关于汽车电动玻璃升降器的设计与开发探讨

邓亚鹏 王奎 金有宽

摘 要：当前中国市场中，低档汽车并未配备智能闭窗功能，以至于在驾驶人离开汽车关闭车门后，忘记关闭车窗的情况还屡有出现。电动车窗业已被普及使用于汽车制造领域，本文通过论述电动玻璃升降器的结构与种类，并解读电动玻璃升降器的工作原理与防夹功能，希望为广大汽车设计人员提供一定的参考。

关键词：汽车;电动玻璃升降器;设计与开发;电路研究

1980年以后，汽车发展开始向自动化、智能化方向发展。截止到目前，消费者对汽车已有的传统的简易的功能已经不再满足，对汽车的舒适性、智能化提出了更高的要求。目前，为了满足消费者对汽车品质的需求，传统汽车开始向智能化方向发展。通过增加玻璃升降控制模块，可以增加防夹功能、升降调速功能、一键升/降窗功能、自动关窗功能等，极大提升了操作方便性和安全性。

1 电动玻璃升降器种类

目前市场上常用的玻璃升降器主要有两种：绳轮式玻璃升降器和叉臂式玻璃升降器。一般而言，绳轮式玻璃升降器（如图1）可用于各种圆弧玻璃的车型中，但是由于安装空间要求较大，目前主要用于玻璃圆弧较小的中高档轿车和高档面包车中：叉臂式玻璃升降器（如图2）主要用于玻璃圆弧较大的载货汽车、面包车及中低档轿车中。叉臂式玻璃升降器结构简单、安装布置方便，但噪声大，易发生玻璃卡滞等问题。绳轮式升降器工作相对平稳，噪声低，所以目前汽车市场普遍采用绳轮式玻璃升降器。

2 电动玻璃升降器的工作原理

绳轮式玻璃升降器工作原理为电机带动卷丝筒转动，卷丝筒带动钢丝绳运动，钢丝绳带动玻璃托架沿玻璃导轨上下运动，实现玻璃的升降运动。叉臂式升降器工作原理为电机带动齿板与主臂转动，使主臂围绕旋转中心旋转，带动玻璃托架上下运动，进而实现玻璃的升降运动。电动玻璃升降器的控制由BCM完成，开关输出升/降信号至BCM，BCM接通电机电源驱动电机完成正反旋转，实现玻璃升降运动。

3 玻璃升降器电机设计与开发

玻璃升降器电机包含永磁直流电机与双绕组串激电机两类，永磁性直流电机通过改变电枢的电流方向来变更电机旋转方向实现玻璃升降。双绕组串激式直流电机由两大绕向相反的磁场绕组，上升与下落绕组，在为相异绕组通电阶段，会形成相异方向的磁场，电动机的方向会出现差异，进而实现玻璃的升降运动。永磁性直流电机联通启火装置后，电动车窗继电设备缆线形成电能，其触点关闭，联通电动车窗管控电路，电动车窗就能够随时待命。各车窗电动设备电路都设置了热敏开闭合器，如果车窗全部关闭、完全开启或因为车门玻璃凝冰、卡滞等引发玻璃无法正常升降，电路电流会随之增加，让热敏开闭合器预热并自动开启车窗，预防电流过载烧坏电机的情况发生。

4 防夹功能设计

当代的玻璃升降系统通常在四门都会预设防夹功能，保证驾乘人员的安全，玻璃升降防夹模块电路通常包含电源管控电路、电流测试电路、电动设备驱动电路、霍尔讯号处置电路、CAN或LIN總线通讯电路与CPU电路。为了实现防夹功能，车窗控制模块能够完成下列事项：可以精准预判是不是有杂物阻挡;遇到杂物后需要精准地预判玻璃在上升或是下落。假如车窗管控模块预判玻璃在上升时遇到杂物阻挡，控制模块会控制电机反转一段间距后停止。

防夹模块透过CAN或LIN总线与车体管控设备BCM通讯，通常防夹模块是从节点，通过与BCM通讯完成网络排查与故障码储存等工作。控制体系硬件通常由微处理设备、霍尔传感设备、固体继电设备、直流电动设备与开关组构成。对电动车窗防夹系统来讲，防夹成功与否其实是要看能不能测试出玻璃的位置与防夹力度。因为售价成本与车门样式设计的约束，在各行业普及推广的红外、力学传感等科技在汽车电动车窗上完成防夹功能的难度极大。当前，核心的防夹设计通常使用霍尔防夹和纹波防夹。防夹模块通过计算霍尔信号和纹波信号的数量判断玻璃的运行状态，进而实现防夹功能。纹波防夹相对霍尔防夹成本低很多，但纹波防夹对门系统精度要求较高，且技术相对不是很成熟，只有在部分合资品牌和少量国产品牌车型应用。随着汽车制造精度的提高以及纹波防夹技术的不断完善，未来纹波防夹将会大规模应用。

防夹软件的设计通常包含初始化程序与测控程序。初始化程序会完成对所有模块工作状况的预设（包含I/O端口、定时设备与按键中断模块、EEPROM模块等）。测控程序是运用微控制设备对录入的讯号实施解读与解析，依照命令启动或关闭电动设备。

5 结束语

综上所述，电动车窗系统是极为繁杂的系统，设计与研发阶段要权衡的元素很多，周边环境的变更会影响其正常运行。国际上，电动车窗系统的研发已经经历了几十年，其技术相对来说较为先进，然而我国汽车电子化程度与国外存在一定差距，技术上依然有难点，怎样研究与设计，是未来的重要命题。

参考文献：

[1]宋敏.基于霍尔传感器的电动汽车电动车窗防夹控制算法实验研究[J].国外电子测量技术，2019，38（07）：112-116.

[2]汽车照明意大利独资股份有限公司.用于机动车辆中的滑动车窗的自动运动的设备（特别是电动车窗设备）的防夹方法，以及相应的装置：CN201880012999.8[P].2019-10-15.

[3]张军.基于CAN总线技术的轿车车窗智能控制系统的方案设计[J].时代汽车，2019（06）：102-103.

[4]方瑞莲，苏通，左明方等.浅谈轿车电动车窗系统的改进——感应式辅助关窗系统[J].科技资讯，2018（06）：87-88.

[5]东方久乐汽车电子（上海）股份有限公司.基于电流采样的汽车电动车窗防夹控制系统的软停止控制方法：CN201810097667.6[P].2018-07-31.