事实上,早在1997年,美国国家公路安全局(NHSTA)统计的安全事故调查指出,每年美国所有由汽车电动附件误操作引起的伤害里,大约有93%的受害者是源于电动车窗误夹,其中64%受害者年龄小于15岁。为此,旨在保护人员在车窗关闭中不受意外伤害,各国对自动升降电动车窗都提出了法规要求,典型如北美的FMVSS118,欧洲的74/60/EEC,国联的ECE21等。因此这20年来电动车窗防夹技术获得了前所未有的成长与广阔的市场。
典型的一个车窗防夹系统,只要系统能有方法获知车窗的运动行程与受力情况,随后依据这些信息计算并判断是否车窗夹住异物,就能驱动车窗电机及时反方向运转实现防夹功能。车窗防夹技术发展多年以来,这样一套系统整体上并无太多变化,是依靠传感器输入,控制器运算,执行输出的三步走系统。典型的传感器方案比如采用双霍尔传感器,在电机运转时通过磁极的转换从而产生脉冲信号,帮助系统确认车窗的行程以及受力。这样一套传感器技术方案历经十几年的发展与应用,可谓已到了相当成熟的地步,在市场上处于绝对统治地位。
图:典型的车窗防夹系统
无传感器控制技术(SLC)的时代到来了。
典型的SLC系统里只有控制器与执行电机两部分组成,抛弃了传感器,从而大大降低了系统的成本。没有传感器,就像天方夜谭一样,没有地基,如何建立空中阁楼?不错,这样一座空中阁楼就是建立在不可见的电与磁的物理法则之上,不但稳固,而且科学。
图:SLC车窗防夹系统
车窗电机由磁极,定子,转子,电刷这几部分组成。在转子上,分布有数对换向片。每两片换向片之间存在一定的间隙,电刷通过间隙的时候,在电磁感应的作用下,电流不会产生瞬断,但是会产生一个微小的抖动,这样的一个抖动就叫做一个纹波(ripple)。如果电机有10片换向片,那么转一圈就会产生10个纹波。反过来,如果准确测量到纹波的数量,就能知道电机转动的圈数,推算出整个车窗的行程。同时,车窗的受力直接反应在电机的转矩上,根据电机转矩公式,电动机的转矩与旋转磁场的强弱和转子中的电流成正比,和电源电压的平方成正比,而电压和电流信号在控制器内部本身就是能采集的。这样只需要控制器与电机自身,就可以在无传感器的情况下获得系统所需要的输入信息。从信息结构上来说,空中阁楼的搭建就完成了。
图:电机换向片与纹波产生原理
当然,搭建这样一个空中阁楼,也有许多的难点,其中之一便是精确的纹波算法。控制器采样而得的电流数据,本身收到采样率限制,是离散的,如何识别出纹波的波形是一项巨大的挑战。幸好,先贤说过:“世界是由正弦波构成的”,依据傅立叶变换,项目组开发了一套纹波技术算法,完美的vwin 了纹波的构成与筛选。为了进一步验证算法的可靠性,项目组从BOSCH引入了验证方案,并已实际开始了技术验证。实际的项目目前已在紧锣密鼓的运营中,预期近年内就可以面世了!
图:频谱分析
SLC技术优化了系统结构,降低了客户成本,更是从思想观念上提出了大胆创新;把不可能变为可能。在这一轮技术创新中,即让客户得到了实惠,也提升了系统供应商的核心价值,同时指导了次级零部件供应商的开发方向 ,实现客户、一级供应商、次级供应商的多赢合作模式。同时,SLC技术为汽车的智能化与安全化作出了贡献,为将来的智能化交通生态体系提供了技术基础。
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