【导读 】该方案是基于电机电流检测的无霍尔传感器方案，通过检测电流纹波数量来计算车窗位置，并比较同一位置的标准电流值和实时电流值，从而判断是否有障碍物存在，是否需要进行防夹保护动作。基于电流检测的无霍尔传感器方案防夹检测效果准确，而且降低了成本，安装也更加方便。
1.英飞凌TLE9832概况
TLE9832是英飞凌半导体公司新推出的一款针对车身电子领域设计的专用芯片。TLE9832采用最新的技术，将8051核和SBC（system basic chip）集成在一块晶圆上。SBC以外设形式集成在8051总线上，通过访问寄存器即可直接访问，集成度高，可以大大减少外部器件的数量并简化外部电路的设计。下图为TLE9832的框图。
图1 TLE9832系统框图
TLE9832主要可应用于汽车天窗、车窗等的控制。针对这些应用，TLE9832集成了一些特殊的外设及功能模块。本文以在车窗上的应用为例，介绍TLE9832一些外设模块的特点和应用。在本文介绍的车窗应用中，主要用到了LIN、电压检测、高电平监控输入引脚、低边开关驱动、高边开关驱动。下面就针对这些模块及作用 作简单介绍。
（一）低边开关驱动引脚（LS1、LS2）
TLE9832提供两路低边开关驱动引脚，可直接驱动继电器。对每路低边开关驱动都可进行过流检测和过温检测。当检测到过流或者过温时，低边开关自动关闭，起到保护的作用。
低边开关驱动引脚提供了两种驱动模式:普通驱动模式和PWM驱动模式。在PWM驱动模式下，可输出PWM波形驱动MOSFET控制电机的输入电压及转速。PWM的最高频率可达20kHz。此外，在普通驱动模式下，也可以配合使用CCU6模块产生PWM波形，这将在下面介绍到。
值得注意的是，如果使用低边开关驱动的PWM驱动模式，需要在负载上并联一个二极管，实现续流的功能，以吸收开关断开时感性负载产生的反电动势。如图2所示。
图2 低边开关驱动引脚外部电路图
（二）高边开关驱动引脚（HS）
TLE9832提供了1~2路高边开关驱动引脚。高边开关可以用来驱动由仪表盘上的单个或者多个LED、照明开关或者其它阻性负载。每路高边开关驱动都具有过流检测功能，并按照需求设置电流的阈值。此外，还有开路检测的功能，同样，电流的阈值也可以设置。
高边开关驱动提供两种驱动模式，一种是普通驱动模式，另一种是PWM驱动模式。PWM的最高频率可达20kHz。
（三）高电平监控输入引脚MON1~MON5
高电平监控引脚既可以输入数字信号,也可以输入模拟信号，可用于检测外部按键。连接到这5个引脚的5个按键不仅可以作为数字量从MON单元读入状态，还可以连接到模数转换模块进行采样。此外，还可通过设置相关寄存器的值使能内部电阻上拉或下拉功能。
高电平监控输入引脚除了用于按键检测外，还可以用于在睡眠或者掉电模式下唤醒单片机。可通过寄存器设置唤醒模式：上升沿触发、下降沿触发或者两种皆可。MON1~MON5的内部结构中的滤波模块可用于对唤醒信号进行滤波，避免误动作。
（四）捕获/比较模块（CCU6模块）
捕获/比较单元6（CCU6）中有两个独立的定时器（T12，T13），可用来产生脉宽调制（PWM）信号。
其中，T12提供3路比较／捕获通道。每个通道可以设置为比较模式或者捕获模式。在比较模式下，通过周期寄存器，可以设置PWM波形的周期。通过设置比较值寄存器，可使任何一路通道在定时器的数值与比较值寄存器数值一样时，翻转输出电平，从而得到需要的PWM波形。捕获模式可以用于记录输入波形的跳变沿产生时的定时器时间。T13提供1路比较通道。
（五）测量模块
TLE9832提供了一个测量模块，该测量模块由两个ADC核组成，可以提供10路8位精度的模拟输入通道。除通道5保留之外，其余9个通道的功能分别是：通道0测量供电电压；通道1测量工作电压；通道2和通道3分别测量VDDP和VDDC，这也是内核能稳定工作的关键参数；通道4测量ADC转换参考电压；通道5测量电流传感器输出；通道6和通道7测量两个低边开关的电流；通道8测量低边开关的温度值；通道9测量整个芯片的温度值。此外，每个通道还可以根据客户设置的上、下限值产生中断，这样便可以轻松地做到过流或者过压保护，见图3。
图3 测量模块示意图
（六）其它
TLE9832还特别为霍尔传感器提供了电源引脚VDDEXT，用于对霍尔传感器供电，可以节省分立器件方案中单片机和霍尔传感器之间的隔离器件。
TLE9832还集成了LIN收发器，外部电路不再需要独立的LIN收发器芯片，支持了LIN总线通讯，同时也使得集成度更高。
此外，TLE9832还集成了电源转换模块LDO。可以将外部输入的12V电压转换成5V输出，与分立器件的方案相比，集成度更高，电路空间可以做到更小。
2.英飞凌车窗防夹方案算法简介
电机转矩可以表示为
其中， 为转矩， 为常数， 为流过电机的电流， 为磁通量。
车窗防夹功能的实现，本质上是对车窗电机扭矩变化的辨识：当车窗碰到障碍物时，为了克服阻力，电机输出转矩会随之增大；而因为 和 是常数，所以流过电机的电流 也会随之增大。因此可以将电机电流作为防夹的判定的依据对其进行采样。
此外，在防夹应用中，位置检测也非常重要；一方面需要通过检测车窗位置判断车窗玻璃是否处于防夹区域之内，防夹功能是否需要被激活；另一方面，车窗在上升过程中不同位置的电机电流可以作为防夹判断的参考值，对于提高防夹判断精度有着重要意义。
而目前在车窗防夹的应用中，常见的位置检测方法有霍尔传感器检测法和电流纹波检测法。前者通过电机轴上安装磁环,产生随电机转动而变化的磁场，再使用霍尔传感器,感知磁场的变化,间接地检测电机转动和车窗的位置。而后者则是根据有刷电机在换相过程中产生的电流纹波来检测电机位置。两者各有优缺点：霍尔传感器检测法检测结果较为准确，但是，为了提高磁场检测的灵敏度，要求将霍尔传感器贴近磁环固定，这实际上增加了安装和器件的成本，也影响了系统的可靠性；而电流纹波检测法成本低廉，可靠性高，但是对电流采样速度和精度要求较高，软件开销也要大于霍尔传感器检测法。为此，本文提出了一种更为高效的电流纹波检测算法，在下文中将做详细介绍。
3.基于TLE9832的车窗无霍尔传感器的防夹方案
电流检测采用了基于电流纹波检测法的防夹方案。系统框图如图4所示。
图4 基于TLE9832的防夹方案的系统框图
系统电源12V通过VS引脚给TLE9832供电，并通过VBAT_SENSE引脚将电源采集到测量模块进行监控。
控制按键接入高电平监控输入引脚MON1~MON5，外部按键采用了电阻分压的形式，使用MON1~MON5的模拟输入模式，按键的输入通过AD转换模块采样，可以判断按键被置于哪一档。
图5 模拟按键示意图
TLE9832的低边开关驱动输出引脚控制继电器开关，从而控制电机的桥臂开关，从而控制电机转动。
TLE9832的高边开关驱动输出引脚控制LED开关，用于按键背光。
TLE9832的CCU6模块的COUT61引脚连接了一个三极管用于控制电机电路的通断。该引脚设置为比较模式，输出一定占空比的PWM波，可以用于电机软启动，起到保护电机的作用。
TLE9832集成了LIN收发器，因此，TLE9832的LIN引脚直接接到LIN总线上。
4.基于电流纹波的位置检测算法
图6 电流纹波示意图
图6显示的就是电机转动过程中的电流采样的结果：电机每旋转一周，就会产生固定数量N的电流纹波（见图6中空心线）。车窗运动的行程与电机的电流纹波数量成线性关系。只要能够识别出电流纹波的数量，就可以计算出车窗运动的行程，也就能确定车窗的高度位置。本文提出了一种对于电流采样结果的软件处理方法，可以将不规则的纹波信号转换成规则方波信号，从而使计算更加准确方便。具体实现过程如下：
首先，先设置一个由若干个元素组成的数组，譬如11个元素的数组i[11]。每次采样电流值，都先把数组里的所有元素往前移动一个元素（i[0]=i[1], i[1]=i[2], i[2]=i[3]…i[10]=i[9]），再将最新采样的电流值存储在最后一个元素里（i[10]）。然后将最新的采样值和该数组下标较小的元素比较（i’[10]=i[0]和i[10]进行比较）这样做实际上是通过软件起到延迟的作用。如果i’[10]=i[0]< i[10]，将变量RIP的值先存储到另一个变量OLD_RIP里，然后RIP=1。相反，如果i’[10]=i[0]> i[10]，将变量RIP的值先存储到另一个变量OLD_RIP里，然后RIP=0。为了理解上更加直观，可以用图6中的示意图来表示。如果OLD_RIP与RIP数值不一样，那么说明如图6中的方波发生了跳变沿的变化，发生两次跳变沿的变化，即表示产生一个完整的纹波周期。因此，这样就可以方便地计算出纹波数量，从而得到车窗的位置信息。
图7 纹波数量计算程序流程图
