凌志LS400轎車電動門窗實驗臺設計與研究

張希通，關志偉，王鳳忠，李建

（天津職業技術師范大學汽車與交通學院，天津 300222）

為結合實驗教學，充實實驗教學設備，使實驗教學與操作訓練有機地結合，培養學生的實際動手能力和創造力，結合汽車電動門窗常見故障，訓練學生獨立分析診斷的能力，選用具有代表性的車型設計、開發電動門窗實驗臺［1］。

1 總體設計功能要求

（1）設有臺架以及設在臺架上的面板，還包括供電裝置，在臺架上設有電動門窗，在面板上設有信號輸出裝置和輸出接線端，供電裝置、信號輸出裝置和輸出接線端均與電動門窗電氣連接。

（2）故障診斷功能。結合控制系統本身的故障自診斷功能可以任意設置故障，通過臺面設計的功能區，進行設置故障和診斷故障。

（3）檢測設備匹配功能。實驗臺設有一個診斷端子接口，可以與故障分析儀進行相連，直接測量輸出信號，進行實車故障診斷與分析［2］。

（4）教學演示功能。真實反映出系統的組成及控制過程，并且實驗臺具有可操控性能，可以動態測試。

（5）在實驗臺上能夠完整地實現電動門窗在實車上的全部功能。如防夾保護功能:在單觸式自動關窗期間，如果異物卡在窗內，此功能自動停止電動車窗并將車窗玻璃向下移動大約50 mm［3］。

（6）實現速度感應式車門自動鎖止功能。即當車速大于約20 km/h，所有車門均關閉時，此功能可使所有車門自動鎖止。

2 電動門窗實驗臺的設計

實驗臺的設計要實現良好的操縱性能及示教效果，同時考慮整個系統構件的支撐及定位緊湊，臺面質量分布均勻度、臺面的整潔度、臺面穩定性、運動件與固定件是否發生干涉等因素。

2.1 面板的設計

電器實驗臺的板面設計和制作主要依據LS400轎車電動門窗線束進行布置，同時也參照了LS400轎車電動門窗各電器元件的布置情況。該設計可以合理地利用板面空間，還可以盡最大可能地再現各電器元件在原車上的位置。但由于在同一平面上，沒有空間位置關系，這樣在某些細節部分和原車的實際位置就有一定的差別。板面尺寸的確定主要依據各個電器元件的形位尺寸和位置尺寸。根據線束的布置及幾個主要元件的形位尺寸，然后初步估算板面的大小，把布置在板面輪廓上的元件的位置確定下來。

2.2 臺架的選材

臺架的材料選用45號方鋼，強度、價格均可行。臺架的各連接處均采用焊接，其強度不低于原材料的強度，可以達到支撐臺面及固定、穩定的作用。為了移動方便，采用橡膠輪，起到減震的作用［4］。

2.3 實驗臺動力源的選擇

為驅動電動門窗相關器件的運轉，實驗臺需要有合適的驅動力，驅動力可選12 V蓄電池或電動機提供，該實驗臺選用12 V的蓄電池。

3 實驗臺顯示面板設計

實驗臺面板的設計是整個設計的關鍵所在。包括信號輸出裝置、輸出接線端、狀態顯示燈和顯示儀表等。該設計遵循原車進行繪制，如圖1所示，但略有改動，形象直觀地再現了電動門窗的工作原理，同時根據實車中的常發故障現象，在電路中設置了檢測端子，可通過專用檢測儀器對各主要傳感器、執行器的電壓進行檢測。

3.1 實驗臺的故障設置

實驗臺的故障設置可以迅速使電動門窗切換進入不同的故障狀態，學生可以觀察各種故障對電動門窗工況的影響，進一步確定故障現象，并可以利用解碼器、萬用表等儀器在實驗臺上進行檢測和故障診斷與排除。控制電路中的故障是模擬實車電路中出現斷路、搭鐵不實、接觸不良等故障現象來設置的［5］。因此，故障的設置是由一個隱蔽的開關對線路進行斷開或接合的控制。隱蔽的開關被設置在實驗臺面板背面，進行集中控制。將一個故障開關置于斷開的位置時，在實驗臺的相應部位就會產生一個故障。可以設置單一故障，也可以同時設置多個故障，便于現場教學演示與故障診斷測試與考核。故障設置開關如圖2所示。

3.2 信號輸出裝置的設計

在教學過程中，接通電源，信號輸出裝置 （如狀態顯示燈、顯示儀表、報警器等）可以將電動門窗的各種狀態輸出，用于向學生顯示電動門窗的工作狀態，如用于顯示電動門窗閉鎖器、電機或報警等狀態;將檢測儀器與輸出接線端對接，可以檢測電動門窗某處的電壓或電流信號，如門窗電機的旋轉方向、電機的電壓等。其顯示儀表可用以ATmega16單片機為核心的控制器先進行調試，經試驗證明可行［6］。

3.3 控制電路的設計

實驗臺面板電路的設計中設置了檢測點，因此在控制電路中對應地也設計故障點，每個故障點均設有開關，利用故障開關的通斷來實現線路的通路和斷路，進行故障模擬。

實驗臺的控制電路如電動車窗系統電路圖3、電動門鎖系統電路圖4所示。

4 結束語

LS400轎車電動門窗實驗臺是針對國內職業教育行業的各類職業學校和培訓機構進行設計的，它可以變被動教學為主動教學，激發學生的學習興趣，可有效縮短授課時間。本實驗臺的開發應用，將對電動門窗系統的教學實施起到積極的推動作用。實驗臺檢測技術相對先進，實用價值相對較高并且價格合理，具有一定的社會效益和經濟效益。

【1】孟國強，張月英.電控發動機實驗臺的設計研究［J］.鄭州鐵路職業技術學院學報，2005，17（3）:37 －38.

【2】劉仲國.豐田凌志轎車故障診斷與維修手冊［M］.北京:機械工業出版社，2003.

【3】劉希恭.凌志LS400轎車維修手冊［M］.沈陽:遼寧科學技術出版社，2000.

【4】蔡偉義，李貴炎.自動變速器試驗臺的研制［J］.客車技術與研究，2003（6）:22－24.

【5】劉漢軍.豐田汽車新技術:結構、原理與維修［M］.廣州:廣東科技出版社，2002.

【6】周興華.手把手教你學AVR單片機C程序設計［M］.北京:北京航空航天大學出版社，2009.