新能源汽车基于堵转电流检测的防夹技术应用介绍

一、原理与控制

在新能源汽车的应用中，如电吸门、尾门和车窗等自动化装置在设计时，主要目的是为了提高车辆使用的便捷性和舒适度。这些装置通过使用传感器、电机和控制系统来实现自动开启和关闭。

如电吸门，其工作原理是通过传感器检测车门是否接近关闭位置（如当车门被手动推至接近关闭的位置时，传感器会检测到车门的状态），以及【是否有障碍物阻挡】（依据实际方案，对于障碍物阻挡的检测不一定需要通过外界传感器进行），在车门接近关闭位置时，控制单元将接受来自传感器的信号，接着控制电机的运行方式，以及施加的力量大小，通过电机为关门动作提供额外的力量，以帮助车门完全关闭。若在车门关闭过程中检测到阻力，将控制电机反转，以重新打开车门。

图1 电吸门

电动尾门系统与电吸门系统类似，但也有些许不同之处，其工作原理是，当通过遥控钥匙或车内的按钮发出开启或关闭信号后，控制单元接收此信号，并控制电机运行，此时电机通过丝杆机构转换旋转运动为直线运动，从而实现尾门的开启和关闭，过程中平衡弹簧帮助抵消尾门的重量，确保运动的平稳性。在尾门的关闭过程中，若遇到障碍物，控制单元将控制电机反转以阻止尾门继续关闭。

图2 尾门构造

如上述对车载门窗系统工作原理的简单介绍，我们可以知道无论是尾门还是电吸门，通常其控制关闭与开启的节点都是通过车身控制单元（BCM）进行，尽管两者在关闭的方式上可能存在差异，但原理都是一样的。

首先，当BCM接收到关闭指令后（在电吸门中，可以由位置传感器进行检测车门是否接近关闭位置；在尾门中，可以通过开关信号或传感器位置信号检测是否处于关闭状态），将控制组件中的电机工作，此时电机将为车门关闭动作提供额外的力量，以帮助其完全关闭，从而实现‘电吸’的效果，而在尾门中，则通过丝杆机构转换旋转运动为直线运动，从而实现尾门的开启和关闭。

接着，在车门闭合过程中，若检测到异物阻止车门关闭，此时控制单元可通过对电机电流的检测（或通过霍尔传感器信号），以判断是否阻止车门继续关闭，如当电流值达到设定阈值后，可判断此时车门处于被异物阻挡，从而让电机处于堵转状态。为了防止电机堵转对零件造成损害，此时将控制电机执行反转动作，从而实现车门的开启，以此来实现防止夹伤功能。

此过程中，由于控制单元需要检测电机的堵转电流，因此若在车门关闭期间，异物是一些绵软的物体，虽然也会对车门的关闭起到一定的阻碍作用，但可能不会让堵转电流达到阈值，此时车门一样会正常关闭，而若异物是一些坚硬的物体，此时电机的堵转电流将可能达到阈值，因此车门会反向开启。

注：若采用了霍尔传感器，则通过检测信号的变化来判断，但传感器信号虽可检测是否有异物却难以检测异物是否为软组织（即难以区分是否可能是人体的一部分）。

基于其检测原理，如果是人手在车门关闭时进入，由于堵转电流的大小设定问题，可能会对人手造成一定的夹紧效果，而当夹紧的力度由手部软组织进入骨头时，由于骨头的坚硬度，会使得电机堵转电流超过阈值，此时车门将会开打。所以此方式下，人手其实还是会感觉到被夹疼。

而为了进一步降低夹紧的力度，提高对异物感知的灵敏度，可以在电机正常驱动车门关闭的输出电流大小的基础上，对堵转电流阈值进行降低（或模拟从软组织到更坚硬的骨头的电流变化曲线），如此一来，只要有异物进入，检测到的堵转电流稍大，控制器便会控制电机反转，这样可达到更为精准的防夹效果。

图3 堵转电流检测

如果要再进一步，可以再次调低堵转电流阈值或通过传感器等去检测车门关闭过程中是否有异物进入，一旦检测到异物，便执行电机反转，重新打开车门（传感器方案的应用，对于异物的判断将不再局限于堵转电流）。但此方式会增加硬件成本。如上述，此原理一样适用于车窗等领域。

二、防夹感知方案

在车辆的防夹功能中，实现‘防夹’的感知方案根据实际应用可能有所不同，如可使用传感器对外部异物进行感知，通常可使用的传感器有：

1.压力传感器：安装在车门边缘，当车门关闭并且接触到物体时，传感器会感受到压力的增加。系统一旦检测到压力超过预设的阈值将立即反转电机，使车门重新打开，从而避免进一步的夹伤。

2.电容式传感器：当有物体靠近传感器时，电容值会发生改变。在车门关闭过程中，如果检测到电容值的变化超过了设定范围，将触发防夹功能。

3.光学传感器：如通过红外线等创建检测区域，当有物体进入这个区域时，光束会被中断或反射。当检测到光束中断后，会立即触发防夹反应，阻止车门继续关闭。

4.电流传感器：监测电机工作时的电流变化，当电机遇到阻力时，电流会显著增加，BCM通过监测电流变化来判断是否触发防夹机制。

由于防夹功能于车辆控制而言属于一种较为简单且易实现系统，通过增加外部传感器的方案不仅会提升成本还会增加系统布置的复杂度，因此通过BCM自身硬件设计去实现对堵转电流的检测方案目前被应用的更多。

但过多的电流检测电路会显著增加PCBA的体积、重量及成本，因此该方案下需对车身不同领域的防夹需求进行优先级评估，如车窗、车门和尾门的防夹功能直接关系到乘客的安全，此时这些领域往往是防夹功能的优先应用对象。而如天窗、折叠后视镜等领域虽然也可应用防夹功能，但在此方案下将暂时不考虑其应用。

另外，通过硬件电路与软件结合去检测堵转电流的方案在实际应用过程中，由于电流的增加可能会对元件造成损害，尽管在设计时已经采取了过流、限流等保护措施，但相对于传感器方案的信号采集而言，这依然会提高控制单元的故障率，对于频繁出现堵转应用的车辆而言，可能会提高其售后更换的频次。

图4 不同方案差异

三、应用领域

防夹功能在车载中的应用领域有许多，但基于成本及应用优先级等因素考量，目前该功能主要在车窗、车门、尾门等区域应用，除此常用领域外，在车载中还可应用防夹功能的区域有：

1.电动侧滑门：在MPV或大型SUV等车型中，电动侧滑门的防夹功能应用可以防止车门在关闭时夹住物品或乘客。

2.天窗：天窗在关闭过程中，可通过防夹功能防止损伤物体或带入树枝等异物。

3.电动座椅调节：在某些高端车型中，电动座椅在调节时的防夹功能可以防止座椅在移动时夹住乘客的身体部位。

4.电动折叠后视镜：防夹功能可以防止夹住如树枝等异物。

尽管防夹功能对于提升车辆的应用安全性和用户体验至关重要，但在实际应用中，还需要综合考虑多种因素，以确保在有限的资源和空间内实现最佳的系统性能。

综上所述，非只有传感器方才能实现防夹功能。