采用VNH2SP30的汽車窗戶防夾傷設計方法
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1、窗戶升降器原理
目前，很多自動控制裝置都具有觸發關閉系統的功能，如窗戶和車門。這也同時暗示著發生意外事故的危險，如人身體或動物的某一部分被這些自動裝置夾住和壓住。一個具體實例就是汽車的自動窗戶升降器。由于窗戶玻璃施加于障礙物上的力量足夠大，因此足以壓碎人體的某一部份器官。
按照相關安全規范的建議，自動窗戶升降裝置必須裝備所謂的“防夾傷”功能。該防夾傷功能是指∶
■在關閉窗戶的時候檢測障礙物的存在。
■限制施加于障礙物的力量的大小。
■向相反方向移動窗戶，以釋放障礙物。
現有的解決方案不是機械式的，就是機電一體化的。在機械機構中，防夾檢測是通過固定于窗戶支柱上的環境感應片內的開關進行的。該開關一般情況下處于關閉狀態，在環境感應片上施加有壓力的時候開啟。該方案很簡單，但是感應片很貴，并且潛在的安裝和維護比較復雜。在某些情況，該方法無法滿足某些安全標準，舉例來說，如果窗戶形狀呈現為銳角，力量就不是以直角方向施加于感應片表面(見圖1)，用以激勵開關所必需的力量不是接觸不到感應片，就是比規范所要求的力量大很多。
有一種基于馬達速度監視的替代方案，通過傳感器(霍爾效應傳感器、編碼器等)完成有關功能。其防夾環境檢測是通過檢查馬達速度的變化實現的。馬達由繼電器控制，繼電器以整個電池為動力啟動馬達。當以最大力矩啟動馬達時，施加于障礙物上的力在啟動時可以達到最大值。本文使用VNH2SP30監視由于馬達負載變化所導致的功率變化。
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圖1. 汽車窗戶原理圖
對窗戶升降系統的具體要求是在啟動階段，檢測已經存在的障礙狀態。事實再一次表明，在汽車窗戶升降器升起時，有幾種情況可能發生夾傷事故。兩種最常見的可能情形是∶
■窗戶玻璃的位置非常靠近窗戶支柱，而且阻塞物體正好位于玻璃和窗戶支柱之間。
■如果窗戶模胚的形狀為一個銳角，這樣大部份情況下都容易發生夾傷現象(見圖1)。
窗戶升降器的動力來自一個直流馬達。它直接提供旋轉運動，并通過與轉子和磁鼓的耦合來提供變速運動。電樞電路和轉子外形如圖2所示。
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圖2. 直流馬達
正常情況（軟啟動）下，在開始啟動階段，馬達功率的增加與其角速度成正比，稍後就以一定常數增加。軟啟動開始期間的夾傷可能性比進入穩定狀態的可能性大。因此，在具體實施時有必要定義兩個在不同時期運行的馬達功率閾值。如果檢測到的防夾狀況達到了夾傷閾值，窗戶玻璃就在下降的過程中停下來以免事故發生；如果是在上升過程中，它將會下降一個固定的長度。
2、硬件實施
本系統的設計原理見圖3，具體實施方案見圖8。采用的元器件介紹如下:
■ ST72F324微控制器∶內部頻率為8MHz，32k字節HDFlash，1k字節RAM，10bit ADC。
■ L4979穩壓器∶用于軟件失效時微控制器中數據的自動恢復，器件中還嵌入了一個可編程看門狗定時器。
■ 用于PC串行端口的ST232通信接口。
■ VNH2SP30全橋馬達驅動器，適合各種汽車電子應用。
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圖3窗戶升降器原理圖
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