關于汽車電動玻璃升降器的設計與開發(fā)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，以致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(xiàn)。電動車窗業(yè)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(fā);電路研究

1980年以后，汽車發(fā)展開始向自動化、智能化方向發(fā)展。截止到目前，消費者對汽車已有的傳統(tǒng)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(tǒng)汽車開始向智能化方向發(fā)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。

一、 ?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(fā)生玻璃卡滯等問題。繩輪式升降器工作相對平穩(wěn)，噪聲低，所以目前汽車市場普遍采用繩輪式玻璃升降器。

（1）繩輪式玻璃升降器

（2）叉臂式玻璃升降器

二、 ?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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)玻璃升降運動。

三、 ?玻璃升降器電機設計與開發(fā)

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(xiàn)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(xiàn)差異，進而實現(xiàn)玻璃的升降運動。永磁性直流電機聯(lián)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(lián)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(fā)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(fā)生。

四、 ?防夾功能設計

當代的玻璃升降系統(tǒng)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(xiàn)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(jié)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(tǒng)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(yè)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(tài)，進而實現(xiàn)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(tǒng)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(guī)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。

結束語

綜上所述，電動車窗系統(tǒng)是極為繁雜的系統(tǒng)，設計與研發(fā)階段要權衡的元素很多，周邊環(huán)境的變更會影響其正常運行。國際上，電動車窗系統(tǒng)的研發(fā)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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作者簡介：鄧亞鵬（1990.10-），男，漢族，浙江杭州人杭州漢騰汽車研發(fā)有限公司大學本科，研究方向：汽車開閉件設計