汽車無線收發(fā)天窗

【摘 要】隨著汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，駕乘者對(duì)駕駛過程中的舒適及安全性能的要求也越來越高。汽車無線收發(fā)天窗的研發(fā)使汽車更加人性化，同時(shí)方便了駕乘人員對(duì)汽車天窗的控制。通過對(duì)無線收發(fā)天窗的研究和試驗(yàn)驗(yàn)證，提高車輛安全性和可靠性。本項(xiàng)目創(chuàng)新之處，結(jié)合社會(huì)熱點(diǎn)及國(guó)家新出臺(tái)政策，借鑒歐美國(guó)家已有產(chǎn)品，開發(fā)出適合國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的汽車無線收發(fā)控制天窗，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)這一領(lǐng)域的空白。

【關(guān)鍵詞】汽車天窗；無線控制；控制單元

汽車活動(dòng)天窗是汽車乘坐室與外界的空氣直接交換通道，是改善汽車內(nèi)部溫度和空氣質(zhì)量的一種方法，而汽車內(nèi)部溫度和空氣質(zhì)量對(duì)駕乘人員在長(zhǎng)時(shí)間駕駛車輛過程當(dāng)中的舒適感以及駕駛安全性有著較大的影響。打開天窗，使車內(nèi)空氣循環(huán)，使汽車內(nèi)部可以保持新鮮的空氣，可以排出煙味、酒味、霉味等，消除暖風(fēng)空調(diào)的不適感，減小駕乘人員因空氣混濁所引起的昏睡感，增加汽車乘坐舒適度，減少司機(jī)的疲勞感并可以預(yù)防交通事故。不過全景天窗也有一些缺點(diǎn)：成本較高；落塵需要清理，否則影響視線；車身整體剛度下降，安全系數(shù)降低，而且無法遠(yuǎn)距離實(shí)現(xiàn)控制。本文就是針對(duì)以上特點(diǎn)，開發(fā)出一種無線收發(fā)式天窗，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制天窗開關(guān)。汽車無線收發(fā)天窗主要由汽車天窗玻璃、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、滑動(dòng)螺桿、齒輪、ECU及繼電器組成。本文分析了天窗玻璃打開以及關(guān)閉的過程的工作原理，介紹了對(duì)汽車天窗無線控制的過程。

1.機(jī)械部分

機(jī)械部分的傳動(dòng)的動(dòng)力來源于驅(qū)動(dòng)電機(jī)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)將動(dòng)力傳遞給渦輪蝸桿，再由渦輪蝸桿傳到一級(jí)減速器，由一級(jí)減速器完全輸出通過齒輪驅(qū)動(dòng)天窗滑桿使天窗工作。在工作期間對(duì)天窗要求若出現(xiàn)故障需可以手動(dòng)打開或關(guān)閉。針對(duì)天窗的任何操作都不應(yīng)該對(duì)汽車 其他電器造成損傷。對(duì)其外觀要求整潔、無銹蝕、無機(jī)械損傷、漆面完整、塑料件外觀無變形及裂紋出現(xiàn)。天窗玻璃在可見范圍內(nèi)，不允許出現(xiàn)擦傷、劃傷等缺陷。玻璃密封膠圈不能有裂紋、裂縫、氣孔等其他缺陷。

2.驅(qū)動(dòng)電機(jī)

2.1組成結(jié)構(gòu)

電動(dòng)推桿電機(jī)由電動(dòng)機(jī)、減速齒輪、螺桿、螺母、導(dǎo)套、推桿、滑座、彈簧、外殼及渦輪、微動(dòng)控制開關(guān)等組成。

2.2工作原理

電動(dòng)機(jī)經(jīng)齒輪減速后，帶動(dòng)一對(duì)絲桿螺母。把電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)，利用電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)完成推桿動(dòng)作。如通過各種杠桿、搖桿或連桿等機(jī)構(gòu)可完成轉(zhuǎn)動(dòng)、搖動(dòng)等復(fù)雜動(dòng)作。通過改變杠桿力臂長(zhǎng)度，可以增大或加大行程。

2.3行程控制裝置

經(jīng)電機(jī)齒輪上的渦桿帶動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使渦輪內(nèi)的小絲桿作軸向移動(dòng)，由連接板帶動(dòng)限位桿相應(yīng)作軸向移動(dòng)，至所需行程時(shí)，通過調(diào)節(jié)限位塊壓下行程開關(guān)斷電，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)（正反控制相同）。

為了保證停車牌精確的停止位置，消除機(jī)械傳動(dòng)過程中的誤差影響，必須對(duì)電機(jī)進(jìn)行精確控制。為此，需采用步進(jìn)電機(jī)細(xì)分技術(shù)。設(shè)u、v、w為步進(jìn)電機(jī)定子的三相繞組，每個(gè)繞組均勻相隔120°，則其轉(zhuǎn)矩角特性可近似的表示：T=kisinθ

若電機(jī)處于穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行，則可取，基于此上式（8）可變?yōu)椋篢=KI。由此試可知：電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為恒值。由此可知只需控制繞組中電機(jī)電流的大小即可控制電機(jī)步距的大小。電流頻率的改變，則用來改變電機(jī)速度，其階梯數(shù)決定了電機(jī)每一步轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，階梯數(shù)多，角度越小，即細(xì)分越大?；诖?，實(shí)現(xiàn)了 N 細(xì)分步矩角的目的?；谝陨侠碚摵筒蓸涌刂评碚?，需要單片機(jī)輸出控制信號(hào)與三角波比較，進(jìn)而形成脈沖調(diào)制信號(hào)，再經(jīng)過邏輯控制電路控制驅(qū)動(dòng)電路中的六個(gè)功率管，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的細(xì)分控制。其中單片機(jī)使用MC9S12DP256B，該芯片包括256KB的Flash ROM、12KB的RAM、4KB的EEPROM、一個(gè)8通道的脈沖寬度調(diào)制模塊（PWM）、一個(gè)8通道的增強(qiáng)型捕捉定時(shí)器模塊（ECT）、兩個(gè)8通道的A/D轉(zhuǎn)換模塊（ATD）、兩個(gè)串行通訊接口（SCI）、三個(gè)串行設(shè)備接口（SPI）等。芯片使用簡(jiǎn)單，內(nèi)置can總線、性價(jià)比高、且抗干擾能力強(qiáng)。

3.無線控制

汽車無線收發(fā)天窗的主要核心是通過在普通的電動(dòng)天窗的基礎(chǔ)上加裝一個(gè)控制單元來實(shí)現(xiàn)動(dòng)作信號(hào)的接收和發(fā)送。無線收發(fā)器則使用nRF401挪威Nordic公司推出的一款無線收發(fā)一體通信芯片，具有高頻發(fā)射與接收、PLL合成、FSK合成、FSK解調(diào)、多頻道切換等諸多功能。該芯片性能優(yōu)異、功耗少、使用方便，可與單片機(jī)串口直接通訊，無需曼徹斯特解碼。單片機(jī)通過無線接收裝置nRF401來接收駕駛員的控制信號(hào)，并根據(jù)這個(gè)信號(hào)控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，單片機(jī)還通過Can-H和Can-L總線與汽車中央控制器通訊，采集汽車運(yùn)行數(shù)據(jù)，當(dāng)車速大于5km/h時(shí)，單片機(jī)通過中斷信號(hào)控制汽車天窗的收回，避免由于駕駛員忘記收起天窗而造成的碰損。

4.工作過程

在無線收發(fā)天窗接收到有收發(fā)器發(fā)出的打開或者關(guān)閉的信號(hào)后。由控制單元處理后向執(zhí)行器電機(jī)發(fā)出指令使其工作。電機(jī)在接到工作信號(hào)后開始導(dǎo)通工作電路此時(shí)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)。再由渦輪帶動(dòng)蝸桿經(jīng)過兩個(gè)中間齒輪將工作狀態(tài)傳給滑動(dòng)螺桿。中間齒輪的傳動(dòng)比因不同車型的天窗大小不同而不同，主要控制天窗開啟或關(guān)閉的速度。運(yùn)動(dòng)傳到滑動(dòng)螺桿后，其將帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)齒輪工作。從而使天窗玻璃完成打開關(guān)閉等工作。

5.結(jié)論

本文根據(jù)國(guó)內(nèi)天窗現(xiàn)存的問題，開發(fā)出一種基于無線收發(fā)式的天窗，設(shè)計(jì)了該天窗的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)步進(jìn)電機(jī)的精確控制，國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離無線控制天窗的控制，實(shí)踐表明該裝置運(yùn)行效果良好，已應(yīng)用于某汽車公司。經(jīng)過反復(fù)檢驗(yàn)我們不斷改良我們的研發(fā)產(chǎn)品，使其符合你普通汽車的使用要求。做到精準(zhǔn)、穩(wěn)定的操控汽車天窗，使其平穩(wěn)運(yùn)行。追求實(shí)現(xiàn)方便加裝該無線控制天窗的車主的日常用車，免去繁瑣的操作過程。

【參考文獻(xiàn)】

[1]GB/T汽車用天窗總成，征求意見稿.

[2]汽車電器與檢修.