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基于霍尔传感器和电流纹波技术在电动车车窗防夹中的应用
boji
温州搏技科技有限公司

 

随着汽车工业的发展,人们追求更加舒适和便于操作的驾驶环境,因此,越来越多的汽车上安装了电动车窗,从而实现车窗的自动升降。然而,由于电动车窗的上升速度较快,很容易引发夹上乘客等事故,尤其是对儿童形成了安全隐患。这对于汽车的安全向提出了新标准,要求电动车窗具有一定的防夹功能。以前汽车普遍采用手摇曲柄的方式使车窗玻璃上升或下降,现今轿车很多都安装了电动车窗。而具有防夹功能的电动窗应用于汽车始于20世纪90年代,当玻璃上升途中遇到人力障碍时会自动识别而反向运行,防止乘员夹伤,实现防夹功能。由于该功能的重要性,在欧美新车型上都已成为标准配置,目前国内新推出的高端车型已成为标准配置。由于低成本方案的推出,经济型轿车也开始逐渐配备应用这一功能。而车窗位置判断准确是车窗的防夹功能的正常实现的前提。

 

 

1、准确判断电动窗位置的重要性

 

法规规定,具有自动上升功能的车窗必须配备自动防夹功能。即当车窗在自动上升过程中,如果车窗玻璃遇到障碍物,必须做出判断后反转,并且防夹力要小于100 N。而法规规定的防夹区域是4 mm~200 mm(如图1)。这就要求系统对车窗的位置进行准确的计算和判断。

如果车窗位置计算不准确会有以下后果:

(1) 比如车窗在上升过程中在防夹区域内,如果车窗位置计算不准确,系统判断为防夹区域外。车窗可能遇到障碍物,但是不做防夹反转。而是继续上升玻璃。障碍物如果是人,导致把人夹伤。

(2) 车窗自动上升过程中,如果车窗位置计算不准确,车窗就会到顶部位置认为在防夹区域内,遇堵后反转。导致车窗不能关满。

(3)车窗在上升过程中,由于存在车窗重量和窗框阻力等因素,在每个位置上的阻力大小是不一样的。因此判断车窗位置也是相当重要的。

由以上三点分析可知,车窗位置判断的准确在防夹功能中,既有非常重要的意义。

2、电动窗位置判断的原理

从机械的角度讲,电动车窗砸升降时,电机旋转会带动钢丝绳的运动,从而带动车窗的上下开闭。电机每旋转一定的角度,钢丝绳就相应地运动一定行程,因此车窗运动的行程与电机的旋转的圈数成线性关系。通过计算电机旋转的圈数,可以间接算出车窗的位置。

2.1霍尔原理

电机的旋转会使得霍尔传感器产生脉冲信号。玻璃位置的检测是通过对控制模块中的霍尔传感器发出的方波进行计数来实现。软件设计中通过单片机芯片的输入捕捉功能记录车窗运行过程中的脉冲个数,通过学习,将车窗的上密封条记为位置0,而下密封条为最大位置。在车窗上升过程中将位置计数器减1,上升到顶时位置计数器清0,下降时位置计数器加l。因此,可按照要求确定防夹区界限对应的位置计数器的值。通过对位置计数器的值的检测可以间接判断玻璃的位置。

脉冲计数方式的关键问题在于位置记录要精确,但在试验中却存在电机切断电源后依旧会发出几个脉冲的问题,这几个脉冲由惯性造成,而且不同的玻璃升降器产生的脉冲个数不同。这些脉冲对车窗位置影响随情况的不同而不。在车窗上下两端堵转时,这些脉冲不太可能造成车窗位置的变化,而在中间位置停止时则有可能造成车窗位置移动,特别是下降途中人为停止时对车窗位置的影响更大。为了减小这种影响,与电机通电运动时位置计数一样,在算法中捕捉这些脉冲。如果当前为下降状态,则对电机断电后产生的脉冲进行位置加法操作,如果当前为上升状态,则对电机断电后产生的脉冲进行位置减法操作。

2.2纹波原理

电机有磁极、转子线圈、换向器组成。根据右手定律转子线圈通电后再磁极磁场的作用下产生运动。运动到磁场边缘是磁场变弱,电动势减小,电流增大。换向器改变转子线圈的电流方向,重新进入磁场电动势增大,电流减小。转子线圈不断转动、电动势和电流不断变化,从而纹波不断产生。所以纹波是电机的固有特性,通过计算纹波的个数就能计算出转子换向的次数,就能计算出窗户的相对位置,结合时间就能得出电机的转速。由于电机在启动,停止,反转,堵转时的纹波特征不明显。如图5和图6,不能精准的计数纹波个数。只能通过算法进行补偿。这样纹波计数必然和实际的必然存在误差。而这误差随着车窗操作次数的增加,误差也会跟着累积。

 

3、电动窗位置判断的原理

从机械的角度讲,电动车窗砸升降时,电机旋转会带动钢丝绳的运动,从而带动车窗的上下开闭。电机每旋转一定的角度,钢丝绳就相应地运动一定行程,因此车窗运动的行程与电机的旋转的圈数成线性关系。通过计算电机旋转的圈数,可以间接算出车窗的位置。

4、霍尔传感器的方案

此方案在电机轴上安装磁环,在磁环附近安装霍尔传感器,当电机转动时带动磁环转动,在霍尔传感器上感应出高低电平的脉冲信号,脉冲的个数反映了电机的位置,脉冲的频率反映了电机的转速。

当电动车窗上升并遇到障碍物是,阻力变大,电机变大,电机转速将减慢,对应脉冲的信号的脉宽将变大,此时系统会向ECU模块报告信息,ECU向继电器或电机驱动芯片发出指令,使电机停转或者反转,从而令车窗停止或下降,实现防夹判断。

DRV5013-Q1是一款双极性霍尔效应传感器,具有宽工作电压范围(2.7至38V)和高达-22V的反极性保护,使得该器件广泛用于各种汽车应用。此外该器件还具有抛负载、输出短路和过流等内部保护功能。

此方案需要安装磁环且每个车窗都需要各自的控制器,因此成本较高。

相比于霍尔传感器的方案,机遇纹波计数的无传感器方案可以节省磁环、霍尔传感器及相关线束的成本。此外,此方案可以用单控器同时控制多个车窗,能够提高整车的集成度,进一步降低控制器的成本。因此,基于波纹计数无传感器方案将成为未来电动车窗夹的发展趋势。

5基于纹波技术的无传感应器方案

波纹计数的无传感应器方案是利用转子转动过程中,电刷在电极间切换产生电流纹波,并对这种电流波动进行采样、分析和控制。

此方案首先通过采样电阻将电机电流信号转换为电压信号,并通过运放对电压信号进行滤波和放大,放大后的信号一路经过AD转换成数字信号给到MCU,作为防夹及堵转的判断依据,另一路通过滤波器和比较器得到方波信号,此方波的频率和电机的转速成正比。通过方波的个数和频率可以判断电机的位置和转速。

参考设计TIDA-01421提供了一种无传感器的纹波防夹方案。该设计主要分为以下几个部分:

电流检测放大

INA240-Q1是一个宽共模范围,高精度,双向电流检测放大器。该器件具有–4V至80V的共模范围,120dB的超大共模抑制比,能够提供准确,低噪声的测量结果。

应用中可以在INA240-Q1的输入端使用一个简单的RC输入滤波器,以减少高频电机电刷产生的噪声和潜在的PWM开关噪声。

带通滤波器

电流检测放大器的输出通过有源带通滤波器进行滤波,以消除额外的噪声和直流分量,从而得到电流纹波信号。

TLV2316-Q1是一款双通道,低压,轨至轨通用运算放大器。该器件具有单位增益稳定的集成RFI 和EMI 抑制滤波器,在过驱条件下不会出现反相,并且具有高静电放电(ESD) 保护(4kV HBM)。

差分放大器

在电机启动时,电机电流会出现非常大的初始尖峰,即浪涌电流。该电流尖峰足够大且足够慢,以至于不能被高通电路滤除。通过差分放大器,可以从信号中消除这种低速,高振幅电流尖峰,从而生成一个低噪声的交流信号,供下一级比较器进行测量。

比较器

经由差分放大器输出的信号通过比较器最终产生一个0V至3.3V的方波信号,其频率等于电机电流纹波频率。此方波信号最终供给MCU用于计数。LMV7275-Q1是一款轨至轨输入低功耗比较器,并具有漏极开路输出。小型SC-70封装非常适合低电压,低功耗、对空间要求严格的设计。综上所述,本文介绍了两种应用于电动车窗防夹的方案——霍尔传感器和纹波防夹技术的基本原理,比较了纹波方案相对于霍尔在实际应用中的优势。虽然霍尔方案以其成熟技术和高可靠性,占据着目前市场上车窗防夹应用的主导地位,但是随着机械加工工艺和电子技术的不断发展,纹波技术市场份额的增加趋势将越发明显。
汽车散热风扇选择--有刷电子风扇与无刷电子风扇的区别
boji
博技科技

得益于国家政策支持,新能源汽车行业发展迅速,也带动了汽车散热技术的发展。作为汽车冷却系统必需的组成部分,汽车散热风扇性能也得到广泛关注。在如何选择新能源汽车散热风扇方面,越来越多的用户已经不再单单看重价格,散热风扇寿命、噪音、转速、稳定性等都成为必须要考虑的因素相比传统机械风扇、离合器风扇,智能电子风扇性能更好,效率更高,因此,汽车电子散热风扇应用越来越普遍。根据不同的划分标准,汽车电子风扇可以分为不同类型。有的汽车使用有刷电子风扇散热,有的使用无刷电子风扇散热。那汽车电子风扇到底有刷风扇好还是无刷风扇好呢?今天,我们就来交流一下汽车有刷电子风扇和无刷电子风扇的区别。(注意:只有电子风扇才存在有刷与无刷的区别,电子风扇是一种内置电动机、需要接通电源才能工作的风扇。)

1、电子风扇结构不同

汽车有刷电子风扇和无刷电子风扇在结构上最大的不同就是碳刷。有碳刷的叫有刷风扇,无碳刷的叫无刷风扇。碳刷是电子风扇电动机固定部分和转动部分之间用来传递能量或信号的装置。一般来说,碳刷是纯碳加凝固剂制成,这也是为什么称之为“碳刷”的原因。碳刷卡在金属支架上,里面有弹簧把它紧压在转轴上,电机转动的时候,将电能通过换相器输送给线圈。

2、电子风扇寿命—耐用程度不同

碳刷主要成分是碳,一种易磨损的消耗品。因此,使用碳刷的有刷风扇寿命低,已损坏。而无碳刷的无刷电子风扇则不存在这个问题。比如,有刷电子风扇寿命已20000小时为例,无刷电子风扇寿命则可以达到30000小时,甚至更高。也因此,越来越多的客户从售后维护、使用体验、风扇寿命等整体考虑风扇成本,选择使用无刷电子风扇散热。

 

3、电子风扇技术性能不同

这里说的技术性能主要指转速、风量、调速、控制方式等几个因素。有刷电子风扇出现的比无刷电子风扇早,相对来说技术成熟。但是,在技术性能上要比无刷电子风扇查。转速和风量两个指标,有刷电子风扇和无刷电子风扇相差不大。在风扇调速方面,有刷电子风扇一般是无法调速,至少没有办法实现智能无级变速。像家用轿车,大部分都是有刷电子风扇,使用温控开关和继电器控制,只有低速和高速两个开关。像驿力科技研发的无刷直流电子风扇,可以外接控制器,采用pwm控制技术,可以实现智能无级变速,不再区分速度等级。

4、电子风扇价格及质保不同

有刷电子风扇技术性能低,质保期也短,价格也便宜。像乘用车有刷电子风扇,便宜的几十块钱,贵点的也就二三百块钱。无刷电子风扇技术性能高,质保期长,价格高。像驿力科技BLDC无刷风机价格一般在600元以上,质保期最长可达8年。

汽车散热风扇电机无刷还是有刷?有刷电机和无刷电机的区别

汽车内部的零部件有很多种,要是一个个去摸索探究的话,估计得用上大把时日。散热器风扇是汽车中必不可少的一个部件,对汽车的散热起着非常重要的作用,使用汽车的人一多,散热器风扇的使用自然也就越来越多,其种类也出现了各式各样的。下面一起看下汽车散热风扇电机无刷还是有刷吧。

汽车散热风扇电机无刷还是有刷——优缺点

(一)有刷电机缺点

(1)摩擦大,损耗大老模友们在以前玩有刷电机的时候都碰到这个问题,那就是使用电机一段时间以后,需要打开电机来清理电机的碳刷,费时费力,维护强度不亚于来一次家庭大扫除。

(2)发热大,寿命短由于有刷电机的结构原因,电刷和换向器的接触电阻很大,造成电机整体电阻较大,容易发热,而永磁体是热敏元件,如果温度太高的话,磁钢是会退磁的,使电机性能下降,影响有刷电机的寿命。

(3)效率低,输出功率小上面说到的有刷电机发热问题,很大程度是因为电流做功在电机内部电阻上了,所以电能有很大程度转化为了热能,所以有刷电机的输出功率不大,效率也不高。

(二)无刷电机优点

(1)无电刷、低干扰无刷电机去除了电刷,最直接的变化就是没有了有刷电机运转时产生的电火花,这样就极大减少了电火花对遥控无线电设备的干扰。

(2)噪音低,运转顺畅无刷电机没有了电刷,运转时摩擦力大大减小,运行顺畅,噪音会低许多,这个优点对于模型运行稳定性是一个巨大的支持。

(3)寿命长,低维护成本少了电刷,无刷电机的磨损主要是在轴承上了,从机械角度看,无刷电机几乎是一种免维护的电动机了,必要的时候,只需做一些除尘维护即可。

汽车散热风扇电机无刷还是有刷——类型

钢制散热器。这种散热器中,根据它的材质和性能的不同,我们又把它里面分为有板式和及柱式这两种,但是在实际中对这类散热器进行购买的时候,还应当注意安全性的问题,毕竟使用在汽车上面,如果产品质量较差,会有很大的安全风险,对车和人都会造成很大的威胁。如果是要检验散热器的防腐性能,一定要通过水道检查,不可轻信商家的夸大宣传。

铁质散热器和铝制散热器。在前几年的时候,这两种散热器应用的还是比较广泛的,但是由于它们性能上还是存在着诸多的弊端,优势也不如钢制的散热器那么的明显,如今已经被钢制的散热器所取代了,现在在市场上很难再看到这两种散热器的身影了。

 

汽车散热风扇电机无刷还是有刷——区别

有刷电机在工作时,线圈和换向器旋转,磁钢和碳刷不转,线圈电流方向的交替变化是随电机转动的换相器和电刷来完成的。行业有刷电机分高速有刷电机和低速有刷电机。有刷电机和无刷电机有很多区别,从名字上可以看出有刷电机有碳刷,无刷电机没有碳刷。

无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成,是一种典型的机电一体化产品。由于无刷直流电动机是以自控式运行的,所以不会象变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组,也不会在负载突变时产生振荡和失步。

从原理上来说:有刷电机是指电机是直流电输入,控制它的控制器只给它提供大小电流就可以调速了;而无刷电机其实就是个三相交流电机,靠控制器把直流电转换成三相交流电,并根据电机里的传感器霍尔元件进行换相使电机正常运转。由此原理直接来说,无刷电机比有刷电机寿命长、起步有劲省电,但是控制器却比有刷控制器成本高。

从产品市场来看:有刷电机是传统产品,性能比较稳定。无刷电机是升级产品,其寿命性能比有刷电机好。但其控制电路比较复杂,对元件的老化筛选要求比较严格。虽然电机寿命长但控制电路容易出毛病。因此选用无刷电机要经过严格的可靠性试验以确保质量。

散热器风扇对于汽车散热有极大的帮助,所以散热装置还是非常重要的。上下一比较,就知道无刷电机相对于有刷电机的优势在哪里了,但是万事都不是绝对的,有刷电机低速扭力性能优异、转矩大等性能特点是无刷电机不可替代的,不过就无刷电机的使用方便性来看,随着无刷控制器的成本下降趋势和国内外无刷技术的发展与市场竞争,无刷动力系统正在高速的发展与普及阶段,这也极大促进了模型运动的发展。希望大家可以喜欢小编分享的关于汽车散热风扇电机无刷还是有刷的全部内容。

现在汽车的发展越来越讲究性能,运用无刷电子风扇散热越来越受到青睐。随着制造工艺和技术的完善,无刷电子风扇性能提升的同时成本也会逐步降低,实现“有刷的价格,无刷的品质”。汽车无刷电子风扇,我就认驿力科技Skyfan品牌!

 

新能源汽车散热风扇选择:耐用和智能让无刷风扇成为焦点

 

汽车散热风扇可以分为有刷电子风扇和无刷电子风扇。在使用寿命上,无刷风扇是要远远超过有刷风扇的。但是,在过去一段很长时期,碍于对设计要求、生产制作工艺、技术研发等方面的高要求,无刷风扇价格较高,始终没有得到广泛普及。而这些问题随着新能源汽车的快速发展、直流无刷电机技术的逐步成熟、生产工艺的进步,无刷电子风扇开始“崭露头角”。

 

新能源客车是新能源汽车发展最快、普及率最高的一个细分领域。城市公共交通的特殊性要求新能源客车必须具有高安全性、高性能稳定性、维护简便化,这些要求最终都要反映在整车制造和零部件选择。在新能源客车动力系统散热方面,高性能的散热风扇成为首选。笔者从最近几个大型公交公司供应商招标中发现,在电机冷却系统标段上都要求供应商提供的产品必须是无刷电子风扇散热,有的整车制造厂进一步要求进口无刷电子风扇;同时,需要满足无级变速、低噪音、防护等级IP67等要求。记者在调研中看到一份ATS冷却系统市场应用数据,其中比亚迪K系列城市公交客车、海格纯电动大巴车、银隆纯电动城市公交车等在散热器上都广泛采用了无刷电子风扇。

 

新能源汽车散热风扇选择:耐用和智能让无刷风扇成为焦点

 

散热器的作用就是对新能源汽车动力系统进行散热,而风扇起到加速散热器热交换效率的重要作用。散热风扇的好坏直接影响新能源汽车散热器散热效果。随着技术进步、性能稳定及生产工艺的标准化、规模化,无刷电子风扇的成本在逐渐降低,无刷电子风扇定将成为新能源汽车散热器风扇的首选。直流无刷电子风扇也将成为新能源汽车散热的主流配置。

 

发展历程看,可以把汽车散热风扇分为三个主要阶段:机械式散热风扇,发动机直接驱动或者通过皮带轮驱动。离合器风扇,在机械风扇上加装离合器,有电磁离合器和硅油离合器之分。电子风扇,通过传感器和继电器控制风扇运行状态。三种汽车散热风扇体现了不同时期汽车散热技术的发展和用户对车辆性能要求的不同。不同种类的车辆,对散热风扇性能的要求不同,对散热风扇技术的接受程度不同。从传统燃油车市场风扇应用实践看,乘用车发动机散热技术走在了最前沿。2000年以后,乘用车发动机散热器就开始普及电子风扇散热。同一时期,商用车、工程机械则还是皮带风扇,或者离合器风扇。不过,彼时燃油乘用车散热器风扇还停留在有刷电子风扇阶段。

 

 
金华市经信局赴龙湾区小微园 开展走访调研
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