電動滑門系統的控制邏輯的設計與研究

何少斌

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

電動滑門系統的控制邏輯的設計與研究

何少斌

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

本文首先論述了電動滑門系統在商務車中的重要性，闡述了汽車電動滑門系統的功用和組成，并對電動滑門的系統原理和主要功能進行了梳理，從上述兩點入手，結合系統應該考慮的安全性和舒適性,對電動滑門系統的控制邏輯進行了詳細的設計與研究。其內容主要包括電動滑門四種工作模式間如何轉換；正常工作情況下的開門與關門如何實現；開門關門過程中駕駛員對主要開關進行操作如何處理；防夾邏輯如何處理；熱保護設計；報警邏輯設計；啟動卸荷邏輯設計；滑門速度如何控制；正常開關門的系統零部件時序；網絡休眠及喚醒設計等等。通過對系統的認識程度不斷增加，在系統邏輯中進行了對滑門電機、離合器、閉鎖電機、解鎖電機和防夾條的斷路或異常檢測，并在檢測到異常后使系統進行相應的功能禁止，如禁止電動功能或禁止電動關門功能等。

電動滑門；系統設計；控制邏輯；防夾；模式轉換

CLC NO.:U463 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)05-12-06

引言

隨著目前國內商務車銷量日益上升的趨勢，不少客戶也將其作為購車選擇。而側滑門則是商務車典型的標志之一。側滑門最大優勢在于開啟后相對擁有更佳便捷性，方便乘客出入車廂以及便于往車廂里的裝卸貨物等，較之于旋轉外開的車門更加節省泊車時對周圍空間的要求。

傳統的側滑門，后排乘客進出車廂時需要通過人力講將滑門拉動使側滑門滑開或關閉。乘客在車外面拉一下車門把手，車門解鎖后人力拖拽車門使車門滑開，乘客上車后在車內再拉動內側門把手使車門關上，此過程還需要一定的力度來使車門達到全關的位置。

電動滑門系統的應用使后排乘客進出車廂的車門為電動側向滑開或關閉。乘客在車外面拉一下車門把手，車門會電動滑開，乘客上車后在車內再拉下內側門把手，車門就會自己關上。不僅后排乘客可以控制電動側滑門，司機可以通過操作遙控鑰匙和駕駛員上方的按鈕來進行打開或關閉側滑門。電動滑門系統已經成為高端商務車型的標志性配置之一，它能夠大幅度提升車輛的品質感和舒適性。

1、電動滑門系統的控制邏輯的設計與研究

1.1 系統組成及原理框圖

1.1.1 系統組成

如圖1所示，電動滑門系統由門驅動機構、門鎖系統、電動系統和輔助系統組成。電控單元通過檢測各電機狀態、各類信號機把手開關的狀態來判斷并驅動各類電機及電磁離合來帶動側滑門移動以實現電動功能。

1.1.2 原理框圖

如圖2所示根據電動滑門的系統組成，分析出電動滑門控制模塊所需要的輸入輸出，控制模塊根據輸入的信號狀態來對判斷系統狀態和系統需求，并通過控制相應的繼電器來實現滑門的電動動作。

1.2 接口設計分析

在上述系統原理框圖基礎上，下文將對接口部分的輸入輸出進行分配設計。

1.2.1 電源分配

如表1所示。

表1 電源分配設計

1.2.2 網絡接口設計

根據系統邏輯及功能的要求，系統需要在 CAN網絡上進行收發信號，CAN網絡的信號有：車速信號、制動信號、換擋桿狀態、點火開關狀態、門鎖狀態、中門遙控開關、故障信息等，如表2所示。

表2 滑門控制器接收信號列表

表3 滑門控制器發送信號列表

11 Left_PSD_ Pinch_St 左滑門防夾狀態 0-無防夾、1-防夾事件12 Left_PSD_ Mode_St 左滑門模式狀態 0-手動模式、1-自動模式13 Left_PSD_ Operate_Protect 左滑門操作保護 0-正常、1-操作保護14 Left_PSD_ Pinch_Protect 左滑門防夾保護 0-正常、1-防夾保護15 Left_PSD_ Motor_Fail 左滑門電機故障 0-正常、1-故障16 Left_PSD_ CinchMotor_Fail 左上鎖電機故障 0-正常、1-故障17 Left_PSD_ ReleseMotor_Fail 左解鎖電機故障 0-正常、1-故障18 Left_PSD_ Clutch_Fail 左離合故障 0-正常、1-故障

1.2.3 開關輸入接口設計

開關狀態為電動滑門系統的一個重要輸入環節，它是直接反應駕駛員是否對電動滑門系統進行操作的依據，下面對開關量的輸入情況進行設計分析。

表4 點火開關狀態信號

表5 主開關狀態信號

表6 門把手開關狀態信號

表7 門把手開關邏輯關系

表8 頂置開關狀態信號

1.2.4 門鎖狀態接口設計

門鎖狀態包括以下四種：全鎖信號SW（FUL）、半鎖信號SW（HAF）、原先位置信號SW輸入（LVR）、棘爪信號 SW輸入（PWL）。系統根據上述四種信號的工作狀態來判斷側滑門的實際工作狀態，用以控制模塊對系統下一步的具體動作進行邏輯判斷。四個信號的接口設計如下：

表9 門鎖狀態信號

1.2.5 防夾條接口設計

通常狀態下，防夾條的 TSW 和 TSG之間的阻抗值是796Ω～1050Ω之間。

用ECU來監視TSW和TSG之間的阻抗值，阻抗值如低于120Ω，判斷防夾檢出。

1.2.6 電機接口設計

電機類接口設計根據電機特性參數進行設計，電機參數如下：

滑門電機主軸的公稱直徑為Φ62.1mm，也就是說電機主軸轉一圈，皮帶輪位移194.9mm。門的行程是880mm。

表10 滑門電機基本參數

表11 閉鎖電機特性參數

表12 閉鎖電機狀態信號

表13 解鎖電機特性參數

表14 解鎖電機狀態信號

2.3 電動滑門系統功能邏輯

2.3.1 滑門電機控制模式切換要求

滑門電機有四種控制模式，分別為自動模式、持續剎車制動模式、斷續剎車制動模式、斷續剎車制動模式、手動模式。

自動模式：PSD根據開關命令控制門電機運動；

持續剎車制動模式：開關無效，不控制門電機，手動動作門速度超過一定值時，離合器一直ON；

斷續剎車制動模式：開關無效，不控制門電機，門有動作時，離合器周期ON、OFF切換；

手動模式：開關無效，門電機不動作，只能手動關門。

四種模式的轉換關系：

滑門全閉或全開位置時主開關OFF，切換到手動模式；

滑門非全閉或全開位置時主開關OFF，切換到持續剎車制動模式；

滑門自動運行過程中出現防夾時，反轉到全閉或全開位置；2次防夾后進入斷續剎車制動模式；

滑門自動運行過程中發生主開關OFF時，切換到持續剎車制動模式，主開關ON后把手開關操作無效，頂置開關和鑰匙開關長按有效，門可以自動打開。

系統斷電后再上電，進入斷續剎車制動模式，滑門到達全閉位置，系統進入自動模式；

滑門在自動模式時，連續“停止-動作-停止”5次后此功能失效，進入斷續剎車制動模式；待車門全閉或全開位置時恢復正常。

2.3.2 滑門系統自動模式控制設計

門在全閉狀態，操作外把手開關、遙控開關、頂置開關執行開門動作；向開門方向操作內把手時執行開門動作；向關門方向操作內把手時不動作。

門在全開狀態，操作外把手開關、遙控開關、頂置開關時執行開門動作；向開門方向操作內把手時不動作；向關門方向操作內把手執行關門動作。

門在運動過程中，操作外把手開關、遙控開關、頂置開關時均為車門停止；開門過程中，向開門方向操作內把手繼續開門，向關門方向操作內把手，車門停止運動；關門過程中，向關門方向操作內把手繼續關門，向開門方向操作內把手，車門停止運動。

門中途停止時，操作外把手開關、遙控開關、頂置開關時執行和停止前相反的動作；向開門方向操作內把手時執行開門動作；向關門方向操作內把手時執行關門動作。

遙控鑰匙相關邏輯：滑門靜止時長按 1.5S遙控要是按鍵，遙控信號有效；

滑門動作時點動遙控鑰匙按鍵該信號即可有效；IG ON時遙控信號無效。

駕駛席頂置開關相關邏輯：滑門靜止時長按1S該開關，開關信號有效；滑門動作時點動該開關即有效。

自動模式下開關滑門的時序如下：

表15 滑門系統自動模式動作分析

2.3.3 斷續剎車制動模式控制設計

斷續剎車制動模式：開關無效，電動滑門系統通過一定間隔（500ms）的離合器ON/OFF循環操作，降低車門速度，限制滑門動作。

2.3.4 持續剎車制動模式控制設計

車門速度超過一定值后繼電器ON來降低速度；此時開關無效。

2.3.5 啟動卸荷功能

車輛點火啟動時，為保證啟動電路使車輛順利啟動，系統需要控制滑門電機停止工作，若正在滑門處于運動過程中，短暫停止保障啟動后繼續動作。

2.3.6 滑門電機速度控制

關門時間4-5 s，開門時間4-5s（不同工況下有公差要求）；

車輛坡度15%內都能實現上述要求；

開門時先加速再勻速，接近全開 100mm時減速；關門時先加速再勻速，接近全關 300mm時減速，所有的滑門速度根據實車標定得到。

2.3.7 熱保護控制

防夾時檢測到熱保護，應該繼續動作；

進入熱保護時，電動滑門系統忽略打開命令，執行關閉命令；

在室溫下，熱保護算法至少在電機運行10個循環后才能激活。

2.3.8 報警邏輯

全閉狀態執行開門操作，長鳴1S后執行開門動作；

全開狀態執行關門操作，長鳴 1S后執行關門動作，關門過程中以1.5Hz頻率鳴叫；

動作過程中操作開關、把手，鳴叫一聲；

異物檢出（防夾），異物檢出快速鳴叫兩聲；兩次異物檢出后長鳴2S；

主開關OFF，操作頂置開關時快速鳴叫兩聲；

車門動作中主開關OFF時鳴叫2S。

2.3.9 防夾設計

防夾邏輯主要是檢測障礙物，檢測到以后執行相關動作：

通常狀態下，防夾條的 TSW 和 TSG之間的阻抗值是796Ω～1050Ω之間。用ECU來監視TSW和TSG之間的阻抗值，阻抗值低于120Ω以下的話，判斷防夾檢出；

門打開和關閉方向都有防夾保護，如果檢測到發生防夾，反轉到全開/全閉；

開門過程中前N個霍爾信號內無防夾功能，關門過程中門進入半鎖后無防夾功能。

2.3.10 執行滑門動作注意事項

離合器斷線時禁止電動滑門動作，這個狀態下，如果可以進行電動的話不僅不發使滑門移動，而且滑門會變成自由狀態，存在安全風險。

滑門電機異常時禁止電動滑門動作，這個狀態下，如果發出電動命令的話滑門是無法動作的。

注：離合器和滑門電機的斷線檢測方式：檢測離合器和滑門電機工作時電流，如果電流過小，判斷為斷線。

2.3.11 執行關門動作注意事項

檢測到防夾條斷線時禁止電機執行關門動作，如果可以進行電動關門的話系統無法檢測是否存在異物，存在安全風險。

電動門鎖異常時禁止電機執行關門動作，這個狀態下，關閉滑門后滑門無法固定在全閉位置，行駛中滑門會有打開的風險。

2.3.12 執行開門動作注意事項

由于車輛行駛中滑門打開的話存在乘客掉出車外的風險，車輛在行駛過程中（含車輛行駛狀態不明的情況）禁止滑門電機執行開門動作。當系統不能明確車輛是否處在行駛狀態時也應禁止滑門電機開門動作。

2.3.13 禁止操作事項

短時間內反復切換繼電器，會導致繼電器觸點熔化；

離合OFF狀態下，滑門正在移動過程中，禁止離合器切為ON狀態；離合器改為ON時，必須確認車門不在動作；

禁止長時間向離合器輸入高電壓，會有起火的可能性。

2.3.14 滑門控制器注意事項

在滑門電動上鎖過程中，無論哪個開關觸發為 ON，判斷有問題產生，必須將車門打開；

解鎖電機控制電路設計時需要考慮避免由于一個故障而導致解鎖電機誤動作，則車門會隨意打開；

離合器控制電路設計時需要考慮避免由于一個故障而導致離合器長時間處于ON狀態；

滑門控制器沒有供電時，將掉電前位置信息清除掉；

滑門電機組無防水設計，為避免接觸到水，需要從結構上確保車輛側的防水性。

2.3.15 休眠喚醒條件

休眠喚醒條件如下：

休眠電流要求：<0.4mA(12V)休眠時要求：關閉無用IO、關閉開關采集。

3、結論

本論文從電動滑門系統的組成入手進行分析，總結出系統所涉及的輸入輸出信號，并根據此分析給出電動滑門系統原理框圖。對原理圖所涉及的每一個接口進行了設計，包括電源模塊、啟動開關、主開關、把手信號、閉鎖電機、解鎖電機、滑門電機、防夾條信號等。

在本次設計中，重點為控制邏輯部分，該部分對電動滑門系統的工作模式和工作模式之間的轉換條件進行了設計。同時給出了自動模式下各種工況下，操作觸發信號時滑門系統的動作，以及斷續剎車模式的工作狀態和持續剎車模式的工作狀態。

[1] 李炎亮，汽車電子技術[M]. 北京：化學工業出版社，2005.6.

[2] 汪立亮，現代電子控制原理與維修[M]. 北京：電子工業出版社，1998.9.

[3] 魏春源，汽車電器與電子[M].北京：北京理工大學出版社，2004.7.

[4] 李林 ，汽車運用[J]. 2008（05）.

The System design and control logic of Power-operated sliding door

He Shaobin
（Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd, Anhui Hefei 230601）

This paper firstly discusses the importance of power-operated sliding door （PSD）system in commercial vehicles，and expounds the function and structure of the PSD system，also generalizes the principle of PSD and the main function.From the above two points,this paper designs and researches detailedly in allusion to the control logic of PSD in combination with the safty and comfortly of the system.Its content mainly includes the PSD between the four working modes how to convert:work normally open and shut the door how to implement,the door is closed in the process of driver operating the main switch, how to deal with clip logic,thermal protection design,Alarm logic design,Start unloading logic design, how to control the speed of the sliding door,normal closed system components sequence,network sleep and wake up design and so on.Increasing the degree of understanding of the system,in the system logic to the sliding door motor, clutch, atresia, unlock the motor and the clamp of the cut-off or anomaly detection,and make the system accordingly after detected abnormal function is prohibited,such as the ban electric function or closed electric function.

Power-operated sliding door; System design; Control logic; Mode swapping; fangga

U462

A

1671-7988(2015)05-12-06

何少斌，本科學歷，現就職于 安徽江淮汽車股份有限公