關于汽車電動玻璃升降器的設計與開發探討

鄧亞鵬 王奎 金有寬

摘 要：當前中國市場中，低檔汽車并未配備智能閉窗功能，以至于在駕駛人離開汽車關閉車門后，忘記關閉車窗的情況還屢有出現。電動車窗業已被普及使用于汽車制造領域，本文通過論述電動玻璃升降器的結構與種類，并解讀電動玻璃升降器的工作原理與防夾功能，希望為廣大汽車設計人員提供一定的參考。

關鍵詞：汽車;電動玻璃升降器;設計與開發;電路研究

1980年以后，汽車發展開始向自動化、智能化方向發展。截止到目前，消費者對汽車已有的傳統的簡易的功能已經不再滿足，對汽車的舒適性、智能化提出了更高的要求。目前，為了滿足消費者對汽車品質的需求，傳統汽車開始向智能化方向發展。通過增加玻璃升降控制模塊，可以增加防夾功能、升降調速功能、一鍵升/降窗功能、自動關窗功能等，極大提升了操作方便性和安全性。

1 電動玻璃升降器種類

目前市場上常用的玻璃升降器主要有兩種：繩輪式玻璃升降器和叉臂式玻璃升降器。一般而言，繩輪式玻璃升降器（如圖1）可用于各種圓弧玻璃的車型中，但是由于安裝空間要求較大，目前主要用于玻璃圓弧較小的中高檔轎車和高檔面包車中：叉臂式玻璃升降器（如圖2）主要用于玻璃圓弧較大的載貨汽車、面包車及中低檔轎車中。叉臂式玻璃升降器結構簡單、安裝布置方便，但噪聲大，易發生玻璃卡滯等問題。繩輪式升降器工作相對平穩，噪聲低，所以目前汽車市場普遍采用繩輪式玻璃升降器。

2 電動玻璃升降器的工作原理

繩輪式玻璃升降器工作原理為電機帶動卷絲筒轉動，卷絲筒帶動鋼絲繩運動，鋼絲繩帶動玻璃托架沿玻璃導軌上下運動，實現玻璃的升降運動。叉臂式升降器工作原理為電機帶動齒板與主臂轉動，使主臂圍繞旋轉中心旋轉，帶動玻璃托架上下運動，進而實現玻璃的升降運動。電動玻璃升降器的控制由BCM完成，開關輸出升/降信號至BCM，BCM接通電機電源驅動電機完成正反旋轉，實現玻璃升降運動。

3 玻璃升降器電機設計與開發

玻璃升降器電機包含永磁直流電機與雙繞組串激電機兩類，永磁性直流電機通過改變電樞的電流方向來變更電機旋轉方向實現玻璃升降。雙繞組串激式直流電機由兩大繞向相反的磁場繞組，上升與下落繞組，在為相異繞組通電階段，會形成相異方向的磁場，電動機的方向會出現差異，進而實現玻璃的升降運動。永磁性直流電機聯通啟火裝置后，電動車窗繼電設備纜線形成電能，其觸點關閉，聯通電動車窗管控電路，電動車窗就能夠隨時待命。各車窗電動設備電路都設置了熱敏開閉合器，如果車窗全部關閉、完全開啟或因為車門玻璃凝冰、卡滯等引發玻璃無法正常升降，電路電流會隨之增加，讓熱敏開閉合器預熱并自動開啟車窗，預防電流過載燒壞電機的情況發生。

4 防夾功能設計

當代的玻璃升降系統通常在四門都會預設防夾功能，保證駕乘人員的安全，玻璃升降防夾模塊電路通常包含電源管控電路、電流測試電路、電動設備驅動電路、霍爾訊號處置電路、CAN或LIN總線通訊電路與CPU電路。為了實現防夾功能，車窗控制模塊能夠完成下列事項：可以精準預判是不是有雜物阻擋;遇到雜物后需要精準地預判玻璃在上升或是下落。假如車窗管控模塊預判玻璃在上升時遇到雜物阻擋，控制模塊會控制電機反轉一段間距后停止。

防夾模塊透過CAN或LIN總線與車體管控設備BCM通訊，通常防夾模塊是從節點，通過與BCM通訊完成網絡排查與故障碼儲存等工作。控制體系硬件通常由微處理設備、霍爾傳感設備、固體繼電設備、直流電動設備與開關組構成。對電動車窗防夾系統來講，防夾成功與否其實是要看能不能測試出玻璃的位置與防夾力度。因為售價成本與車門樣式設計的約束，在各行業普及推廣的紅外、力學傳感等科技在汽車電動車窗上完成防夾功能的難度極大。當前，核心的防夾設計通常使用霍爾防夾和紋波防夾。防夾模塊通過計算霍爾信號和紋波信號的數量判斷玻璃的運行狀態，進而實現防夾功能。紋波防夾相對霍爾防夾成本低很多，但紋波防夾對門系統精度要求較高，且技術相對不是很成熟，只有在部分合資品牌和少量國產品牌車型應用。隨著汽車制造精度的提高以及紋波防夾技術的不斷完善，未來紋波防夾將會大規模應用。

防夾軟件的設計通常包含初始化程序與測控程序。初始化程序會完成對所有模塊工作狀況的預設（包含I/O端口、定時設備與按鍵中斷模塊、EEPROM模塊等）。測控程序是運用微控制設備對錄入的訊號實施解讀與解析，依照命令啟動或關閉電動設備。

5 結束語

綜上所述，電動車窗系統是極為繁雜的系統，設計與研發階段要權衡的元素很多，周邊環境的變更會影響其正常運行。國際上，電動車窗系統的研發已經經歷了幾十年，其技術相對來說較為先進，然而我國汽車電子化程度與國外存在一定差距，技術上依然有難點，怎樣研究與設計，是未來的重要命題。

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