一、原理與控制

在新能源汽車的應(yīng)用中，如電吸門、尾門和車窗等自動化裝置在設(shè)計時，主要目的是為了提高車輛使用的便捷性和舒適度。這些裝置通過使用傳感器、電機(jī)和控制系統(tǒng)來實現(xiàn)自動開啟和關(guān)閉。

如電吸門，其工作原理是通過傳感器檢測車門是否接近關(guān)閉位置（如當(dāng)車門被手動推至接近關(guān)閉的位置時，傳感器會檢測到車門的狀態(tài)），以及【是否有障礙物阻擋】（依據(jù)實際方案，對于障礙物阻擋的檢測不一定需要通過外界傳感器進(jìn)行），在車門接近關(guān)閉位置時，控制單元將接受來自傳感器的信號，接著控制電機(jī)的運行方式，以及施加的力量大小，通過電機(jī)為關(guān)門動作提供額外的力量，以幫助車門完全關(guān)閉。若在車門關(guān)閉過程中檢測到阻力，將控制電機(jī)反轉(zhuǎn)，以重新打開車門。

圖1 電吸門

電動尾門系統(tǒng)與電吸門系統(tǒng)類似，但也有些許不同之處，其工作原理是，當(dāng)通過遙控鑰匙或車內(nèi)的按鈕發(fā)出開啟或關(guān)閉信號后，控制單元接收此信號，并控制電機(jī)運行，此時電機(jī)通過絲桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)運動為直線運動，從而實現(xiàn)尾門的開啟和關(guān)閉，過程中平衡彈簧幫助抵消尾門的重量，確保運動的平穩(wěn)性。在尾門的關(guān)閉過程中，若遇到障礙物，控制單元將控制電機(jī)反轉(zhuǎn)以阻止尾門繼續(xù)關(guān)閉。

圖2 尾門構(gòu)造

如上述對車載門窗系統(tǒng)工作原理的簡單介紹，我們可以知道無論是尾門還是電吸門，通常其控制關(guān)閉與開啟的節(jié)點都是通過車身控制單元（BCM）進(jìn)行，盡管兩者在關(guān)閉的方式上可能存在差異，但原理都是一樣的。

首先，當(dāng)BCM接收到關(guān)閉指令后（在電吸門中，可以由位置傳感器進(jìn)行檢測車門是否接近關(guān)閉位置；在尾門中，可以通過開關(guān)信號或傳感器位置信號檢測是否處于關(guān)閉狀態(tài)），將控制組件中的電機(jī)工作，此時電機(jī)將為車門關(guān)閉動作提供額外的力量，以幫助其完全關(guān)閉，從而實現(xiàn)‘電吸’的效果，而在尾門中，則通過絲桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)運動為直線運動，從而實現(xiàn)尾門的開啟和關(guān)閉。

接著，在車門閉合過程中，若檢測到異物阻止車門關(guān)閉，此時控制單元可通過對電機(jī)電流的檢測（或通過霍爾傳感器信號），以判斷是否阻止車門繼續(xù)關(guān)閉，如當(dāng)電流值達(dá)到設(shè)定閾值后，可判斷此時車門處于被異物阻擋，從而讓電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)。為了防止電機(jī)堵轉(zhuǎn)對零件造成損害，此時將控制電機(jī)執(zhí)行反轉(zhuǎn)動作，從而實現(xiàn)車門的開啟，以此來實現(xiàn)防止夾傷功能。

此過程中，由于控制單元需要檢測電機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流，因此若在車門關(guān)閉期間，異物是一些綿軟的物體，雖然也會對車門的關(guān)閉起到一定的阻礙作用，但可能不會讓堵轉(zhuǎn)電流達(dá)到閾值，此時車門一樣會正常關(guān)閉，而若異物是一些堅硬的物體，此時電機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流將可能達(dá)到閾值，因此車門會反向開啟。

注：若采用了霍爾傳感器，則通過檢測信號的變化來判斷，但傳感器信號雖可檢測是否有異物卻難以檢測異物是否為軟組織（即難以區(qū)分是否可能是人體的一部分）。

基于其檢測原理，如果是人手在車門關(guān)閉時進(jìn)入，由于堵轉(zhuǎn)電流的大小設(shè)定問題，可能會對人手造成一定的夾緊效果，而當(dāng)夾緊的力度由手部軟組織進(jìn)入骨頭時，由于骨頭的堅硬度，會使得電機(jī)堵轉(zhuǎn)電流超過閾值，此時車門將會開打。所以此方式下，人手其實還是會感覺到被夾疼。

而為了進(jìn)一步降低夾緊的力度，提高對異物感知的靈敏度，可以在電機(jī)正常驅(qū)動車門關(guān)閉的輸出電流大小的基礎(chǔ)上，對堵轉(zhuǎn)電流閾值進(jìn)行降低（或模擬從軟組織到更堅硬的骨頭的電流變化曲線），如此一來，只要有異物進(jìn)入，檢測到的堵轉(zhuǎn)電流稍大，控制器便會控制電機(jī)反轉(zhuǎn)，這樣可達(dá)到更為精準(zhǔn)的防夾效果。

圖3 堵轉(zhuǎn)電流檢測

如果要再進(jìn)一步，可以再次調(diào)低堵轉(zhuǎn)電流閾值或通過傳感器等去檢測車門關(guān)閉過程中是否有異物進(jìn)入，一旦檢測到異物，便執(zhí)行電機(jī)反轉(zhuǎn)，重新打開車門（傳感器方案的應(yīng)用，對于異物的判斷將不再局限于堵轉(zhuǎn)電流）。但此方式會增加硬件成本。如上述，此原理一樣適用于車窗等領(lǐng)域。

二、防夾感知方案

在車輛的防夾功能中，實現(xiàn)‘防夾’的感知方案根據(jù)實際應(yīng)用可能有所不同，如可使用傳感器對外部異物進(jìn)行感知，通?？墒褂玫膫鞲衅饔校?

1.壓力傳感器：安裝在車門邊緣，當(dāng)車門關(guān)閉并且接觸到物體時，傳感器會感受到壓力的增加。系統(tǒng)一旦檢測到壓力超過預(yù)設(shè)的閾值將立即反轉(zhuǎn)電機(jī)，使車門重新打開，從而避免進(jìn)一步的夾傷。

2.電容式傳感器：當(dāng)有物體靠近傳感器時，電容值會發(fā)生改變。在車門關(guān)閉過程中，如果檢測到電容值的變化超過了設(shè)定范圍，將觸發(fā)防夾功能。

3.光學(xué)傳感器：如通過紅外線等創(chuàng)建檢測區(qū)域，當(dāng)有物體進(jìn)入這個區(qū)域時，光束會被中斷或反射。當(dāng)檢測到光束中斷后，會立即觸發(fā)防夾反應(yīng)，阻止車門繼續(xù)關(guān)閉。

4.電流傳感器：監(jiān)測電機(jī)工作時的電流變化，當(dāng)電機(jī)遇到阻力時，電流會顯著增加，BCM通過監(jiān)測電流變化來判斷是否觸發(fā)防夾機(jī)制。

由于防夾功能于車輛控制而言屬于一種較為簡單且易實現(xiàn)系統(tǒng)，通過增加外部傳感器的方案不僅會提升成本還會增加系統(tǒng)布置的復(fù)雜度，因此通過BCM自身硬件設(shè)計去實現(xiàn)對堵轉(zhuǎn)電流的檢測方案目前被應(yīng)用的更多。

但過多的電流檢測電路會顯著增加PCBA的體積、重量及成本，因此該方案下需對車身不同領(lǐng)域的防夾需求進(jìn)行優(yōu)先級評估，如車窗、車門和尾門的防夾功能直接關(guān)系到乘客的安全，此時這些領(lǐng)域往往是防夾功能的優(yōu)先應(yīng)用對象。而如天窗、折疊后視鏡等領(lǐng)域雖然也可應(yīng)用防夾功能，但在此方案下將暫時不考慮其應(yīng)用。

另外，通過硬件電路與軟件結(jié)合去檢測堵轉(zhuǎn)電流的方案在實際應(yīng)用過程中，由于電流的增加可能會對元件造成損害，盡管在設(shè)計時已經(jīng)采取了過流、限流等保護(hù)措施，但相對于傳感器方案的信號采集而言，這依然會提高控制單元的故障率，對于頻繁出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)應(yīng)用的車輛而言，可能會提高其售后更換的頻次。

圖4 不同方案差異

三、應(yīng)用領(lǐng)域

防夾功能在車載中的應(yīng)用領(lǐng)域有許多，但基于成本及應(yīng)用優(yōu)先級等因素考量，目前該功能主要在車窗、車門、尾門等區(qū)域應(yīng)用，除此常用領(lǐng)域外，在車載中還可應(yīng)用防夾功能的區(qū)域有：

1.電動側(cè)滑門：在MPV或大型SUV等車型中，電動側(cè)滑門的防夾功能應(yīng)用可以防止車門在關(guān)閉時夾住物品或乘客。

2.天窗：天窗在關(guān)閉過程中，可通過防夾功能防止損傷物體或帶入樹枝等異物。

3.電動座椅調(diào)節(jié)：在某些高端車型中，電動座椅在調(diào)節(jié)時的防夾功能可以防止座椅在移動時夾住乘客的身體部位。

4.電動折疊后視鏡：防夾功能可以防止夾住如樹枝等異物。

盡管防夾功能對于提升車輛的應(yīng)用安全性和用戶體驗至關(guān)重要，但在實際應(yīng)用中，還需要綜合考慮多種因素，以確保在有限的資源和空間內(nèi)實現(xiàn)最佳的系統(tǒng)性能。

綜上所述，非只有傳感器方才能實現(xiàn)防夾功能。