基于STM32的无传感器车窗防夹系统设计

摘 要 近年来，随着我国汽车产销量的增加与人们安全意识的上升，对于汽车车窗控制系统中防夹手功能的需求日益上升，而无传感车窗防夹系统以其较低的成本与相对简单的线束分布得到了越来越多的青睐。本文将提出一种无传感车窗防夹系统的设计方案。通过STM32单片机对车窗电机电流进行采样，采用快速傅里叶变换（FFT）的方法来判断车窗是否遇到障碍物。

【关键词】直流电动机 车窗防夹 无传感器 快速傅氏变换

近年来，随着我国汽车产销量的增加与人们安全意识的上升，对于汽车车窗控制系统中防夹手功能的需求日益上升，如今的中高档汽车已实现标配，这一配置也将以更低的成本与更高的性能普及开来，有效预防更多意外的产生。传统上，人们常采用光电或霍尔传感器来测量位置/速度信息、完成闭环控制的任务。但这些系统结构复杂、成本较高。而由于有刷直流电机的特殊结构，其电枢电流的纹波中包含有与电机位置/转速相关的信息，这一纹波电流为实现无传感位置/速度/负载力闭环控制提供了可能。

1 电动车窗整体设计思路

电动车窗主要由永磁直流电机、电机卷扬轮、转速转换器和电动车窗防夹控制器组成。机构的工作过程为控制器控制电机正反转驱动蜗轮传动，带动钢索线性运动，玻璃夹持装置带动玻璃沿导轨定向运动。电动机采用永磁有刷直流电机。

通过检测电机运行过程中产生的周期性纹波实现测定电动机状态与位置的功能，通过对纹波的分析可以得到纹波的周期，对波纹脉冲计数就可以计算出电机转动过的角度，然后再结合减速器的减速比，就可以得到车窗的移动距离，实现对车窗运动轨迹的测量。我们会将信号分为两路分别进行时域和频域上的处理。

2 硬件电路设计

经过对比分析，我们选择功能强大的STM32单片机作为此项目的MCU。STM32的性能优良，性价比高，其各项指标均可以良好地满足项目需要。设计图如图1所示。

3 软件程序计

通过上述的硬件电路，得到了经过滤波处理的直流分量与交流分量，首先我们通过统计计数得到交流成分的频率f，在計数的同时，我们用FFT对数据进行处理，提取最低频率的大峰值，对应得到电机转速的信息，防止计数的方法出现异常时数据不稳定。在车窗到顶的判断方面，我们发现由于电机的减速比较大，导致输出力矩较大，一般小的阻碍不会令车窗停下来，而到顶后由于机械结构的限制，会产生90N左右的力使电机卡住，此时的特点是产生的脉冲频率非常低，直流部分迅速增加，我们利用这个特点来判断是否到顶；而在车窗受阻时，脉冲频率也会降低，但是达不到到顶时的低频率，直流部分增加与受力几乎成正比，我们利用一个阈值来界定和调整这个认定阻力的大小。

4 结论

本文通过对纹波电流的分析，使用意法半导体STM32单片机作为处理器，研究出了性能更优，成本更低的车窗防夹手系统。在不影响乘车舒适性的前提下，成功解决电动车窗存在的安全隐患。

参考文献

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作者单位

哈尔滨工业大学电气学院 黑龙江省哈尔滨市 150001