基于GD32A503车规级MCU的车窗纹波防夹解决方案

随着现代汽车技术的不断发展，人们追求更加舒适和便于操作的驾驶环境。因此，越来越多的汽车上安装了电动车窗，从而实现车窗的自动升降。然而，由于电动车窗上升速度较快且驱动力较大（最强可达52.6公斤），在电动车窗接近顶端时，如果没有保护措施，很容易夹伤乘客，尤其是对儿童乘坐形成较大安全隐患。因此，基于乘客安全和乘坐舒适度考虑，电动车窗需要有防夹功能。电动车窗防夹可用于汽车电动车窗、电动天窗玻璃的防夹伤控制以及升降电机的过载保护。

防夹功能主要是指当车窗上升的过程中遇到障碍物（如手、头等）时，可以识别出车窗处于夹持状态，并令其立即停止上升并反向下降，从而避免事故的发生。防夹玻璃升降器按防夹形式可分为接触式防夹和非接触式防夹。接触式防夹就是指当电动车窗机构感触到有异物在玻璃上，才会自动停止玻璃上升工作。接触式防夹按照传感器类型不同又可以分为霍尔式防夹和纹波防夹。

目前市面上较多的车窗防夹的方法是霍尔传感器方法，受限于霍尔传感器的成本，大多数低端车型并没有采用全部车窗/天窗防夹，只有一部分高档车才会在所有电动车窗应用。新技术纹波防夹是检测电机堵转电流实现防夹，而且检测电流相对更容易一些，利用转子转动过程中，电刷在电级间切换产生纹波电流，并对这种电流波动进行采样、分析和控制。与霍尔防夹相比，纹波防夹减少了连接的线束数量、纹波防夹电机不需要转子上的磁环、霍尔元件，降低了车窗控制器总成的成本，因此得到越来越多主机厂的青睐，尤其是注重乘坐体验的新能源汽车，在不增加成本的同时提高了乘坐舒适度和安全性。

风算WP车窗纹波防夹方案

以GD32A503车规级MCU为主控芯片，搭载车规级预驱芯片和MOS 管，实现基于有刷电机的纹波防夹控制解决方案，可达到车窗防夹力度、区域可调，有效降低车窗夹伤乘客安全隐患、提高汽车安全性、舒适度和便于操作的驾驶环境等指标。

风算的车窗纹波防夹解决方案从硬件角度由两块集成威廉希尔官方网站 板组成，包括MCU核心板 、纹波防夹驱动板。

MCU核心板

围绕兆易创新GD32A503车规级MCU为核心设计的MCU核心板，此MCU核心板充分利用了GD32A503强大的核心资源，配备了丰富的外围接口，基于模块化设计，可以使车窗防夹力度、区域可调；该核心板不仅仅可搭配车窗纹波防夹方案，还可拓展搭配多种汽车解决方案使用。

纹波防夹驱动板

用户按下相应的按键开关后由输入检测芯片识别并反馈给MCU，此时MCU发送对应的指令给相应电机驱动,进而驱动有刷电机正反转控制车窗升降。同时控制板的ADC进行电流采样并反馈给MCU，当MCU监测到有刷电机电流异常增大时（车窗夹手时阻力增大会导致电流异常），发送指令给电机驱动,使有刷电机反向转动。车窗升降时MCU通过ADC采样结果计算出有刷电机转动距离，到达指定高度后停止有刷电机转动。

风算WP车窗纹波防夹方案板

本解决方案威廉希尔官方网站 设计配置简单、灵活，其他控制外围不需做更多的修改，硬件系统框图如下所示：

风算WP车窗纹波防夹方案硬件系统框图

GD32A503系列车规级MCU

核心主控是基于GD32A503系列车规级微控制器，该系列产品以均衡的处理性能、丰富的外设接口和增强的安全等级，为多种电气化车用场景提供主流解决方案，遵循车规级设计理念和生产标准，符合车用高可靠性和稳定性要求。

GD32A503系列MCU可以广泛用于多种车用场景，如车窗、雨刷、空调、智能车锁、电动座椅、电动后备箱、氛围灯、动态尾灯等车身控制系统、车用照明系统和电机电源系统，以及仪表盘、车载影音、娱乐音响、中控导航、车载无线充等智能座舱系统。得益于出色的安全监测机制，GD32A503也适用于部分ADAS辅助驾驶系统，如环视摄像头、AVAS声学警报系统等。

供应链管理符合汽车行业质量管理体系IATF 16949:2016规范认证

遵循汽车电子通用测试规范AEC-Q100 Grade-1可靠性和安全性标准

基于Cortex-M33内核，工作频率100 MHz，闪存访问0~3等待时间，以获得最大效率

Flash: 128KB/256KB/384KB

SRAM: 24KB/32KB/48KB

提供两个12位ADC，一个DAC，一个比较器，最多一个通用的16位计时器，两个基本计时器，四个PWM高级计时器

标准和高级通信接口: I2Cx2, SPIx2, USARTx3, I2Sx1, CANx2

触发选择控制器（三角形）、多功能通信接口（MFCOM）、DMA请求多路复用器（DMAMUX）

供电电压：2.7V~5,5V

工作温度范围：-40~+125°C

因该产品需要硬件在工作中进行监控，以确保安全稳定工作：

电压：规定工作范围（9V到14V）可靠工作。低压和高压进行不工作保护

电流：集成电流保护，确保电机正常工作

温度：片内集成温度传感器，可自定义过温关断阈值（最高125°C）

诊断功能: 集成电机开路，短路诊断功能

技术参数

项目	技术指标
芯片工作电压	2.7V~5.5V
处理器	Arm Cortex-M33 100MHz
存储	384KB Flash + 48KB SRAM
防夹方式	纹波防夹
电机控制	有刷电机的驱动和调速
工作温度	-40~+125°C
供电电压	12V
物理尺寸	纹波防夹组合：长170mm，宽155mm，高40mm

方案展示

纹波防夹MCU核心板

纹波防夹驱动板

审核编辑：汤梓红