事實上,早在1997年,美國國家公路安全局(NHSTA)統計的安全事故調查指出,每年美國所有由汽車電動附件誤操作引起的傷害里,大約有93%的受害者是源于電動車窗誤夾,其中64%受害者年齡小于15歲。為此,旨在保護人員在車窗關閉中不受意外傷害,各國對自動升降電動車窗都提出了法規要求,典型如北美的FMVSS118,歐洲的74/60/EEC,國聯的ECE21等。因此這20年來電動車窗防夾技術獲得了前所未有的成長與廣闊的市場。
典型的一個車窗防夾系統,只要系統能有方法獲知車窗的運動行程與受力情況,隨后依據這些信息計算并判斷是否車窗夾住異物,就能驅動車窗電機及時反方向運轉實現防夾功能。車窗防夾技術發展多年以來,這樣一套系統整體上并無太多變化,是依靠傳感器輸入,控制器運算,執行輸出的三步走系統。典型的傳感器方案比如采用雙霍爾傳感器,在電機運轉時通過磁極的轉換從而產生脈沖信號,幫助系統確認車窗的行程以及受力。這樣一套傳感器技術方案歷經十幾年的發展與應用,可謂已到了相當成熟的地步,在市場上處于絕對統治地位。
圖:典型的車窗防夾系統
無傳感器控制技術(SLC)的時代到來了。
典型的SLC系統里只有控制器與執行電機兩部分組成,拋棄了傳感器,從而大大降低了系統的成本。沒有傳感器,就像天方夜譚一樣,沒有地基,如何建立空中閣樓?不錯,這樣一座空中閣樓就是建立在不可見的電與磁的物理法則之上,不但穩固,而且科學。
圖:SLC車窗防夾系統
車窗電機由磁極,定子,轉子,電刷這幾部分組成。在轉子上,分布有數對換向片。每兩片換向片之間存在一定的間隙,電刷通過間隙的時候,在電磁感應的作用下,電流不會產生瞬斷,但是會產生一個微小的抖動,這樣的一個抖動就叫做一個紋波(ripple)。如果電機有10片換向片,那么轉一圈就會產生10個紋波。反過來,如果準確測量到紋波的數量,就能知道電機轉動的圈數,推算出整個車窗的行程。同時,車窗的受力直接反應在電機的轉矩上,根據電機轉矩公式,電動機的轉矩與旋轉磁場的強弱和轉子中的電流成正比,和電源電壓的平方成正比,而電壓和電流信號在控制器內部本身就是能采集的。這樣只需要控制器與電機自身,就可以在無傳感器的情況下獲得系統所需要的輸入信息。從信息結構上來說,空中閣樓的搭建就完成了。
圖:電機換向片與紋波產生原理
當然,搭建這樣一個空中閣樓,也有許多的難點,其中之一便是精確的紋波算法。控制器采樣而得的電流數據,本身收到采樣率限制,是離散的,如何識別出紋波的波形是一項巨大的挑戰。幸好,先賢說過:“世界是由正弦波構成的”,依據傅立葉變換,項目組開發了一套紋波技術算法,完美的模擬了紋波的構成與篩選。為了進一步驗證算法的可靠性,項目組從BOSCH引入了驗證方案,并已實際開始了技術驗證。實際的項目目前已在緊鑼密鼓的運營中,預期近年內就可以面世了!
圖:頻譜分析
SLC技術優化了系統結構,降低了客戶成本,更是從思想觀念上提出了大膽創新;把不可能變為可能。在這一輪技術創新中,即讓客戶得到了實惠,也提升了系統供應商的核心價值,同時指導了次級零部件供應商的開發方向 ,實現客戶、一級供應商、次級供應商的多贏合作模式。同時,SLC技術為汽車的智能化與安全化作出了貢獻,為將來的智能化交通生態體系提供了技術基礎。
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