汽车电动车窗升降系统设计

王正勤 （安徽商贸职业技术学院电信系，安徽 芜湖241002）

周定华 （奇瑞汽车有限公司，安徽 芜湖241002）

随着汽车走入普通家庭，成为生活出行常用工具，汽车电子设备的舒适性、安全性和个性化需求越来越受到购车者的关注。其中车窗升降的控制模式是各种汽车产品的一个突出卖点。目前，汽车车窗升降的控制已经由机械手摇控制被电动控制所代替，从而提高了汽车的便捷性和可操控性，然而由于缺乏人性化的电动式车窗升降控制，由此可能会对乘客（如儿童）造成伤害。鉴于此，笔者设计了一种汽车电动车窗升降系统❶安徽商贸职业技术学院自然科学研究项目（2014KYZ02）。。

1 系统结构与工作机理

电动车窗升降系统的结构主要由控制器、电机、柔性连接器、钢缆滚筒、窗滑道和滑轮等组成（见图1）。

车窗电动升降电机工作时，通过获取感应线圈上的电压变化信号并对该信号进行处理转换成数字信号来准确判断电机工作状态，如堵转、正常上升、下降等工况，将上述工况下的电机线圈上的电压变化处理成相应的数字信号，并由控制器根据防夹工况需要对电动机进行相应控制，最终实现汽车车窗防夹功能［1］。

图1 电动车窗升降系统结构图

2 系统主要模块设计

电动车窗升降系统主要由控制模块、电源模块、电机驱动模块、防夹测控模块等部分构成。

2.1 控制模块

电动车窗升降系统使用μc68HC908AB32系列微处理器，其内部具有EEPROM、看门狗电路、模数转换器、稳压器、输入／出、低压中断电路CAN／LIN总线控制器等模块，通过设置处理器中的LIN通信电路实现了车身与其他门模块的通信。控制模块由复位电路、晶振电路、电源电路，升降系统驱动电路、按键检测电路、纹波信号检测电路、LIN通信电路、按键检测电路、纹波信号检测电路、8个通道升降开关输入、门开关状态输入、电源管理模块、诊断接口、报警接口和电流放大电路等组成（见图2）。

2.2 电源模块

汽车内部使用5、12V2种电源，以便为各种电子设备仪器供电，但由于输出不稳定，影响供电效果，因而在实际使用中需按额定供电输出，为此在设计电源模块时要将其输出的电压进行稳压处理。具体来说，可以在设计电源电路时采用稳压电源电路芯片LM2576（见图3）。电路稳压电源芯片LM2576停止输出时，电路中的电感L1会立刻放电，其放电过程能够为整个电路供电，此时由于稳压二极管1N4001是回路中的一部分，而且可以承受很大电流，所以稳压二极管1N4001可以起到反向保护的作用。电容C6和C7为电解电容，其作用是滤除高低频干扰。总体而言，该电源模块可以有效抵抗来自自身及外界的干扰，使输出的电压稳定有效。

图2 控制模块框图

2.3 电机驱动模块

设计合理有效的电机驱动模块，其目的是调节步进电动机程序的启动频率。步进电动机与一般电动机的工作方式有异，即步进电动机采用脉冲控制方式工作，只有按照一定规律对各相绕组轮流通电，步进电动机才能实现转动。目前国内外采用的步进电动机分为3相、4相、5相和6相等，工作方式有单n拍、双n拍、3n拍等。研究表明，电动机的相数越多，其工作方式就越多［2］。为此，采用3相6拍步进电动机控制模式（见表1）。

图3 电源模块电路图

电动车窗电机一般为工作电流不大于15A、堵转电流不大于28A的永磁直流电机，其供电电源电压一般采用11～15V。由于使用该类电动机常常需要满足控制冲击电流正反相的要求，因而在设计中对车窗电动机功率要求较大。为此，车窗电动机驱动电路采用MC33486智能功率芯片，该芯片的功能主要是采集电机电流信号并传送至微控制器，利用微控制器芯片中自带的A／D转换器将电机电流信号转化为数字信号，并通过数字信号达到双向控制车窗电动机以实现车窗防夹的目的。电机驱动模块电路图如图4所示。

表1 3相6拍步进电动机控制模式

2.4 防夹测控模块

防夹测控模块基于LIN总线系统，即4个车门控制器在一个LIN网络内工作，其中驾驶员所在的车门是主控制结点，其余车门是从结点，这样可以实现主控节点对从节点车门的分布式测控。为此选用Motorola公司8位汽车级通用芯片，该芯片可以直接通过汽车电池供电。此外，该芯片还集成了LIN物理层芯片以应用于防夹电动车窗升降系统［3］。防夹测控模块示意图如图5所示。

图4 电机驱动模块电路图

3 电机电流纹波特性分析

电机工作时产生电流纹波特性对系统工作状态影响较大。如果电流纹波变化的上升沿和下降沿过于突变，谐波也不稳定，这样的电机纹波很难通过对其提取和数字化，难以用于判断电机工作状况，如上升或下降、堵转等状态，因而在设计时要避免选择产生不稳定电流谐波的电机。而产生稳定电流谐波的电机工作时，电流纹波变化的上升沿和下降沿具有明显区别，易于数字化处理和判断电机工作状况，如上升或下降、堵转等状态。因此，在设计时应选择产生稳定电流谐波的电机。

图5 防夹测控模块示意图

4 结语

针对车窗升降时因误触发造成的安全隐患，对汽车电动车窗防夹技术进行了研究，通过检测系统电机电流波形变化结合防夹测控模块系统实现防夹功能。该技术方案在不改动传统车门生产工艺的基础上，降低了生产成本，同时便于企业的生产改造与技术推广。今后，对汽车电动车窗防夹力的精确控制以及对异常脉冲的分析和去除误操作的诊断，还需要进一步研究并加以完善。

［1］ 马伟泽，张申科，汪宏杰 .采用霍尔传感器的汽车电动车窗防夹设计 ［J］.汽车工程，2008，30（12）：1122－1124.

［2］ 刘晓明，邵亚辉，吴浩威，等 .无传感器汽车车窗防夹设计 ［J］.微电机，2007（4）：48－50.

［3］ 王旭芳，郑太雄，程安宇，等 .基于CAN／LIN总线的车门控制系统开发 ［J］.汽车技术，2008（1）：42－46.