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          基于霍爾傳感器和電流紋波技術在電動車車窗防夾中的應用
          boji
          溫州搏技科技有限公司

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          隨著汽車工業的發展,人們追求更加舒適和便于操作的駕駛環境,因此,越來越多的汽車上安裝了電動車窗,從而實現車窗的自動升降。然而,由于電動車窗的上升速度較快,很容易引發夾上乘客等事故,尤其是對兒童形成了安全隱患。這對于汽車的安全向提出了新標準,要求電動車窗具有一定的防夾功能。以前汽車普遍采用手搖曲柄的方式使車窗玻璃上升或下降,現今轎車很多都安裝了電動車窗。而具有防夾功能的電動窗應用于汽車始于20世紀90年代,當玻璃上升途中遇到人力障礙時會自動識別而反向運行,防止乘員夾傷,實現防夾功能。由于該功能的重要性,在歐美新車型上都已成為標準配置,目前國內新推出的高端車型已成為標準配置。由于低成本方案的推出,經濟型轎車也開始逐漸配備應用這一功能。而車窗位置判斷準確是車窗的防夾功能的正常實現的前提。

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          1、準確判斷電動窗位置的重要性

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          法規規定,具有自動上升功能的車窗必須配備自動防夾功能。即當車窗在自動上升過程中,如果車窗玻璃遇到障礙物,必須做出判斷后反轉,并且防夾力要小于100?N。而法規規定的防夾區域是4?mm~200?mm(如圖1)。這就要求系統對車窗的位置進行準確的計算和判斷。

          如果車窗位置計算不準確會有以下后果:

          (1)?比如車窗在上升過程中在防夾區域內,如果車窗位置計算不準確,系統判斷為防夾區域外。車窗可能遇到障礙物,但是不做防夾反轉。而是繼續上升玻璃。障礙物如果是人,導致把人夾傷。

          (2)?車窗自動上升過程中,如果車窗位置計算不準確,車窗就會到頂部位置認為在防夾區域內,遇堵后反轉。導致車窗不能關滿。

          (3)車窗在上升過程中,由于存在車窗重量和窗框阻力等因素,在每個位置上的阻力大小是不一樣的。因此判斷車窗位置也是相當重要的。

          由以上三點分析可知,車窗位置判斷的準確在防夾功能中,既有非常重要的意義。

          2、電動窗位置判斷的原理

          從機械的角度講,電動車窗砸升降時,電機旋轉會帶動鋼絲繩的運動,從而帶動車窗的上下開閉。電機每旋轉一定的角度,鋼絲繩就相應地運動一定行程,因此車窗運動的行程與電機的旋轉的圈數成線性關系。通過計算電機旋轉的圈數,可以間接算出車窗的位置。

          2.1霍爾原理

          電機的旋轉會使得霍爾傳感器產生脈沖信號。玻璃位置的檢測是通過對控制模塊中的霍爾傳感器發出的方波進行計數來實現。軟件設計中通過單片機芯片的輸入捕捉功能記錄車窗運行過程中的脈沖個數,通過學習,將車窗的上密封條記為位置0,而下密封條為最大位置。在車窗上升過程中將位置計數器減1,上升到頂時位置計數器清0,下降時位置計數器加l。因此,可按照要求確定防夾區界限對應的位置計數器的值。通過對位置計數器的值的檢測可以間接判斷玻璃的位置。

          脈沖計數方式的關鍵問題在于位置記錄要精確,但在試驗中卻存在電機切斷電源后依舊會發出幾個脈沖的問題,這幾個脈沖由慣性造成,而且不同的玻璃升降器產生的脈沖個數不同。這些脈沖對車窗位置影響隨情況的不同而不。在車窗上下兩端堵轉時,這些脈沖不太可能造成車窗位置的變化,而在中間位置停止時則有可能造成車窗位置移動,特別是下降途中人為停止時對車窗位置的影響更大。為了減小這種影響,與電機通電運動時位置計數一樣,在算法中捕捉這些脈沖。如果當前為下降狀態,則對電機斷電后產生的脈沖進行位置加法操作,如果當前為上升狀態,則對電機斷電后產生的脈沖進行位置減法操作。

          2.2紋波原理

          電機有磁極、轉子線圈、換向器組成。根據右手定律轉子線圈通電后再磁極磁場的作用下產生運動。運動到磁場邊緣是磁場變弱,電動勢減小,電流增大。換向器改變轉子線圈的電流方向,重新進入磁場電動勢增大,電流減小。轉子線圈不斷轉動、電動勢和電流不斷變化,從而紋波不斷產生。所以紋波是電機的固有特性,通過計算紋波的個數就能計算出轉子換向的次數,就能計算出窗戶的相對位置,結合時間就能得出電機的轉速。由于電機在啟動,停止,反轉,堵轉時的紋波特征不明顯。如圖5和圖6,不能精準的計數紋波個數。只能通過算法進行補償。這樣紋波計數必然和實際的必然存在誤差。而這誤差隨著車窗操作次數的增加,誤差也會跟著累積。

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          3、電動窗位置判斷的原理

          從機械的角度講,電動車窗砸升降時,電機旋轉會帶動鋼絲繩的運動,從而帶動車窗的上下開閉。電機每旋轉一定的角度,鋼絲繩就相應地運動一定行程,因此車窗運動的行程與電機的旋轉的圈數成線性關系。通過計算電機旋轉的圈數,可以間接算出車窗的位置。

          4、霍爾傳感器的方案

          此方案在電機軸上安裝磁環,在磁環附近安裝霍爾傳感器,當電機轉動時帶動磁環轉動,在霍爾傳感器上感應出高低電平的脈沖信號,脈沖的個數反映了電機的位置,脈沖的頻率反映了電機的轉速。

          當電動車窗上升并遇到障礙物是,阻力變大,電機變大,電機轉速將減慢,對應脈沖的信號的脈寬將變大,此時系統會向ECU模塊報告信息,ECU向繼電器或電機驅動芯片發出指令,使電機停轉或者反轉,從而令車窗停止或下降,實現防夾判斷。

          DRV5013-Q1是一款雙極性霍爾效應傳感器,具有寬工作電壓范圍(2.7至38V)和高達-22V的反極性保護,使得該器件廣泛用于各種汽車應用。此外該器件還具有拋負載、輸出短路和過流等內部保護功能。

          此方案需要安裝磁環且每個車窗都需要各自的控制器,因此成本較高。

          相比于霍爾傳感器的方案,機遇紋波計數的無傳感器方案可以節省磁環、霍爾傳感器及相關線束的成本。此外,此方案可以用單控器同時控制多個車窗,能夠提高整車的集成度,進一步降低控制器的成本。因此,基于波紋計數無傳感器方案將成為未來電動車窗夾的發展趨勢。

          5基于紋波技術的無傳感應器方案

          波紋計數的無傳感應器方案是利用轉子轉動過程中,電刷在電極間切換產生電流紋波,并對這種電流波動進行采樣、分析和控制。

          此方案首先通過采樣電阻將電機電流信號轉換為電壓信號,并通過運放對電壓信號進行濾波和放大,放大后的信號一路經過AD轉換成數字信號給到MCU,作為防夾及堵轉的判斷依據,另一路通過濾波器和比較器得到方波信號,此方波的頻率和電機的轉速成正比。通過方波的個數和頻率可以判斷電機的位置和轉速。

          參考設計TIDA-01421提供了一種無傳感器的紋波防夾方案。該設計主要分為以下幾個部分:

          電流檢測放大

          INA240-Q1是一個寬共模范圍,高精度,雙向電流檢測放大器。該器件具有–4V至80V的共模范圍,120dB的超大共模抑制比,能夠提供準確,低噪聲的測量結果。

          應用中可以在INA240-Q1的輸入端使用一個簡單的RC輸入濾波器,以減少高頻電機電刷產生的噪聲和潛在的PWM開關噪聲。

          帶通濾波器

          電流檢測放大器的輸出通過有源帶通濾波器進行濾波,以消除額外的噪聲和直流分量,從而得到電流紋波信號。

          TLV2316-Q1是一款雙通道,低壓,軌至軌通用運算放大器。該器件具有單位增益穩定的集成RFI?和EMI?抑制濾波器,在過驅條件下不會出現反相,并且具有高靜電放電(ESD)?保護(4kV?HBM)。

          差分放大器

          在電機啟動時,電機電流會出現非常大的初始尖峰,即浪涌電流。該電流尖峰足夠大且足夠慢,以至于不能被高通電路濾除。通過差分放大器,可以從信號中消除這種低速,高振幅電流尖峰,從而生成一個低噪聲的交流信號,供下一級比較器進行測量。

          比較器

          經由差分放大器輸出的信號通過比較器最終產生一個0V至3.3V的方波信號,其頻率等于電機電流紋波頻率。此方波信號最終供給MCU用于計數。LMV7275-Q1是一款軌至軌輸入低功耗比較器,并具有漏極開路輸出。小型SC-70封裝非常適合低電壓,低功耗、對空間要求嚴格的設計。綜上所述,本文介紹了兩種應用于電動車窗防夾的方案——霍爾傳感器和紋波防夾技術的基本原理,比較了紋波方案相對于霍爾在實際應用中的優勢。雖然霍爾方案以其成熟技術和高可靠性,占據著目前市場上車窗防夾應用的主導地位,但是隨著機械加工工藝和電子技術的不斷發展,紋波技術市場份額的增加趨勢將越發明顯。
          汽車散熱風扇選擇--有刷電子風扇與無刷電子風扇的區別
          boji
          博技科技

          得益于國家政策支持,新能源汽車行業發展迅速,也帶動了汽車散熱技術的發展。作為汽車冷卻系統必需的組成部分,汽車散熱風扇性能也得到廣泛關注。在如何選擇新能源汽車散熱風扇方面,越來越多的用戶已經不再單單看重價格,散熱風扇壽命、噪音、轉速、穩定性等都成為必須要考慮的因素相比傳統機械風扇、離合器風扇,智能電子風扇性能更好,效率更高,因此,汽車電子散熱風扇應用越來越普遍。根據不同的劃分標準,汽車電子風扇可以分為不同類型。有的汽車使用有刷電子風扇散熱,有的使用無刷電子風扇散熱。那汽車電子風扇到底有刷風扇好還是無刷風扇好呢?今天,我們就來交流一下汽車有刷電子風扇和無刷電子風扇的區別。(注意:只有電子風扇才存在有刷與無刷的區別,電子風扇是一種內置電動機、需要接通電源才能工作的風扇。)

          1、電子風扇結構不同

          汽車有刷電子風扇和無刷電子風扇在結構上最大的不同就是碳刷。有碳刷的叫有刷風扇,無碳刷的叫無刷風扇。碳刷是電子風扇電動機固定部分和轉動部分之間用來傳遞能量或信號的裝置。一般來說,碳刷是純碳加凝固劑制成,這也是為什么稱之為“碳刷”的原因。碳刷卡在金屬支架上,里面有彈簧把它緊壓在轉軸上,電機轉動的時候,將電能通過換相器輸送給線圈。

          2、電子風扇壽命—耐用程度不同

          碳刷主要成分是碳,一種易磨損的消耗品。因此,使用碳刷的有刷風扇壽命低,已損壞。而無碳刷的無刷電子風扇則不存在這個問題。比如,有刷電子風扇壽命已20000小時為例,無刷電子風扇壽命則可以達到30000小時,甚至更高。也因此,越來越多的客戶從售后維護、使用體驗、風扇壽命等整體考慮風扇成本,選擇使用無刷電子風扇散熱。

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          3、電子風扇技術性能不同

          這里說的技術性能主要指轉速、風量、調速、控制方式等幾個因素。有刷電子風扇出現的比無刷電子風扇早,相對來說技術成熟。但是,在技術性能上要比無刷電子風扇查。轉速和風量兩個指標,有刷電子風扇和無刷電子風扇相差不大。在風扇調速方面,有刷電子風扇一般是無法調速,至少沒有辦法實現智能無級變速。像家用轎車,大部分都是有刷電子風扇,使用溫控開關和繼電器控制,只有低速和高速兩個開關。像驛力科技研發的無刷直流電子風扇,可以外接控制器,采用pwm控制技術,可以實現智能無級變速,不再區分速度等級。

          4、電子風扇價格及質保不同

          有刷電子風扇技術性能低,質保期也短,價格也便宜。像乘用車有刷電子風扇,便宜的幾十塊錢,貴點的也就二三百塊錢。無刷電子風扇技術性能高,質保期長,價格高。像驛力科技BLDC無刷風機價格一般在600元以上,質保期最長可達8年。

          汽車散熱風扇電機無刷還是有刷?有刷電機和無刷電機的區別

          汽車內部的零部件有很多種,要是一個個去摸索探究的話,估計得用上大把時日。散熱器風扇是汽車中必不可少的一個部件,對汽車的散熱起著非常重要的作用,使用汽車的人一多,散熱器風扇的使用自然也就越來越多,其種類也出現了各式各樣的。下面一起看下汽車散熱風扇電機無刷還是有刷吧。

          汽車散熱風扇電機無刷還是有刷——優缺點

          (一)有刷電機缺點

          (1)摩擦大,損耗大老模友們在以前玩有刷電機的時候都碰到這個問題,那就是使用電機一段時間以后,需要打開電機來清理電機的碳刷,費時費力,維護強度不亞于來一次家庭大掃除。

          (2)發熱大,壽命短由于有刷電機的結構原因,電刷和換向器的接觸電阻很大,造成電機整體電阻較大,容易發熱,而永磁體是熱敏元件,如果溫度太高的話,磁鋼是會退磁的,使電機性能下降,影響有刷電機的壽命。

          (3)效率低,輸出功率小上面說到的有刷電機發熱問題,很大程度是因為電流做功在電機內部電阻上了,所以電能有很大程度轉化為了熱能,所以有刷電機的輸出功率不大,效率也不高。

          (二)無刷電機優點

          (1)無電刷、低干擾無刷電機去除了電刷,最直接的變化就是沒有了有刷電機運轉時產生的電火花,這樣就極大減少了電火花對遙控無線電設備的干擾。

          (2)噪音低,運轉順暢無刷電機沒有了電刷,運轉時摩擦力大大減小,運行順暢,噪音會低許多,這個優點對于模型運行穩定性是一個巨大的支持。

          (3)壽命長,低維護成本少了電刷,無刷電機的磨損主要是在軸承上了,從機械角度看,無刷電機幾乎是一種免維護的電動機了,必要的時候,只需做一些除塵維護即可。

          汽車散熱風扇電機無刷還是有刷——類型

          鋼制散熱器。這種散熱器中,根據它的材質和性能的不同,我們又把它里面分為有板式和及柱式這兩種,但是在實際中對這類散熱器進行購買的時候,還應當注意安全性的問題,畢竟使用在汽車上面,如果產品質量較差,會有很大的安全風險,對車和人都會造成很大的威脅。如果是要檢驗散熱器的防腐性能,一定要通過水道檢查,不可輕信商家的夸大宣傳。

          鐵質散熱器和鋁制散熱器。在前幾年的時候,這兩種散熱器應用的還是比較廣泛的,但是由于它們性能上還是存在著諸多的弊端,優勢也不如鋼制的散熱器那么的明顯,如今已經被鋼制的散熱器所取代了,現在在市場上很難再看到這兩種散熱器的身影了。

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          汽車散熱風扇電機無刷還是有刷——區別

          有刷電機在工作時,線圈和換向器旋轉,磁鋼和碳刷不轉,線圈電流方向的交替變化是隨電機轉動的換相器和電刷來完成的。行業有刷電機分高速有刷電機和低速有刷電機。有刷電機和無刷電機有很多區別,從名字上可以看出有刷電機有碳刷,無刷電機沒有碳刷。

          無刷直流電機由電動機主體和驅動器組成,是一種典型的機電一體化產品。由于無刷直流電動機是以自控式運行的,所以不會象變頻調速下重載啟動的同步電機那樣在轉子上另加啟動繞組,也不會在負載突變時產生振蕩和失步。

          從原理上來說:有刷電機是指電機是直流電輸入,控制它的控制器只給它提供大小電流就可以調速了;而無刷電機其實就是個三相交流電機,靠控制器把直流電轉換成三相交流電,并根據電機里的傳感器霍爾元件進行換相使電機正常運轉。由此原理直接來說,無刷電機比有刷電機壽命長、起步有勁省電,但是控制器卻比有刷控制器成本高。

          從產品市場來看:有刷電機是傳統產品,性能比較穩定。無刷電機是升級產品,其壽命性能比有刷電機好。但其控制電路比較復雜,對元件的老化篩選要求比較嚴格。雖然電機壽命長但控制電路容易出毛病。因此選用無刷電機要經過嚴格的可靠性試驗以確保質量。

          散熱器風扇對于汽車散熱有極大的幫助,所以散熱裝置還是非常重要的。上下一比較,就知道無刷電機相對于有刷電機的優勢在哪里了,但是萬事都不是絕對的,有刷電機低速扭力性能優異、轉矩大等性能特點是無刷電機不可替代的,不過就無刷電機的使用方便性來看,隨著無刷控制器的成本下降趨勢和國內外無刷技術的發展與市場競爭,無刷動力系統正在高速的發展與普及階段,這也極大促進了模型運動的發展。希望大家可以喜歡小編分享的關于汽車散熱風扇電機無刷還是有刷的全部內容。

          現在汽車的發展越來越講究性能,運用無刷電子風扇散熱越來越受到青睞。隨著制造工藝和技術的完善,無刷電子風扇性能提升的同時成本也會逐步降低,實現“有刷的價格,無刷的品質”。汽車無刷電子風扇,我就認驛力科技Skyfan品牌!

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          新能源汽車散熱風扇選擇:耐用和智能讓無刷風扇成為焦點

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          汽車散熱風扇可以分為有刷電子風扇和無刷電子風扇。在使用壽命上,無刷風扇是要遠遠超過有刷風扇的。但是,在過去一段很長時期,礙于對設計要求、生產制作工藝、技術研發等方面的高要求,無刷風扇價格較高,始終沒有得到廣泛普及。而這些問題隨著新能源汽車的快速發展、直流無刷電機技術的逐步成熟、生產工藝的進步,無刷電子風扇開始“嶄露頭角”。

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          新能源客車是新能源汽車發展最快、普及率最高的一個細分領域。城市公共交通的特殊性要求新能源客車必須具有高安全性、高性能穩定性、維護簡便化,這些要求最終都要反映在整車制造和零部件選擇。在新能源客車動力系統散熱方面,高性能的散熱風扇成為首選。筆者從最近幾個大型公交公司供應商招標中發現,在電機冷卻系統標段上都要求供應商提供的產品必須是無刷電子風扇散熱,有的整車制造廠進一步要求進口無刷電子風扇;同時,需要滿足無級變速、低噪音、防護等級IP67等要求。記者在調研中看到一份ATS冷卻系統市場應用數據,其中比亞迪K系列城市公交客車、海格純電動大巴車、銀隆純電動城市公交車等在散熱器上都廣泛采用了無刷電子風扇。

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          新能源汽車散熱風扇選擇:耐用和智能讓無刷風扇成為焦點

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          散熱器的作用就是對新能源汽車動力系統進行散熱,而風扇起到加速散熱器熱交換效率的重要作用。散熱風扇的好壞直接影響新能源汽車散熱器散熱效果。隨著技術進步、性能穩定及生產工藝的標準化、規?;?無刷電子風扇的成本在逐漸降低,無刷電子風扇定將成為新能源汽車散熱器風扇的首選。直流無刷電子風扇也將成為新能源汽車散熱的主流配置。

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          發展歷程看,可以把汽車散熱風扇分為三個主要階段:機械式散熱風扇,發動機直接驅動或者通過皮帶輪驅動。離合器風扇,在機械風扇上加裝離合器,有電磁離合器和硅油離合器之分。電子風扇,通過傳感器和繼電器控制風扇運行狀態。三種汽車散熱風扇體現了不同時期汽車散熱技術的發展和用戶對車輛性能要求的不同。不同種類的車輛,對散熱風扇性能的要求不同,對散熱風扇技術的接受程度不同。從傳統燃油車市場風扇應用實踐看,乘用車發動機散熱技術走在了最前沿。2000年以后,乘用車發動機散熱器就開始普及電子風扇散熱。同一時期,商用車、工程機械則還是皮帶風扇,或者離合器風扇。不過,彼時燃油乘用車散熱器風扇還停留在有刷電子風扇階段。

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          金華市經信局赴龍灣區小微園 開展走訪調研
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