基于動(dòng)態(tài)采樣的汽車電動(dòng)窗控制技術(shù)研究

陳炳林金少華方政李萬(wàn)霞陳峰

（上海滬工汽車電器有限公司）

基于動(dòng)態(tài)采樣的汽車電動(dòng)窗控制技術(shù)研究

陳炳林金少華方政李萬(wàn)霞陳峰

（上海滬工汽車電器有限公司）

提出一種基于動(dòng)態(tài)采樣方式的電動(dòng)窗控制技術(shù)，該技術(shù)根據(jù)電動(dòng)窗電機(jī)每次啟動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)電流，經(jīng)過(guò)加權(quán)平均計(jì)算出動(dòng)態(tài)堵轉(zhuǎn)電流參考值，然后確定該次的玻璃升降堵轉(zhuǎn)電流，避免了采用固定堵轉(zhuǎn)電流控制方式因受外部因素影響而導(dǎo)致的電動(dòng)窗升降故障。試驗(yàn)結(jié)果表明，基于動(dòng)態(tài)采樣的汽車電動(dòng)窗控制技術(shù)能夠根據(jù)外部環(huán)境條件自適應(yīng)調(diào)整堵轉(zhuǎn)電流大小，有效解決了汽車在不同環(huán)境下玻璃升降過(guò)程中出現(xiàn)的故障和問(wèn)題，提高了汽車電動(dòng)窗控制器的可靠性和穩(wěn)定性。

1 前言

2 電動(dòng)窗控制器簡(jiǎn)介

圖1為電動(dòng)窗控制器原理框圖，其主要由輸入模塊、輸出模塊、采樣模塊和處理模塊等4部分組成。輸入模塊主要用來(lái)采集開(kāi)關(guān)輸入信號(hào)（數(shù)字信號(hào)量），而且開(kāi)關(guān)信號(hào)都是非自鎖信號(hào)；采樣模塊用來(lái)采集玻璃升降過(guò)程的電流，通過(guò)轉(zhuǎn)換變成電壓信號(hào)，然后通過(guò)AD采樣轉(zhuǎn)換成電流值；輸出模塊完成電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輸出；處理模塊通過(guò)輸入信號(hào)、采樣信號(hào)和傳感器信號(hào)的輸入量進(jìn)行分析判斷并計(jì)算出動(dòng)態(tài)堵轉(zhuǎn)電流，然后由輸出模塊驅(qū)動(dòng)玻璃升降電機(jī)。

3 硬件設(shè)計(jì)

基于動(dòng)態(tài)采樣的汽車電動(dòng)窗控制器的硬件電路主要包括輸入電路、處理電路和采樣電路，圖2為其輸入電路和處理電路，圖中的開(kāi)關(guān)信號(hào)都是低電平有效。當(dāng)開(kāi)關(guān)信號(hào)有效時(shí)，二極管D2、D3導(dǎo)通并起到防反接作用，穩(wěn)壓管ZD2、ZD3在整車電源系統(tǒng)出現(xiàn)拋負(fù)載時(shí)起穩(wěn)壓作用；電阻R6、R7為開(kāi)關(guān)的上拉電阻，當(dāng)開(kāi)關(guān)信號(hào)有效時(shí)提供10 mA的濕電流防止開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)氧化。

圖3 為電動(dòng)窗控制器電流采樣電路。當(dāng)上升開(kāi)關(guān)信號(hào)有效時(shí)，達(dá)林頓管U2D輸出低電平，繼電器K3吸合，電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，玻璃上升，與電機(jī)并聯(lián)的電容C8和壓敏電阻V2起到電機(jī)反向電動(dòng)勢(shì)的抑制作用，電阻R8和電容C10組成RC電路，該電路可在電機(jī)啟動(dòng)和停止時(shí)對(duì)繼電器觸點(diǎn)起保護(hù)作用。U3B是一個(gè)差分運(yùn)算放大器，用來(lái)檢測(cè)玻璃升降過(guò)程中的電流變化，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電流流過(guò)采樣電阻RS2，U3B對(duì)采樣電阻RS2上的采樣電壓進(jìn)行放大。該電流采樣電路采用低邊采樣方式，可有效保護(hù)運(yùn)算放大器。

電阻R24和電阻R25決定了運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)AU，即：

假設(shè)RS2的采樣電流為IS2，則運(yùn)算放大器的輸出電壓UO為：

該系統(tǒng)中R24=4.7 K，R25=47 K，所以AU=11。當(dāng)已知AU和RS2值時(shí)，UO和IS2在式（2）中就形成了一一對(duì)應(yīng)的映射關(guān)系。

4 軟件設(shè)計(jì)

基于動(dòng)態(tài)采樣的電動(dòng)窗控制技術(shù)軟件設(shè)計(jì)主要基于動(dòng)態(tài)采樣的堵轉(zhuǎn)控制算法流程設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)包括動(dòng)態(tài)采樣電流的算法以及電動(dòng)窗升降過(guò)程中電機(jī)堵轉(zhuǎn)情況的判斷。

圖4為堵轉(zhuǎn)控制算法流程，因?yàn)殡姍C(jī)啟動(dòng)時(shí)的瞬態(tài)電流峰值與堵轉(zhuǎn)時(shí)的電流峰值基本相等，因此可在車窗電機(jī)啟動(dòng)100 ms（該時(shí)間可根據(jù)具體電機(jī)調(diào)整）內(nèi)讀取啟動(dòng)時(shí)的峰值電流作為堵轉(zhuǎn)電流參考值。在100 ms內(nèi)連續(xù)采樣20次，去掉最大值和最小值后取平均值，得到啟動(dòng)電流的平均值Io。但由于電動(dòng)窗工作環(huán)境較惡劣，有時(shí)獲取的Io并不一定準(zhǔn)確，因此需要測(cè)量出電機(jī)實(shí)際堵轉(zhuǎn)電流I，然后用I減去一個(gè)參考值X后得到一個(gè)堵轉(zhuǎn)電流參考值Ic。當(dāng)玻璃升降電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，通過(guò)加權(quán)平均計(jì)算出Io，如果Ic-X＜Io＜Ic，說(shuō)明讀取的啟動(dòng)電流較可靠，將Io作為堵轉(zhuǎn)臨界值，也就是說(shuō)當(dāng)電動(dòng)窗控制器工作時(shí)，若實(shí)際采集的電流大于Io，則認(rèn)為電動(dòng)窗控制器堵轉(zhuǎn)，如果小于Io就認(rèn)為不堵轉(zhuǎn)，即實(shí)際動(dòng)態(tài)堵轉(zhuǎn)電流Id=Io，如果Io＜Ic-X，則Id=Ic-X；如果Io＞Ic，則Id=Ic。

WANG Xiaoli, GUO Jungang, MA Chi, et al. Study on the gemological characteristics of an illite-imitated Dushan jade[J]. Conservation and utilization of mineral resources, 2018(6):70-72, 76.

經(jīng)過(guò)多次的實(shí)際測(cè)量，基于動(dòng)態(tài)采樣的電動(dòng)窗控制器的電機(jī)實(shí)際堵轉(zhuǎn)電流I=13.6A，參考值X=2 A，所以可根據(jù)實(shí)際的加權(quán)平均計(jì)算出的Io來(lái)確定動(dòng)態(tài)的堵轉(zhuǎn)電流值Id，如果9.6 A＜Io＜11.6 A，Id=Io；如果Io＜9.6 A，則Id=9.6 A；如果Io＞11.6 A，則Id=11.6 A。

電動(dòng)窗控制器的狀態(tài)切換過(guò)程如圖5所示。圖5中，“STOP”表示車窗停止動(dòng)作；“UP”表示車窗手動(dòng)上升；“DOWN”表示車窗手動(dòng)下降；“AUTO DOWN”表示車窗自動(dòng)下降；“DOWN判斷”表示車窗下降狀態(tài)判斷；“PROTECT”表示車窗保護(hù)狀態(tài)。

圖5中各狀態(tài)跳轉(zhuǎn)條件如下：

a.狀態(tài)①：當(dāng)下降按鍵無(wú)效而上升按鍵有效時(shí)，實(shí)現(xiàn)玻璃上升控制。

b.狀態(tài)②：當(dāng)上升按鍵無(wú)效、車窗連續(xù)動(dòng)作超過(guò)8 s、下降開(kāi)關(guān)按下、車窗電機(jī)短路、堵轉(zhuǎn)中出現(xiàn)任一情況時(shí)，電動(dòng)窗控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的保護(hù)，系統(tǒng)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。

c.狀態(tài)③：當(dāng)上升按鍵無(wú)效而下降按鍵有效時(shí)，實(shí)現(xiàn)玻璃下降控制。

d.狀態(tài)④：當(dāng)下降按鍵連續(xù)有效300 ms時(shí)，電動(dòng)窗控制器完成玻璃點(diǎn)動(dòng)下降控制。

e.狀態(tài)⑤：當(dāng)下降按鍵有效且有效時(shí)間為50～300 ms時(shí)，電動(dòng)窗控制器完成玻璃自動(dòng)下降控制，下降按鍵有效時(shí)間小于50 ms時(shí)電機(jī)不動(dòng)作。

f.狀態(tài)⑥：當(dāng)下降按鍵無(wú)效、車窗連續(xù)操作時(shí)間超過(guò)8s、上升按鍵有效、車窗電機(jī)短路、電機(jī)堵轉(zhuǎn)中任一情況出現(xiàn)時(shí)，電動(dòng)窗控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的保護(hù)，系統(tǒng)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。

g.狀態(tài)⑦：當(dāng)上升按鍵有效、下降按鍵有效、車窗動(dòng)作超過(guò)8 s、車窗電機(jī)短路、電機(jī)堵轉(zhuǎn)中任一情況出現(xiàn)時(shí)，不管是上升控制還是下降控制，如果在8 s內(nèi)連續(xù)反復(fù)操作玻璃升降控制，則電動(dòng)窗控制器停止工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的保護(hù)。

h.狀態(tài)⑧：當(dāng)上升按鍵和下降按鍵均無(wú)效時(shí)，處于保護(hù)狀態(tài)下的控制器在20 s內(nèi)電動(dòng)窗不會(huì)輸出對(duì)電機(jī)的控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)玻璃升降電機(jī)的保護(hù)。

5 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證基于動(dòng)態(tài)采樣的汽車電動(dòng)窗控制算法在不同環(huán)境下的可靠性和穩(wěn)定性，利用實(shí)際電機(jī)，在不同溫度、不同電壓下進(jìn)行了測(cè)試試驗(yàn)。限于篇幅只針對(duì)相同溫度、不同電壓進(jìn)行驗(yàn)證。

圖6為電源電壓為12 V時(shí)電動(dòng)窗控制器實(shí)際測(cè)量波形，由圖6可得UO=2.4 V，根據(jù)式（2），可得動(dòng)態(tài)采樣電流IS2=UO/AU/RS2=10.9 A，所以Io=IS2=10.9 A，因9.6 A＜Io＜11.6 A，所以Id=Io=10.9 A。根據(jù)圖6中數(shù)值可計(jì)算出實(shí)際堵轉(zhuǎn)電流約為12.5 A，大于動(dòng)態(tài)堵轉(zhuǎn)的臨界值Id，表明電動(dòng)窗控制器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)玻璃堵轉(zhuǎn)的控制。

圖7 為電源電壓為16 V時(shí)電動(dòng)窗控制器實(shí)際測(cè)量波形，由圖8可得UO=2.6 V，根據(jù)式（2），動(dòng)態(tài)采樣電流IS2=UO/AU/RS2=11.8 A，所以Io=IS2=11.8 A，因9.6 A＜Io＜11.6 A，則Id=Io=11.8 A。實(shí)際測(cè)量的堵轉(zhuǎn)電流約為14.1 A，大于動(dòng)態(tài)堵轉(zhuǎn)的臨界值Id，表明電動(dòng)窗控制器能夠?qū)ΣＡФ罗D(zhuǎn)進(jìn)行正常控制。

圖8 為電源電壓為9 V時(shí)電動(dòng)窗控制器實(shí)際測(cè)量波形，由圖8可得UO=2 V，根據(jù)式（2），動(dòng)態(tài)采樣電流IS2=UO/AU/RS2=9 A，所以Io=IS2=9 A，因Io＜9.6 A，則Id=Io=9 A。根據(jù)圖8中數(shù)值可計(jì)算出實(shí)際堵轉(zhuǎn)電流約為11.8 A，大于動(dòng)態(tài)堵轉(zhuǎn)的臨界值Id，說(shuō)明電動(dòng)窗控制器能夠正?？刂撇ＡФ罗D(zhuǎn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

大量的試驗(yàn)表明，基于動(dòng)態(tài)采樣算法的汽車電動(dòng)窗控制技術(shù)在玻璃上升和下降控制中能夠自適應(yīng)調(diào)整堵轉(zhuǎn)電流的大小，有效解決了汽車玻璃升降過(guò)程中出現(xiàn)的故障問(wèn)題，提高了整車的安全性和可靠性。

1李松濤，李俊，林錦國(guó).基于PIC單片機(jī)為內(nèi)核的電機(jī)保護(hù)器的研制.機(jī)床與液壓，2009，06.

2李文，張彬娜.感應(yīng)電機(jī)參數(shù)辨識(shí)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn).大連交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，02.

3丁衛(wèi)東，王麗萍.基于單片機(jī)及CPLD的電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的研究.電機(jī)技術(shù)，2003，1.

（責(zé)任編輯文楫）

修改稿收到日期為2014年3月1日。

Research on Automotive Electric Window Control Technology Based on Dynamic Sampling

Chen Binglin，Jin Shaohua，F(xiàn)ang Zheng，Li Wanxia，Chen Feng
（Shanghai Hugong Auto-Electric Co.，Ltd）

In the paper，an auto window control technology based on dynamic sampling technology is presented，which，according to dynamic current each time the electric window motor is activated，calculates the dynamic locked-rotor current reference value by means of weighted average，then determine glass lifting locked-rotor current，preventing the fixed locked-rotor current control method from being affected by external factors and lead to electric window failure during lifting.Test results show that this auto electric window control technology based on dynamic sampling can adaptively adjust magnitude of locked-rotor current according to external environment conditions，effectively eliminating the failure and defects of window glass during lifting under different circumstances，improving reliability and stability of auto electric window controller.

Auto electric window,Glass lifting,Controller,Locked-rotor current

汽車電動(dòng)窗玻璃升降控制器堵轉(zhuǎn)電流

U463.83+5

A

1000-3703（2014）07-0008-03