采用VNH2SP30的汽车窗户防夹伤设计方法
1、窗户升降器原理
目前，很多自动控制装置都具有触发关闭系统的功能，如窗户和车门。这也同时暗示著发生意外事故的危险，如人身体或动物的某一部分被这些自动装置夹住和压住。一个具体实例就是汽车的自动窗户升降器。由于窗户玻璃施加于障碍物上的力量足够大，因此足以压碎人体的某一部份器官。
按照相关安全规范的建议，自动窗户升降装置必须装备所谓的“防夹伤”功能。该防夹伤功能是指∶
■在关闭窗户的时候检测障碍物的存在。
■限制施加于障碍物的力量的大小。
■向相反方向移动窗户，以释放障碍物。
现有的解决方案不是机械式的，就是机电一体化的。在机械机构中，防夹检测是通过固定于窗户支柱上的环境感应片内的开关进行的。该开关一般情况下处于关闭状态，在环境感应片上施加有压力的时候开启。该方案很简单，但是感应片很贵，并且潜在的安装和维护比较复杂。在某些情况，该方法无法满足某些安全标准，举例来说，如果窗户形状呈现为锐角，力量就不是以直角方向施加于感应片表面(见图1)，用以激励开关所必需的力量不是接触不到感应片，就是比规范所要求的力量大很多。
有一种基于马达速度监视的替代方案，通过传感器(霍尔效应传感器、编码器等)完成有关功能。其防夹环境检测是通过检查马达速度的变化实现的。马达由继电器控制，继电器以整个电池为动力启动马达。当以最大力矩启动马达时，施加于障碍物上的力在启动时可以达到最大值。本文使用VNH2SP30监视由于马达负载变化所导致的功率变化。
javascript:resizepic(this) border=0>
图1. 汽车窗户原理图
对窗户升降系统的具体要求是在启动阶段，检测已经存在的障碍状态。事实再一次表明，在汽车窗户升降器升起时，有几种情况可能发生夹伤事故。两种最常见的可能情形是∶
■窗户玻璃的位置非常靠近窗户支柱，而且阻塞物体正好位于玻璃和窗户支柱之间。
■如果窗户模胚的形状为一个锐角，这样大部份情况下都容易发生夹伤现象(见图1)。
窗户升降器的动力来自一个直流马达。它直接提供旋转运动，并通过与转子和磁鼓的耦合来提供变速运动。电枢电路和转子外形如图2所示。
javascript:resizepic(this) border=0>
图2. 直流马达
正常情况（软启动）下，在开始启动阶段，马达功率的增加与其角速度成正比，稍後就以一定常数增加。软启动开始期间的夹伤可能性比进入稳定状态的可能性大。因此，在具体实施时有必要定义两个在不同时期运行的马达功率阈值。如果检测到的防夹状况达到了夹伤阈值，窗户玻璃就在下降的过程中停下来以免事故发生；如果是在上升过程中，它将会下降一个固定的长度。
2、硬件实施
本系统的设计原理见图3，具体实施方案见图8。采用的元器件介绍如下:
■ ST72F324微控制器∶内部频率为8MHz，32k字节HDFlash，1k字节RAM，10bit ADC。
■ L4979稳压器∶用于软件失效时微控制器中数据的自动恢复，器件中还嵌入了一个可编程看门狗定时器。
■ 用于PC串行端口的ST232通信接口。
■ VNH2SP30全桥马达驱动器，适合各种汽车电子应用。
javascript:resizepic(this) border=0>
图3窗户升降器原理图
评论