關(guān)于汽車電動(dòng)玻璃升降器的設(shè)計(jì)與開發(fā)探討

鄧亞鵬 王奎 金有寬

摘 要：當(dāng)前中國(guó)市場(chǎng)中，低檔汽車并未配備智能閉窗功能，以至于在駕駛?cè)穗x開汽車關(guān)閉車門后，忘記關(guān)閉車窗的情況還屢有出現(xiàn)。電動(dòng)車窗業(yè)已被普及使用于汽車制造領(lǐng)域，本文通過論述電動(dòng)玻璃升降器的結(jié)構(gòu)與種類，并解讀電動(dòng)玻璃升降器的工作原理與防夾功能，希望為廣大汽車設(shè)計(jì)人員提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：汽車;電動(dòng)玻璃升降器;設(shè)計(jì)與開發(fā);電路研究

1980年以后，汽車發(fā)展開始向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。截止到目前，消費(fèi)者對(duì)汽車已有的傳統(tǒng)的簡(jiǎn)易的功能已經(jīng)不再滿足，對(duì)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(fèi)者對(duì)汽車品質(zhì)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(diào)速功能、一鍵升/降窗功能、自動(dòng)關(guān)窗功能等，極大提升了操作方便性和安全性。

1 電動(dòng)玻璃升降器種類

目前市場(chǎng)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(duì)平穩(wěn)，噪聲低，所以目前汽車市場(chǎng)普遍采用繩輪式玻璃升降器。

2 電動(dòng)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(jī)帶動(dòng)卷絲筒轉(zhuǎn)動(dòng)，卷絲筒帶動(dòng)鋼絲繩運(yùn)動(dòng)，鋼絲繩帶動(dòng)玻璃托架沿玻璃導(dǎo)軌上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)玻璃的升降運(yùn)動(dòng)。叉臂式升降器工作原理為電機(jī)帶動(dòng)齒板與主臂轉(zhuǎn)動(dòng)，使主臂圍繞旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)玻璃托架上下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)玻璃的升降運(yùn)動(dòng)。電動(dòng)玻璃升降器的控制由BCM完成，開關(guān)輸出升/降信號(hào)至BCM，BCM接通電機(jī)電源驅(qū)動(dòng)電機(jī)完成正反旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)玻璃升降運(yùn)動(dòng)。

3 玻璃升降器電機(jī)設(shè)計(jì)與開發(fā)

玻璃升降器電機(jī)包含永磁直流電機(jī)與雙繞組串激電機(jī)兩類，永磁性直流電機(jī)通過改變電樞的電流方向來變更電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向?qū)崿F(xiàn)玻璃升降。雙繞組串激式直流電機(jī)由兩大繞向相反的磁場(chǎng)繞組，上升與下落繞組，在為相異繞組通電階段，會(huì)形成相異方向的磁場(chǎng)，電動(dòng)機(jī)的方向會(huì)出現(xiàn)差異，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)玻璃的升降運(yùn)動(dòng)。永磁性直流電機(jī)聯(lián)通啟火裝置后，電動(dòng)車窗繼電設(shè)備纜線形成電能，其觸點(diǎn)關(guān)閉，聯(lián)通電動(dòng)車窗管控電路，電動(dòng)車窗就能夠隨時(shí)待命。各車窗電動(dòng)設(shè)備電路都設(shè)置了熱敏開閉合器，如果車窗全部關(guān)閉、完全開啟或因?yàn)檐囬T玻璃凝冰、卡滯等引發(fā)玻璃無法正常升降，電路電流會(huì)隨之增加，讓熱敏開閉合器預(yù)熱并自動(dòng)開啟車窗，預(yù)防電流過載燒壞電機(jī)的情況發(fā)生。

4 防夾功能設(shè)計(jì)

當(dāng)代的玻璃升降系統(tǒng)通常在四門都會(huì)預(yù)設(shè)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(cè)試電路、電動(dòng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)電路、霍爾訊號(hào)處置電路、CAN或LIN總線通訊電路與CPU電路。為了實(shí)現(xiàn)防夾功能，車窗控制模塊能夠完成下列事項(xiàng)：可以精準(zhǔn)預(yù)判是不是有雜物阻擋;遇到雜物后需要精準(zhǔn)地預(yù)判玻璃在上升或是下落。假如車窗管控模塊預(yù)判玻璃在上升時(shí)遇到雜物阻擋，控制模塊會(huì)控制電機(jī)反轉(zhuǎn)一段間距后停止。

防夾模塊透過CAN或LIN總線與車體管控設(shè)備BCM通訊，通常防夾模塊是從節(jié)點(diǎn)，通過與BCM通訊完成網(wǎng)絡(luò)排查與故障碼儲(chǔ)存等工作?？刂企w系硬件通常由微處理設(shè)備、霍爾傳感設(shè)備、固體繼電設(shè)備、直流電動(dòng)設(shè)備與開關(guān)組構(gòu)成。對(duì)電動(dòng)車窗防夾系統(tǒng)來講，防夾成功與否其實(shí)是要看能不能測(cè)試出玻璃的位置與防夾力度。因?yàn)槭蹆r(jià)成本與車門樣式設(shè)計(jì)的約束，在各行業(yè)普及推廣的紅外、力學(xué)傳感等科技在汽車電動(dòng)車窗上完成防夾功能的難度極大。當(dāng)前，核心的防夾設(shè)計(jì)通常使用霍爾防夾和紋波防夾。防夾模塊通過計(jì)算霍爾信號(hào)和紋波信號(hào)的數(shù)量判斷玻璃的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)防夾功能。紋波防夾相對(duì)霍爾防夾成本低很多，但紋波防夾對(duì)門系統(tǒng)精度要求較高，且技術(shù)相對(duì)不是很成熟，只有在部分合資品牌和少量國(guó)產(chǎn)品牌車型應(yīng)用。隨著汽車制造精度的提高以及紋波防夾技術(shù)的不斷完善，未來紋波防夾將會(huì)大規(guī)模應(yīng)用。

防夾軟件的設(shè)計(jì)通常包含初始化程序與測(cè)控程序。初始化程序會(huì)完成對(duì)所有模塊工作狀況的預(yù)設(shè)（包含I/O端口、定時(shí)設(shè)備與按鍵中斷模塊、EEPROM模塊等）。測(cè)控程序是運(yùn)用微控制設(shè)備對(duì)錄入的訊號(hào)實(shí)施解讀與解析，依照命令啟動(dòng)或關(guān)閉電動(dòng)設(shè)備。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，電動(dòng)車窗系統(tǒng)是極為繁雜的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)與研發(fā)階段要權(quán)衡的元素很多，周邊環(huán)境的變更會(huì)影響其正常運(yùn)行。國(guó)際上，電動(dòng)車窗系統(tǒng)的研發(fā)已經(jīng)經(jīng)歷了幾十年，其技術(shù)相對(duì)來說較為先進(jìn)，然而我國(guó)汽車電子化程度與國(guó)外存在一定差距，技術(shù)上依然有難點(diǎn)，怎樣研究與設(shè)計(jì)，是未來的重要命題。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋敏.基于霍爾傳感器的電動(dòng)汽車電動(dòng)車窗防夾控制算法實(shí)驗(yàn)研究[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，2019，38（07）：112-116.

[2]汽車照明意大利獨(dú)資股份有限公司.用于機(jī)動(dòng)車輛中的滑動(dòng)車窗的自動(dòng)運(yùn)動(dòng)的設(shè)備（特別是電動(dòng)車窗設(shè)備）的防夾方法，以及相應(yīng)的裝置：CN201880012999.8[P].2019-10-15.

[3]張軍.基于CAN總線技術(shù)的轎車車窗智能控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)[J].時(shí)代汽車，2019（06）：102-103.

[4]方瑞蓮，蘇通，左明方等.淺談轎車電動(dòng)車窗系統(tǒng)的改進(jìn)——感應(yīng)式輔助關(guān)窗系統(tǒng)[J].科技資訊，2018（06）：87-88.

[5]東方久樂汽車電子（上海）股份有限公司.基于電流采樣的汽車電動(dòng)車窗防夾控制系統(tǒng)的軟停止控制方法：CN201810097667.6[P].2018-07-31.