2021款豐田威蘭達(dá)車電動尾門系統(tǒng)的組成及工作原理解析

南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 甘秀芹

汽車電動尾門，是一種將汽車尾門打開和關(guān)閉的方式由手動變?yōu)樽詣拥难b置。本文以2021款豐田威蘭達(dá)車為例，介紹汽車電動尾門的組成及工作原理。

1 電動尾門的組成

如圖1所示，2021款豐田威蘭達(dá)車電動尾門系統(tǒng)主要由電動尾門ECU、尾門門鎖總成、電動尾門單元、踢腳傳感器、觸摸式傳感器、控制開關(guān)/按鈕及電動尾門警告蜂鳴器等部件組成。主要部件的安裝位置如圖2所示。

圖1 2021款豐田威蘭達(dá)車電動尾門系統(tǒng)的組成

圖2 2021款豐田威蘭達(dá)車電動尾門系統(tǒng)主要組成部件的安裝位置

1.1 電動尾門單元

電動尾門單元（圖3）主要由電動機和減速器組成，它通過絲杠機構(gòu)將電動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成線性運動來打開和關(guān)閉尾門。電動尾門電動機內(nèi)有霍爾集成電路，用于檢測電動尾門的工作狀態(tài)（如尾門打開及關(guān)閉的速度等），并向電動尾門ECU發(fā)送脈沖信號。

圖3 電動尾門單元

1.2 觸摸式傳感器

觸摸式傳感器固定在尾門兩側(cè)的密封區(qū)域，用于檢測尾門關(guān)閉時是否有物體阻擋。觸摸式傳感器由導(dǎo)電橡膠和芯線組成，其等效電路如圖4所示，電阻代表導(dǎo)電橡膠，線芯代表常開觸點。如圖5所示，按壓導(dǎo)電橡膠時，線芯發(fā)生短路，使信號電壓變小，電動尾門ECU以此判斷尾門關(guān)閉時有物體阻擋，激活防夾功能。

圖4 觸摸式傳感器的等效電路

圖5 觸摸式傳感器受擠壓時的變化

1.3 尾門控制開關(guān)/按鈕

為滿足車主從不同位置打開和關(guān)閉尾門的需求，該車共有4個尾門控制開關(guān)/按鈕，分別為車內(nèi)尾門開關(guān)、尾門外部的尾門開關(guān)、尾門內(nèi)部的尾門開關(guān)及遙控鑰匙上的尾門按鈕（圖6）。

圖6 尾門控制開關(guān)/按鈕的位置

1.4 踢腳傳感器

踢腳傳感器安裝在后保險杠內(nèi)側(cè)，由傳感器和控制器兩部分組成（圖7），用于檢測非接觸式踢腳操作。如圖8所示，當(dāng)車主雙手拿滿物品時，只要攜帶遙控鑰匙，站在后保險杠中心位置進(jìn)行非接觸式踢腳操作，也可以打開或關(guān)閉尾門。

圖7 踢腳傳感器

圖8 非接觸式踢腳操作

1.5 尾門門鎖總成

如圖9所示，尾門門鎖總成由 4個位置檢測開關(guān)（扇形開關(guān)、棘爪開關(guān)、鎖栓開關(guān)和門控?zé)糸_關(guān)）、尾門門鎖電動機、扇形齒輪、開啟桿、棘輪、鎖桿和鎖栓組成。

圖9 尾門門鎖總成的結(jié)構(gòu)

4個位置檢測開關(guān)的作用如下。

（1）扇形開關(guān)用于檢測尾門門鎖電動機的初始位置。如圖10所示，當(dāng)扇形齒輪和尾門門鎖電動機位于初始位置時，扇形開關(guān)打開；當(dāng)尾門門鎖電動機工作時，扇形開關(guān)關(guān)閉。

圖10 扇形開關(guān)的狀態(tài)

（2）棘輪開關(guān)用于檢測棘輪是松開還是接合。如圖11所示，棘輪松開時棘爪開關(guān)打開，棘輪接合時棘爪開關(guān)關(guān)閉。

圖11 棘輪開關(guān)的狀態(tài)

（3）鎖栓開關(guān)和門控?zé)糸_關(guān)用于檢測尾門的狀態(tài)。如圖12所示，尾門打開時鎖栓開關(guān)和門控?zé)糸_關(guān)打開；尾門微開（半鎖）時，鎖栓開關(guān)關(guān)閉，門控?zé)糸_關(guān)打開；尾門全關(guān)（全鎖）時，鎖栓開關(guān)和門控?zé)糸_關(guān)均關(guān)閉。

圖12 鎖栓開關(guān)和門控?zé)糸_關(guān)的狀態(tài)

如圖13所示，各齒輪處于初始位置時，尾門門鎖電動機沿解鎖方向旋轉(zhuǎn)，從而將旋轉(zhuǎn)運動傳輸至小齒輪；小齒輪按順序操作扇形齒輪、開啟桿和棘輪；開啟桿通過棘輪松開鎖栓，從而松開鎖扣；解鎖操作完成后，尾門門鎖電動機執(zhí)行反向旋轉(zhuǎn)操作，以將各齒輪返回至初始位置。

圖13 尾門門鎖總成的解鎖過程

如圖14所示，各齒輪處于初始位置時，尾門門鎖電動機沿接合方向旋轉(zhuǎn)，從而將旋轉(zhuǎn)運動傳輸至小齒輪；扇形齒輪與小齒輪聯(lián)動并沿接合方向旋轉(zhuǎn)，由于鎖桿銷由扇形齒輪銷固定，鎖栓也沿接合方向旋轉(zhuǎn)，從而拉進(jìn)鎖扣，使尾門完全關(guān)閉；尾門完全關(guān)閉后，尾門門鎖電動機執(zhí)行反向旋轉(zhuǎn)操作，以將各齒輪返回至初始位置。

圖14 尾門門鎖總成的鎖止過程

2 電動尾門的工作原理

電動尾門ECU通過尾門控制開關(guān)/按鈕及踢腳傳感器檢測到車主打開尾門的請求后，鳴響電動尾門警告蜂鳴器0.8 s，閃爍危險警告燈2次，然后驅(qū)動尾門門鎖電動機以松開鎖栓，接著驅(qū)動電動尾門電動機以打開尾門。尾門打開過程的時序如圖15所示。電動尾門ECU通過尾門控制開關(guān)/按鈕及踢腳傳感器檢測到車主關(guān)閉尾門的請求后，鳴響電動尾門警告蜂鳴器0.8 s，閃爍危險警告燈2次，然后驅(qū)動電動尾門電動機以關(guān)閉尾門，然后驅(qū)動尾門門鎖電動機以結(jié)合鎖栓。

圖15 尾門打開過程的時序

該車電動尾門系統(tǒng)除了打開和關(guān)閉尾門的功能之外，還具有中止、防夾、記憶、輔助等功能。

（1）中止功能。若在電動尾門打開或關(guān)閉的過程中操作尾門控制開關(guān)/按鈕或執(zhí)行非接觸式踢腳操作，則電動尾門系統(tǒng)工作中止。

（2）防夾功能。在電動尾門關(guān)閉的過程中，若電動尾門ECU從觸摸式傳感器檢測到擠壓信號，或者從尾門電動機內(nèi)的霍爾集成電路檢測到尾門關(guān)閉速度過慢，則尾門會反向移動一段距離，然后電動尾門系統(tǒng)工作中止。若電動尾門ECU在電動尾門打開的過程中檢測到擠壓信號或尾門打開速度過慢，則電動尾門系統(tǒng)工作中止。

（3）記憶功能。將電動尾門中止在所需開啟角度后按住尾門內(nèi)部的尾門開關(guān)約1.7 s，電動警告蜂鳴器鳴響4次作為應(yīng)答，表明電動尾門ECU記憶該開啟角度。下次打開尾門時，尾門將停止在該設(shè)定角度。記憶設(shè)定角度后長按尾門內(nèi)部的尾門開關(guān)約7 s，記憶位置即初始化。

（4）輔助功能。沿關(guān)閉方向手動操作尾門時，電動尾門ECU會驅(qū)動尾門電動機以操作尾門直至其完全關(guān)閉。