汽車電動車窗升降系統(tǒng)設(shè)計

王正勤 （安徽商貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電信系，安徽 蕪湖241002）

周定華 （奇瑞汽車有限公司，安徽 蕪湖241002）

隨著汽車走入普通家庭，成為生活出行常用工具，汽車電子設(shè)備的舒適性、安全性和個性化需求越來越受到購車者的關(guān)注。其中車窗升降的控制模式是各種汽車產(chǎn)品的一個突出賣點。目前，汽車車窗升降的控制已經(jīng)由機械手搖控制被電動控制所代替，從而提高了汽車的便捷性和可操控性，然而由于缺乏人性化的電動式車窗升降控制，由此可能會對乘客（如兒童）造成傷害。鑒于此，筆者設(shè)計了一種汽車電動車窗升降系統(tǒng)?安徽商貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院自然科學(xué)研究項目（2014KYZ02）。。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作機理

電動車窗升降系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要由控制器、電機、柔性連接器、鋼纜滾筒、窗滑道和滑輪等組成（見圖1）。

車窗電動升降電機工作時，通過獲取感應(yīng)線圈上的電壓變化信號并對該信號進行處理轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號來準確判斷電機工作狀態(tài)，如堵轉(zhuǎn)、正常上升、下降等工況，將上述工況下的電機線圈上的電壓變化處理成相應(yīng)的數(shù)字信號，并由控制器根據(jù)防夾工況需要對電動機進行相應(yīng)控制，最終實現(xiàn)汽車車窗防夾功能［1］。

圖1 電動車窗升降系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)主要模塊設(shè)計

電動車窗升降系統(tǒng)主要由控制模塊、電源模塊、電機驅(qū)動模塊、防夾測控模塊等部分構(gòu)成。

2.1 控制模塊

電動車窗升降系統(tǒng)使用μc68HC908AB32系列微處理器，其內(nèi)部具有EEPROM、看門狗電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、穩(wěn)壓器、輸入／出、低壓中斷電路CAN／LIN總線控制器等模塊，通過設(shè)置處理器中的LIN通信電路實現(xiàn)了車身與其他門模塊的通信?？刂颇K由復(fù)位電路、晶振電路、電源電路，升降系統(tǒng)驅(qū)動電路、按鍵檢測電路、紋波信號檢測電路、LIN通信電路、按鍵檢測電路、紋波信號檢測電路、8個通道升降開關(guān)輸入、門開關(guān)狀態(tài)輸入、電源管理模塊、診斷接口、報警接口和電流放大電路等組成（見圖2）。

2.2 電源模塊

汽車內(nèi)部使用5、12V2種電源，以便為各種電子設(shè)備儀器供電，但由于輸出不穩(wěn)定，影響供電效果，因而在實際使用中需按額定供電輸出，為此在設(shè)計電源模塊時要將其輸出的電壓進行穩(wěn)壓處理。具體來說，可以在設(shè)計電源電路時采用穩(wěn)壓電源電路芯片LM2576（見圖3）。電路穩(wěn)壓電源芯片LM2576停止輸出時，電路中的電感L1會立刻放電，其放電過程能夠為整個電路供電，此時由于穩(wěn)壓二極管1N4001是回路中的一部分，而且可以承受很大電流，所以穩(wěn)壓二極管1N4001可以起到反向保護的作用。電容C6和C7為電解電容，其作用是濾除高低頻干擾?？傮w而言，該電源模塊可以有效抵抗來自自身及外界的干擾，使輸出的電壓穩(wěn)定有效。

圖2 控制模塊框圖

2.3 電機驅(qū)動模塊

設(shè)計合理有效的電機驅(qū)動模塊，其目的是調(diào)節(jié)步進電動機程序的啟動頻率。步進電動機與一般電動機的工作方式有異，即步進電動機采用脈沖控制方式工作，只有按照一定規(guī)律對各相繞組輪流通電，步進電動機才能實現(xiàn)轉(zhuǎn)動。目前國內(nèi)外采用的步進電動機分為3相、4相、5相和6相等，工作方式有單n拍、雙n拍、3n拍等。研究表明，電動機的相數(shù)越多，其工作方式就越多［2］。為此，采用3相6拍步進電動機控制模式（見表1）。

圖3 電源模塊電路圖

電動車窗電機一般為工作電流不大于15A、堵轉(zhuǎn)電流不大于28A的永磁直流電機，其供電電源電壓一般采用11～15V。由于使用該類電動機常常需要滿足控制沖擊電流正反相的要求，因而在設(shè)計中對車窗電動機功率要求較大。為此，車窗電動機驅(qū)動電路采用MC33486智能功率芯片，該芯片的功能主要是采集電機電流信號并傳送至微控制器，利用微控制器芯片中自帶的A／D轉(zhuǎn)換器將電機電流信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并通過數(shù)字信號達到雙向控制車窗電動機以實現(xiàn)車窗防夾的目的。電機驅(qū)動模塊電路圖如圖4所示。

表1 3相6拍步進電動機控制模式

2.4 防夾測控模塊

防夾測控模塊基于LIN總線系統(tǒng)，即4個車門控制器在一個LIN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)工作，其中駕駛員所在的車門是主控制結(jié)點，其余車門是從結(jié)點，這樣可以實現(xiàn)主控節(jié)點對從節(jié)點車門的分布式測控。為此選用Motorola公司8位汽車級通用芯片，該芯片可以直接通過汽車電池供電。此外，該芯片還集成了LIN物理層芯片以應(yīng)用于防夾電動車窗升降系統(tǒng)［3］。防夾測控模塊示意圖如圖5所示。

圖4 電機驅(qū)動模塊電路圖

3 電機電流紋波特性分析

電機工作時產(chǎn)生電流紋波特性對系統(tǒng)工作狀態(tài)影響較大。如果電流紋波變化的上升沿和下降沿過于突變，諧波也不穩(wěn)定，這樣的電機紋波很難通過對其提取和數(shù)字化，難以用于判斷電機工作狀況，如上升或下降、堵轉(zhuǎn)等狀態(tài)，因而在設(shè)計時要避免選擇產(chǎn)生不穩(wěn)定電流諧波的電機。而產(chǎn)生穩(wěn)定電流諧波的電機工作時，電流紋波變化的上升沿和下降沿具有明顯區(qū)別，易于數(shù)字化處理和判斷電機工作狀況，如上升或下降、堵轉(zhuǎn)等狀態(tài)。因此，在設(shè)計時應(yīng)選擇產(chǎn)生穩(wěn)定電流諧波的電機。

圖5 防夾測控模塊示意圖

4 結(jié)語

針對車窗升降時因誤觸發(fā)造成的安全隱患，對汽車電動車窗防夾技術(shù)進行了研究，通過檢測系統(tǒng)電機電流波形變化結(jié)合防夾測控模塊系統(tǒng)實現(xiàn)防夾功能。該技術(shù)方案在不改動傳統(tǒng)車門生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，降低了生產(chǎn)成本，同時便于企業(yè)的生產(chǎn)改造與技術(shù)推廣。今后，對汽車電動車窗防夾力的精確控制以及對異常脈沖的分析和去除誤操作的診斷，還需要進一步研究并加以完善。

［1］ 馬偉澤，張申科，汪宏杰 .采用霍爾傳感器的汽車電動車窗防夾設(shè)計 ［J］.汽車工程，2008，30（12）：1122－1124.

［2］ 劉曉明，邵亞輝，吳浩威，等 .無傳感器汽車車窗防夾設(shè)計 ［J］.微電機，2007（4）：48－50.

［3］ 王旭芳，鄭太雄，程安宇，等 .基于CAN／LIN總線的車門控制系統(tǒng)開發(fā) ［J］.汽車技術(shù)，2008（1）：42－46.