淺談轎車電動(dòng)車窗系統(tǒng)的改進(jìn)

方瑞蓮　蘇通　左明方　區(qū)圣鋒　闞鈞宇

摘 要：目前我國(guó)市面上部分中、低檔汽車未配置智能關(guān)窗功能，而在車主離開車子鎖門卻忘記關(guān)好車窗的例子有不少，如果遇雨水天氣就會(huì)遭遇車內(nèi)被淋的現(xiàn)象?！案袘?yīng)式輔助關(guān)窗系統(tǒng)”是借助車子配置有電動(dòng)車窗的基礎(chǔ)上，由傳感器采集信號(hào)給控制器，然后由控制器接通車窗電路而自動(dòng)關(guān)窗，從而降低汽車電器電路故障的幾率。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)車窗 雨水感應(yīng) 輔助關(guān)窗

中圖分類號(hào)：TN710 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）02（c）-0087-02

自從20世紀(jì)80年代以來，汽車發(fā)展開始朝著電子化、智能化的方向發(fā)展了。到了現(xiàn)代，人類已不滿足于汽車現(xiàn)有的傳統(tǒng)簡(jiǎn)單功能，人們逐漸淘汰了純機(jī)械式汽車，慢慢朝著智能化發(fā)展了。

現(xiàn)在，人們對(duì)汽車有了更高的要求，那就是智能汽車。智能汽車已經(jīng)是世界汽車發(fā)展的新潮流，是汽車科技發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)。

1 基本現(xiàn)狀

汽車車窗系統(tǒng)在汽車電氣設(shè)備中是必不可少的。在不需要開空調(diào)的天氣條件下，它可以給車內(nèi)通風(fēng)，調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度?？梢允管噧?nèi)人員的視野大幅增加，也可以防止雨水側(cè)刮進(jìn)汽車內(nèi)。而當(dāng)駕駛員把汽車停在露天環(huán)境的停車場(chǎng)，為了保證車內(nèi)空氣流通而使關(guān)閉的車窗保持一道縫隙。如果下起了雨，雨水就可能會(huì)被風(fēng)刮進(jìn)汽車內(nèi)，會(huì)對(duì)車內(nèi)的電子設(shè)備及內(nèi)飾、座椅等設(shè)備造成破壞。還有些車主喜歡自己沖洗愛車。而有的車主在自己沖洗愛車之前忘記關(guān)車窗，導(dǎo)致出現(xiàn)了把水沖進(jìn)駕駛室的尷尬局面。針對(duì)這些現(xiàn)象，我們?cè)O(shè)計(jì)了在車子上安裝相應(yīng)傳感器，通過傳感器采集雨水信號(hào)、車窗未關(guān)信號(hào)等傳給控制器，由控制器接通車窗關(guān)閉電路，從而實(shí)現(xiàn)“雨天感應(yīng)輔助關(guān)窗”功能，避免此類車子因車主停車時(shí)疏忽未好車窗而車內(nèi)被淋的狀況。雖然此設(shè)計(jì)涉及汽車智能化的深度較小，但也融于現(xiàn)代汽車智能化發(fā)展的潮流之中，也能為推動(dòng)汽車智能化事業(yè)的發(fā)展盡一股綿薄之力。

2 感應(yīng)關(guān)窗系統(tǒng)的研究

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及組成

感應(yīng)式自動(dòng)關(guān)窗系統(tǒng)由兩大系統(tǒng)組成。一是汽車原有的電動(dòng)車窗升降系統(tǒng)，二是感應(yīng)控制系統(tǒng)。電動(dòng)車窗升降系統(tǒng)主要是由控制電路，門窗升降器組成。感應(yīng)控制系統(tǒng)由傳感器，繼電器組成。

設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)不改變?cè)械能嚧芭e升器電路，在原有電路控制的電動(dòng)機(jī)上直接加裝設(shè)計(jì)的電路，通過傳感器觸發(fā)繼電器形成控制電路，原有的電路則為工作電路。而且控制電路在車內(nèi)有乘客的情況下可以斷路，不會(huì)觸發(fā)控制電路工作，不影響汽車駕駛員及乘客的自主操作，也不會(huì)使駕駛室車窗和其他座車窗控制電路發(fā)生故障，不會(huì)影響原有電路下車窗舉升器的使用。

2.2 元器件的選用

2.2.1 電源

通常來說，車窗中舉升器普遍的工作電壓為12V，確定我們要用12V的電源，所以選用電源的規(guī)格是輸出電壓12V，其最大電流8A。也就決定了整個(gè)工作電路中的電壓最大不超過8A。

2.2.2 繼電器

繼電器種類繁多，電動(dòng)轎車采用電磁繼電器。電磁繼電器的工作原理是利用電磁原理，通入電流使繼電器中的鐵芯產(chǎn)生磁場(chǎng)，進(jìn)而吸合鐵芯上方的鐵片或其他受磁力影響的物體，接通或關(guān)閉工作電路。根據(jù)工況確定使用12V5腳常開常閉通用繼電器。

2.2.3 車窗舉升器

因?yàn)殡娫吹脑?，車窗舉升器的額定工作電壓應(yīng)為12V，應(yīng)該采用額定電壓12V的電動(dòng)車窗舉升器，額定負(fù)載80～120N，確定最大電流。

2.2.4 熱變阻器

通過計(jì)算確定電源最大輸出功率，電路中的額定功率最大為12V×8A=96W，所以熱變阻器的功率應(yīng)該在100W左右。需要測(cè)定的電阻值范圍12V÷1.2A=10Ω，12V÷0.2A=60Ω。電阻要在10～60Ω。所以要選擇的熱變阻器阻值與功率的范圍就確定了。熱變阻器在電路中起到的是短時(shí)斷路的作用，汽車車窗電路中電流電路不高，因此熱變阻器的靈敏度不宜過大。

2.2.5 傳感器

現(xiàn)在普遍應(yīng)用的主要是光學(xué)式傳感器和電容式傳感器這兩種主流傳感器。電容式傳感器，它工作的原理主要是利用水的介電常數(shù)和玻璃的介電常數(shù)有非常大的差異，水的介電常數(shù)是80，玻璃的介電常數(shù)是2。我們平時(shí)比較常用的辦法是在汽車擋風(fēng)玻璃的內(nèi)、外層之間平行安裝兩個(gè)體積很小金屬極板，并且使其中一組金屬極板相交錯(cuò)，不能觸碰到別的金屬極板。當(dāng)外界天氣晴朗，擋風(fēng)玻璃沒有沾到雨水的時(shí)候，擋風(fēng)玻璃外表面和每組金屬極板之間就形成了電介質(zhì)空間。當(dāng)外界處于下雨?duì)顟B(tài)，汽車擋風(fēng)玻璃沾到雨水的時(shí)候，汽車擋風(fēng)玻璃間沾到的雨水量的差異，擋風(fēng)玻璃的介電常數(shù)就會(huì)發(fā)生變化，雨水就觸發(fā)了傳感器并使其工作。可以將傳感器安裝在汽車玻璃的內(nèi)表面，雖然傳感器的靈敏程度會(huì)有所下降，但是由于玻璃與水的介電常數(shù)差異非常大，不會(huì)影響其使用效果。還有一種傳感器的工作原理利用光線的折射工作的，叫光學(xué)傳感器。光學(xué)傳感器的工作原理是其中內(nèi)置一個(gè)發(fā)光二極管，發(fā)光二極管發(fā)出一束錐形光線穿過汽車擋風(fēng)玻璃。當(dāng)外界沒有下雨，汽車擋風(fēng)玻璃沒有沾到雨水的時(shí)候，玻璃介質(zhì)會(huì)把絕大部分的光線反射到光學(xué)傳感器上，當(dāng)外界下雨的時(shí)候，擋風(fēng)玻璃上會(huì)有雨水滑落，部分光線的反射會(huì)發(fā)生變化，這就使光學(xué)傳感器接收到光的總量會(huì)發(fā)生改變。這就是光學(xué)傳感器的工作原理。

決定采用的是電容傳感器中的非接觸式液體傳感器，PNP常閉輸出。它擁有體積小、成本低、靈敏度高、易于操作等特點(diǎn)。選用的電源電壓應(yīng)為12V，所以傳感器的工作電壓不能小于12V。選用的傳感器規(guī)格為輸入電壓5～24V，額定電流5～100mA，輸出電壓等于供電電壓。

2.2.6 導(dǎo)線

選用的導(dǎo)線在長(zhǎng)度為10m時(shí)的電阻值為0.6Ω，試驗(yàn)中使用的最長(zhǎng)的長(zhǎng)度為1.0m。0.625÷10m=0.06Ω，1.0m×0.06Ω=0.06Ω，在實(shí)際中電路中的阻值還要根據(jù)電線長(zhǎng)度來確定。

2.3 傳感器的工作原理

采用的傳感器是非接觸式液體傳感器。其采用的是先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)及高速信號(hào)處理芯片，可以檢測(cè)到厚壁容器內(nèi)的液體。滿足在汽車內(nèi)部玻璃上檢測(cè)到雨水的條件。這樣可以避免強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或者具有強(qiáng)腐蝕性的液體損壞傳感器表面。非接觸式液體傳感器是利用水的感應(yīng)電容來檢測(cè)是否有液體的存在，感應(yīng)器沒有接觸到液體或裝有液體的容器時(shí)，感應(yīng)器上有分布電容的存在，此時(shí)對(duì)地感應(yīng)的狀態(tài)為靜態(tài)電容，當(dāng)有水或其他液體存在時(shí)，由于液體的導(dǎo)電性，使感應(yīng)器的電容值增大，變化的電容量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的變化量，當(dāng)電信號(hào)的變化量超過一定值，傳感器便會(huì)被激發(fā)，輸出信號(hào)。

具體連接方法是傳感器總線連接電源正極，藍(lán)線和黑線共同接在滑動(dòng)變阻器1的一端，另一端接在電源負(fù)極，黃線接在繼電器線圈一端，繼電器另一端接入一個(gè)滑動(dòng)變阻器2之后再由滑動(dòng)變阻器2的另一端接入電源負(fù)極。此為控制電路。繼電器的兩個(gè)常開接頭則連接車窗舉升器電動(dòng)機(jī)。傳感器由電源獨(dú)立供電。汽車使用時(shí)關(guān)閉其電源。駐車后才會(huì)啟動(dòng)電源。

2.4 感應(yīng)式自動(dòng)關(guān)窗系統(tǒng)的工作原理

電動(dòng)車窗由控制電路、車窗舉升器組成。主要組成部分是電源、斷路器、繼電器、開關(guān)、電動(dòng)機(jī)等。操作車窗升降的有駕駛員和乘客。駕駛員不僅可以操控駕駛位的車窗，也可以操控副駕駛及后排乘客的車窗。而副駕駛及乘客只能操作自己的座位那一側(cè)的車窗。

比如副駕駛車窗的控制。當(dāng)駕駛員控制時(shí)，開關(guān)5因鑰匙的轉(zhuǎn)動(dòng)而閉合。傳感器電路不會(huì)接通。駕駛員按下主開關(guān)（也就是駕駛位的總開關(guān)，下同）時(shí)，電路中電流的方向是電源正極→主開關(guān)→副駕駛開關(guān)左觸點(diǎn)→舉升器電動(dòng)機(jī)→斷路器→副駕駛開關(guān)右觸點(diǎn)→主開關(guān)→搭鐵→電源負(fù)極，就形成了完整電路。該電路中電流的方向使舉升器電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，車窗上升。當(dāng)車窗下降時(shí)，駕駛員按下主開關(guān)的下降位置，電路中的電流與之前的方向相反，使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，車窗下降。而副駕駛操作時(shí)，按下車窗上升開關(guān)，電路中電流的方向是電源正極→副駕駛開關(guān)左觸點(diǎn)→舉升器電動(dòng)機(jī)→斷路器→副駕駛開關(guān)右觸點(diǎn)→搭鐵→電源負(fù)極，形成完整電路，車窗上升。當(dāng)車窗下降時(shí)，副駕駛按下開關(guān)上的下降開關(guān)，電路中電流方向與之前的相反，使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，車窗下降。二極管是為了防止電源正極電流直接流入傳感器的黃色導(dǎo)線。

如果駐車后遇到下雨天而車窗未關(guān)緊這種情況時(shí)，上述的電路就起作用了。當(dāng)駕駛員離開汽車時(shí)，鑰匙拔出，開關(guān)5斷開，繼電器1是常閉型，此時(shí)吸合，同時(shí)，繼電器3為常開型，此時(shí)斷路，防止開關(guān)1和開關(guān)3所連接的導(dǎo)線形成短路。傳感器電路接通，當(dāng)傳感器檢測(cè)到落在擋風(fēng)玻璃上的雨水時(shí)，傳感器感應(yīng)到液體，便會(huì)輸出信號(hào)，繼電器2為常開型，此時(shí)吸合，而繼電器控制著舉升器電動(dòng)機(jī)。只要讓電流的方向使電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，車窗便會(huì)升起。

3 結(jié)語

可以想象，如果本次設(shè)計(jì)的成果可以用到實(shí)際生活當(dāng)中去，在使用汽車時(shí)會(huì)更加方便，更人性化。使用感應(yīng)式自動(dòng)車窗的車主就不用擔(dān)心下雨會(huì)淋濕駕駛艙內(nèi)的問題了。免去了很多因個(gè)人的疏忽而導(dǎo)致眾多煩心事的發(fā)生。并且，在汽車智能化不斷發(fā)展的今天，智能車窗必定是一個(gè)不可不提的內(nèi)容，智能車窗對(duì)汽車用戶對(duì)汽車智能化的體驗(yàn)來說是非常重要的，應(yīng)該可以算是最基礎(chǔ)的硬件要求。

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