一种新型防夹天窗的设计

崔光宇，郭兴龙，刘牧之

（长城汽车股份有限公司技术中心 河北省汽车工程技术研究中心，河北 保定 071000）

在汽车行业高度发展的今天，天窗是当代汽车中很重要的一项配置，目前已经由中高档私家车延伸到低档车上，它的功能自然不必多说了——通风、换气、采光［1］。对不少人而言，沐浴着阳光驾车时或许能令心情更为明朗，这便是天窗带来的附加作用。天窗在给人们生活带来舒适感的同时所存在的问题也就暴露出来了，如我们经常在各种媒体上看到的天窗夹人、天窗关闭不严等问题。为了保证人们的财产或者生命安全，成为一个急需解决的问题。本文结合笔者多年的汽车电子工作经验设计出了一款新型的防夹天窗电路，并在某合资品牌车辆上得以推广。

1 防夹天窗的硬件电路结构

该款汽车防夹天窗的硬件结构在设计时，主要解决了以下问题：①采用了双通道PNP三极管将天窗的开、关以及向上倾斜、向下倾斜信号传递给天窗电动机驱动芯片，来实现对天窗电动机的双向控制。②通过霍尔元件A3280来实现对天窗位置的监控并以LIN报文的形式反馈给BCM（车身控制模块），同时BCM将车速信号发送给天窗电动机控制单片机，来禁止在车辆高速行驶时打开天窗。③当天窗电动机堵转时，电动机驱动器会反馈电流信号给主控制器，同时主控制器发送信号给天窗电动机驱动芯片，使天窗退回。天窗硬件结构框图如图1所示。

1）微控制器 控制器硬件电路采用ST公司生产的8位汽车专用STM8AF5189微控制器作为主芯片，能够进行LIN信号及模拟信号的获取及通信［2］。主要特点有：具有CAN通信接口，可直接与CAN总线驱动器连接，进入CAN网络；具有LIN UART接口，可以实现LIN的主／从工作模式并能够实现自动重同步；IIC接口，与存储器直接连接进行数据的修正以及数据的存储；SPI总线接口可以使得与控制芯片的交互速率达到10Mbit／s；正常工作温度可以达到150℃，满足车辆需求。STM8AF5189的管脚图如图2所示。

2）开关检测 本设计开关检测部分主要采用一个5引脚的双PNP三极管，天窗关闭和打开为一组，天窗的上倾斜和下倾斜为一组，天窗开关电路如图3所示。当按下开关A时，A端搭铁，R1端电压变化，U1处的PNP导通，导致B端的信号变化，将B端信号发送给主控制器，微控制器接收到电压变化信号后发送驱动指令给电动机驱动器，从而使天窗运动。

3）电动机驱动 本文用到的电动机驱动主要采用的是ST VNH3ASP30汽车专用双向电动机驱动器，其主要特点在于：①最大输出电流可以达到40A，满足天窗电动机工作电流要求；②具有低压和过压保护的特性；③具有线性电流控制；④具有热保护功能，多次重复操作以后将会自动停止工作，进入热保护状态，等待30min后恢复工作；⑤具有电流信息反馈功能，可以将电流过大信息反馈给微控制器，如图4所示。

当按下开关的时候，微控制器发送电动机驱动信号给INA或者INB。当发送驱动信号给INA时，OUTA输出为高，OUTB此时就为低，假设此时电动机正转；当发送驱动信号给INB时，OUTB输出为高，OUTA为低，此时电动机反转。当电动机堵转时，OUTA和OUTB之间的电流瞬间增大，此时通过CS引脚将电流变化信号发送出来，通过RH8和RH9的分压可以在微控制器上检测到电压变化，微控制器发出指令将天窗电动机退回初始位置，并通过LIN信号将这一消息发送给BCM，让BCM做出反应［3］。

4）电动机检测 这里用到的是A3280霍尔元件。该元件的作用是通过检测天窗的运动，主微控制器根据天窗电动机运动的信息发送信号给PG7引脚，然后PG7引脚通过霍尔元件A3280来调节PD4的电压信号，并将天窗的实际位置发送给微控制器，微控制器将信号转换成LIN信号，并将信号发给BCM，其原理如图5所示。

2 系统软件设计

软件是系统功能实现的关键。本系统软件主要是由LIN通信协议程序和数据处理程序组成。LIN通信协议程序主要负责与BCM的交互［4］，通过接收BCM发出的车速信号来判断当前条件下是否可以开启天窗，同时向BCM发送天窗的当前位置以及天窗被堵转后的信息警告［5］。软件实现流程如图6所示。

3 结束语

本文通过对汽车天窗电动机控制电路的进一步创新，通过增加如位置检测、堵转检测等模块的办法使得天窗电动机具有防夹功能，并实现了天窗电动机和车身控制模块 （BCM）通过LIN信号进行交互。目前来看，LIN通信时满足客户需求。同时本产品采用的微主控制器由于具有CAN控制器模块，所以可以在原有的基础上增加CAN模块，以满足客户的更高需求［6］。

［1］ 陈光前.汽车电子技术的发展及其在我国的应用［J］.汽车与配件，2009（22）：22-25.

［2］ 李业德.基于单片机的汽车制动性能检测仪的设计［J］.微计算机信息，2007，23（20）：239-240.

［3］ 朱则刚.现代汽车的电子控制［J］.汽车工程师，2009（1）：49-54.

［4］ 刘晓岩.汽车电子应用中的线控技术［J］.中国科技信息，2009（6）：131，134.

［5］ 李全利，迟荣强.单片机原理及接口技术 ［M］.北京：高等教育出版社，2005.

［6］ 庄彦霞.汽车电子技术的应用与发展趋势浅析［J］.农业装备与车辆工程，2009（2）：50-52.