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电路板组成，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

本解决方案电路设计配置简单、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