻璃上方。如遇下雨天或洗车时，雨量传感器通过监测车辆外部的雨水量，若雨水量达到一定量时，雨量传感器将发送信号给车窗控制单元。车窗控制单元通过LIN总线或CAN总线上的车辆钥匙档位信号判断车辆是否处于熄火状态，并根据霍尔传感器的脉冲信号判断车窗的位置。若车窗控制单元判定车辆处于熄火状态下且车窗处于非全闭位置且车辆外部有雨水时，车窗控制单元发送指令驱动车窗电机及车窗驱动机构运行使车窗关至全闭位置。

所述温度传感器为热敏电阻，当温度变化时热敏电阻的阻值会发生变化，车窗控制单元通过检测热敏电阻的阻值并转化A/D转换，将热敏电阻的阻值转化为相应的温度值。参见图5，R15为上拉电阻，R16为温度传感器即热敏电阻，温度采集端口接至车窗控制单元MCU的A/D转换端口。车窗驱动电机运行时会随着电机的电流而产生热量，电机内部温度过高时会烧损电机。车窗控制单元安装在车窗驱动电机内部，车窗控制单元通过温度传感器所监测的温度即为车窗驱动电机内部的真实温度。当车窗控制单元监测到车窗驱动电机内部的温度超过一定温度后，即使用户操作开关输入单元，车窗控制单元也不发送指令控制车窗驱动电机及机构运行，防止车窗驱动电机过热烧损。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种汽车防夹车窗系统，包括供电电源、开关输入单元、车窗控制单元、车窗驱动单元、总线通信单元，其中供电电源、开关输入单元、车窗驱动单元、总线通信单元分别与车窗控制单元相连接，其特征是：车窗控制单元包括MCU模块、与MCU模块连接的车窗电机驱动电路、车窗电机电流检测电路、蜂鸣器驱动电路、温度传感器，其中车窗电机驱动电路、车窗电机电流检测电路与车窗驱动单元连接，蜂鸣器驱动电路与报警装置连接。

2.根据权利要求1所述的汽车防夹车窗系统，其特征是：所述供电电源为车身电瓶，开关输入单元为三档式数字式开关或五档模拟式开关或电容触摸式开关，车窗驱动单元包括车窗电机、车窗驱动机构，总线通信单元为LIN总线或CAN总线，报警装置为蜂鸣器。

3.根据权利要求2所述的汽车防夹车窗系统，其特征是：所述车窗控制单元连有霍尔传感器单元，上述霍尔传感器单元为霍尔传感器。

4.根据权利要求2所述的汽车防夹车窗系统，其特征是：所述车窗控制单元连有雨量传感器单元，上述雨量传感器单元为雨量传感器。

5.根据权利要求2、3或4所述的汽车防夹车窗系统，其特征是：所述车窗电机驱动电路包括场效晶体管MOSFET和继电器Relay，场效晶体管MOSFET的栅极与MCU模块的脉宽调制信号输出引脚连接，场效晶体管MOSFET的源极接地，场效晶体管MOSFET的漏极与车窗电机的电源负接线端连接，车窗电机的电源正接线端与继电器Relay的公共端连接，继电器Relay的常开端连接12V电压，继电器Relay的常闭端接地。

6.根据权利要求2、3或4所述的汽车防夹车窗系统，其特征是：所述车窗电机电流检测电路包括一个精密电阻R5与车窗电机串联，精密电阻R5两端分别与放大器U1、U2连接，然后通过放大器U3与MCU模块的A/D转换口连接。

7.根据权利要求2、3或4所述的汽车防夹车窗系统，其特征是：所述蜂鸣器驱动电路包括电阻R14、三极管Q1，电阻R14的一端与MCU模块的报警提示控制信号输出引脚连接，电阻R14的另一端与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极连接蜂鸣器的电源负接线端，蜂鸣器的电源正接线端连接5V电源。

8.根据权利要求2、3或4所述的汽车防夹车窗系统，其特征是：所述温度传感器包括串联 的上拉电阻R15和热敏电阻R16，其温度采集端口与MCU模块的A/D转换端口连接。