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在湖南長(cháng)豐汽車(chē)制造股份有限公司一款新車(chē)型設計中,根據整車(chē)定義,電動(dòng)車(chē)窗在基礎車(chē)型的基礎上增加了離車(chē)自動(dòng)關(guān)窗功能和防夾功能｡同時(shí)要求在設計過(guò)程中盡可能使用基礎車(chē)型已有的零部件,這樣可以節省開(kāi)發(fā)時(shí)間,降低成本｡本文按這些要求對新車(chē)型電動(dòng)車(chē)窗控制電路進(jìn)行了設計,解決了新車(chē)型電動(dòng)車(chē)窗控制電路的設計問(wèn)題｡ 1.基礎車(chē)型電動(dòng)車(chē)窗控制電路 新車(chē)型設計時(shí),并不是什么都是從頭開(kāi)始,而是首先根據設計需求,選定一個(gè)基本車(chē)型作為參考,這樣可降低設計難度,使設計思路更加清晰｡新車(chē)型電動(dòng)車(chē)窗的設計也是參考基礎車(chē)型電動(dòng)車(chē)窗進(jìn)行的,因此,有必要先介紹一下基礎車(chē)型電動(dòng)車(chē)窗的功能及控制原理和方式｡ 基礎車(chē)型電動(dòng)車(chē)窗控制部分由電動(dòng)車(chē)窗主開(kāi)關(guān)､電動(dòng)車(chē)窗副開(kāi)關(guān)､電動(dòng)車(chē)窗電動(dòng)機､電動(dòng)車(chē)窗電動(dòng)機斷路器組成｡基礎車(chē)型電動(dòng)車(chē)窗線(xiàn)路圖見(jiàn)圖1｡ 圖1中,在點(diǎn)火開(kāi)關(guān)位于ON位置的狀態(tài)下,電動(dòng)車(chē)窗繼電器閉合,蓄電池電壓通過(guò)易熔線(xiàn)10給電動(dòng)車(chē)窗控制電路供電｡當按下電動(dòng)車(chē)窗?穴主或副?雪開(kāi)關(guān)(UP或DOWN)時(shí),電流通過(guò)⑧號熔斷器流到電動(dòng)車(chē)窗電動(dòng)機｡由此,電動(dòng)車(chē)窗電動(dòng)機獲得電能而旋轉,驅動(dòng)車(chē)窗玻璃上下移動(dòng),電動(dòng)車(chē)窗打開(kāi)或關(guān)閉｡ 當把電動(dòng)車(chē)窗開(kāi)關(guān)鎖按下(在OFF位置)時(shí),若操作開(kāi)關(guān),則除了駕駛員側的車(chē)窗外,其它電動(dòng)車(chē)窗電動(dòng)機都不工作｡ 基礎車(chē)型電動(dòng)車(chē)窗電動(dòng)機帶斷路器,以防止電動(dòng)機因過(guò)電流而造成損壞｡基礎車(chē)型電動(dòng)車(chē)窗開(kāi)關(guān)為1檔開(kāi)關(guān),電動(dòng)機不帶電子控制單元｡ 2.新車(chē)型電動(dòng)車(chē)窗控制部件功能及電路設計 為了實(shí)現新車(chē)型所要求的防夾功能和離車(chē)自動(dòng)關(guān)閉車(chē)窗等功能,新車(chē)型電動(dòng)車(chē)窗電動(dòng)機必須由電子控制單元來(lái)控制｡ 2.1.電動(dòng)車(chē)窗電子控制單元 電動(dòng)車(chē)窗電子控制單元原理見(jiàn)圖2｡電動(dòng)車(chē)窗的主要動(dòng)作為車(chē)窗的上升､下降和停止｡車(chē)窗的上升､下降和停止是通過(guò)控制電動(dòng)車(chē)窗電動(dòng)機M的電流方向或截斷電動(dòng)機的電流來(lái)實(shí)現的｡ 電動(dòng)車(chē)窗電動(dòng)機電流的方向或電流的停止是通過(guò)單片機的指令控制繼電器A和繼電器B的動(dòng)作達到的｡單片機指令是按控制開(kāi)關(guān)指令或車(chē)窗玻璃防夾力的大小或者是中控門(mén)鎖系統發(fā)出的自動(dòng)關(guān)閉所有車(chē)窗的信號發(fā)出的｡電壓調節器是將汽車(chē)12 V系統電壓調節到單片機所需要的5.5V工作電壓｡電子控制單元與電動(dòng)機集成在一起,每個(gè)車(chē)窗電動(dòng)機帶一個(gè)電子控制單元｡ 2.1.1.電子控制單元引腳定義(表1) 2.1.2.電子控制單元基本性能 工作溫度:-30~80 ℃;儲存溫度:-40~90 ℃;工作電壓:9~15 V;靜態(tài)電流:<300 μA(25 ℃)｡ 2.2.電動(dòng)車(chē)窗控制開(kāi)關(guān) 電動(dòng)車(chē)窗控制開(kāi)關(guān)可分為1檔車(chē)窗開(kāi)關(guān)和2檔車(chē)窗開(kāi)關(guān),它們各有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),可根據實(shí)際情況進(jìn)行選取｡ 2.2.1.1檔開(kāi)關(guān) 1檔車(chē)窗開(kāi)關(guān)有3個(gè)連接外部的引腳,分別與UP､DOWN和電源(+BAT)相接,如圖3檔位圖所示｡其中UP為上升端子,DOWN為下降端子,+BAT為電源正極｡當開(kāi)關(guān)向UP方向按下時(shí),UP端子輸入為高電平,當開(kāi)關(guān)脫離UP端子時(shí),UP端子變?yōu)榈碗娖?#65377;同樣,當開(kāi)關(guān)向DOWN方向按下時(shí),DOWN端子輸入為高電平,當開(kāi)關(guān)脫離DOWN端子時(shí),DOWN端子變?yōu)榈碗娖?圖4為1檔開(kāi)關(guān)信號圖｡ 當開(kāi)關(guān)向UP方向按下,t>300 ms時(shí),車(chē)窗手動(dòng)上升,t<300 ms時(shí),車(chē)窗自動(dòng)上升｡自動(dòng)上升過(guò)程中,如果按下電動(dòng)車(chē)窗上升開(kāi)關(guān)或下降開(kāi)關(guān),車(chē)窗將停止自動(dòng)上升｡ 當開(kāi)關(guān)向DOWN方向按下,t>300 ms時(shí),車(chē)窗手動(dòng)下降,t<300 ms時(shí),車(chē)窗自動(dòng)下降｡自動(dòng)下降過(guò)程中,如果按下電動(dòng)車(chē)窗上升開(kāi)關(guān)或下降開(kāi)關(guān),車(chē)窗將停止自動(dòng)下降｡ 2.2.2.2檔開(kāi)關(guān) 2檔開(kāi)關(guān)如圖5所示,無(wú)論向UP或DOWN方向,都有2個(gè)檔位｡例如,當開(kāi)關(guān)向著(zhù)UP方向按下時(shí),首先+BAT接觸UP觸點(diǎn),如果繼續向著(zhù)UP方向按下,則+BAT接觸UP和DOWN這2個(gè)觸點(diǎn)｡ a. 上升.開(kāi)關(guān)向著(zhù)UP方向按下時(shí),UP觸點(diǎn)首先觸發(fā)為高電平,如果繼續按鍵至第2檔位,則DOWN觸點(diǎn)也觸發(fā)成高電平｡這里t1為2檔觸點(diǎn)間的機械延時(shí),t1取決于開(kāi)關(guān)的機械結構,通常最小為5 ms｡t2為手松開(kāi)按鍵,第2檔和第1檔之間的延時(shí)｡ b. 手動(dòng)上升.如圖6所示,當UP為高電平時(shí),即為手動(dòng)提升｡當松開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí),如果t2>150 ms,則電動(dòng)機停止,車(chē)窗停止上升｡ c. 自動(dòng)上升.將電動(dòng)車(chē)窗開(kāi)關(guān)按至第2檔,則UP和DOWN都為高電平,在松開(kāi)按鍵時(shí),如果t2<150 ms,玻璃自動(dòng)上升｡在自動(dòng)上升過(guò)程中,如果按下電動(dòng)車(chē)窗上升鍵或下降鍵,則玻璃停止上升｡ d. 下降(車(chē)窗開(kāi)啟).開(kāi)關(guān)向著(zhù)DOWN方向按下時(shí),DOWN觸點(diǎn)首先觸發(fā)為高電平,如果繼續按鍵 至第2檔位,則UP觸點(diǎn)也觸發(fā)成高電平｡這里t1為2檔觸點(diǎn)間的機械延時(shí),t1取決于開(kāi)關(guān)的機械結構,通常最小為5 ms｡t2為手松開(kāi)按鍵,第2檔和第1檔之間的延時(shí)｡ e. 手動(dòng)下降.如圖7所示,當DOWN為高電平時(shí),即為手動(dòng)下降｡當松開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí),如果t2>150 ms,則電動(dòng)機停止,車(chē)窗停止下降｡ f. 自動(dòng)下降.將電動(dòng)車(chē)窗開(kāi)關(guān)按至第2檔,則DOWN和UP都為高電平,在松開(kāi)按鍵時(shí),如果t2<150 ms,玻璃自動(dòng)下降｡在自動(dòng)下降過(guò)程中,如果按下電動(dòng)車(chē)窗上升鍵或下降鍵,則玻璃停止下降｡ 從上面的分析可知,1檔開(kāi)關(guān)和2檔開(kāi)關(guān)都能實(shí)現電動(dòng)車(chē)窗玻璃的升降功能,但它們在實(shí)現升降功能時(shí)技術(shù)上是有區別的｡ 1檔開(kāi)關(guān)升降和停止響應時(shí)間比2檔開(kāi)關(guān)長(cháng),電動(dòng)機電子控制單元控制軟件1檔開(kāi)關(guān)也較2檔開(kāi)關(guān)復雜｡ 2檔開(kāi)關(guān)上升､下降和停止均有2次信號輸入,信號容易識別;1檔開(kāi)關(guān)上升､下降和停止只有1次信號輸入,輸入信號識別較困難｡但1檔開(kāi)關(guān)較2檔開(kāi)關(guān)結構簡(jiǎn)單,成本低,現有基礎車(chē)型使用的是1檔開(kāi)關(guān),因此,新車(chē)型決定使用基礎車(chē)型已經(jīng)批量使用的1檔開(kāi)關(guān),這樣可以節省開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本｡為了解決1檔開(kāi)關(guān)輸入信號識別相對困難的問(wèn)題,電子控制單元軟件對輸入信號的上升沿和下降沿有40 ms的防顫抖時(shí)間｡ 2.3.集控提升 電子控制單元集控提升管腳得到低電平信號,全部車(chē)窗會(huì )關(guān)閉,直到車(chē)窗完全關(guān)閉｡集控提升信號來(lái)自中控門(mén)鎖系統｡在點(diǎn)火開(kāi)關(guān)斷開(kāi),中控門(mén)鎖電子控制單元得到來(lái)自遙控器或門(mén)鎖關(guān)閉信號的同時(shí),中控門(mén)鎖電子控制單元輸出低電平(<500mV)信號給電動(dòng)車(chē)窗控制單元集控提升管腳,電動(dòng)車(chē)窗電子控制單元將控制全部車(chē)窗完全關(guān)閉｡ 2.4.新車(chē)型電動(dòng)車(chē)窗控制電路 采用與基礎車(chē)型相同的電動(dòng)車(chē)窗主控開(kāi)關(guān)和副開(kāi)關(guān),帶電動(dòng)機電子控制單元,具有集控提升的新車(chē)型電路如圖8所示｡ 新車(chē)型電動(dòng)車(chē)窗控制電路(圖8)看起來(lái)和基礎車(chē)型控制電路圖(圖1)相似,但控制原理和方式完全不一樣｡新車(chē)型控制電路取消電動(dòng)車(chē)窗繼電器,主要是車(chē)窗集控提升功能的需要｡按基礎車(chē)型控制電路,在點(diǎn)火開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后,整個(gè)控制電路將不再有電源,新車(chē)型還用這種方式的話(huà),電動(dòng)車(chē)窗電子控制單元沒(méi)有電源將不工作,也就不能實(shí)現在中控門(mén)鎖電子控制單元發(fā)出集控提升信號后自動(dòng)關(guān)閉所有車(chē)窗｡ 因此,新車(chē)型控制電路改為由蓄電池經(jīng)熔斷器給電動(dòng)車(chē)窗電子控制單元直接供電,解決了車(chē)窗集控提升問(wèn)題｡ 電動(dòng)車(chē)窗主開(kāi)關(guān)和副開(kāi)關(guān)電源由點(diǎn)火開(kāi)關(guān)控制,只有點(diǎn)火開(kāi)關(guān)接通總電源后,電動(dòng)車(chē)窗主開(kāi)關(guān)和副開(kāi)關(guān)才有電源,這樣設計,是考慮到安全和電源損耗問(wèn)題｡汽車(chē)電路設計有一個(gè)基本原則,就是在人員離開(kāi)汽車(chē)､點(diǎn)火開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后,整車(chē)電器不需要帶電的,電源都要斷開(kāi)｡由于集控提升需要,電動(dòng)車(chē)窗電子控制單元在點(diǎn)火開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后需要電源,因此,電動(dòng)車(chē)窗電子控制單元設計時(shí),靜態(tài)電流設計得很小,2.1.2章有介紹,25 ℃時(shí)小于300 μA｡ 新車(chē)型電動(dòng)車(chē)窗主開(kāi)關(guān)和副開(kāi)關(guān)的電源由點(diǎn)火開(kāi)關(guān)直接控制,是因為新車(chē)型電動(dòng)車(chē)窗帶有電子控制單元,車(chē)窗上升(UP)和下降(DOWN)開(kāi)關(guān)控制的是車(chē)窗上升和下降的指令信號,電流為mA級｡基礎車(chē)型控制電路帶電動(dòng)車(chē)窗繼電器,由經(jīng)過(guò)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)的小電流來(lái)控制流經(jīng)電動(dòng)車(chē)窗主開(kāi)關(guān)和副開(kāi)關(guān)的電流,是因為流經(jīng)電動(dòng)車(chē)窗主開(kāi)關(guān)和副開(kāi)關(guān)的電流是直接驅動(dòng)電動(dòng)車(chē)窗電動(dòng)機的大電流,點(diǎn)火開(kāi)關(guān)不能直接承受這樣的大電流,所以通過(guò)繼電器來(lái)控制流經(jīng)電動(dòng)車(chē)窗主開(kāi)關(guān)､副開(kāi)關(guān)和電動(dòng)機的大電流｡ 新車(chē)型由于從開(kāi)關(guān)到電動(dòng)車(chē)窗電子控制單元的是小電流指令信號,所以相關(guān)導線(xiàn)就不需要基礎車(chē)型那么大了,新車(chē)型設計為1 mm2導線(xiàn),基礎車(chē)型為2mm2導線(xiàn)｡由于新車(chē)型電動(dòng)車(chē)窗主開(kāi)關(guān)和副開(kāi)關(guān)控制的是小電流指令信號,而基礎車(chē)型電動(dòng)車(chē)窗主開(kāi)關(guān)和副開(kāi)關(guān)控制的是大的工作電流,所以新車(chē)型電動(dòng)車(chē)窗主開(kāi)關(guān)和副開(kāi)關(guān)故障率很低,壽命長(cháng)｡ 新車(chē)型電動(dòng)車(chē)窗開(kāi)關(guān)鎖采用和基礎車(chē)型同樣的開(kāi)關(guān)｡正常狀態(tài)下為接通(ON)狀態(tài),開(kāi)關(guān)鎖按下去后,開(kāi)關(guān)鎖處于斷開(kāi)(OFF)狀態(tài)｡在開(kāi)關(guān)鎖處于接通狀態(tài)時(shí),電動(dòng)車(chē)窗主開(kāi)關(guān)能控制前､后､左､右4個(gè)車(chē)窗工作,電動(dòng)車(chē)窗副開(kāi)關(guān)能控制自己側車(chē)窗工作｡基礎車(chē)型電動(dòng)車(chē)窗在開(kāi)關(guān)鎖處于斷開(kāi)狀態(tài)下,只有駕駛員側開(kāi)關(guān)(左)能控制駕駛員側車(chē)窗升降外,其它車(chē)窗都不能工作｡新車(chē)型控制電路,在開(kāi)關(guān)鎖處于斷開(kāi)狀態(tài)下,駕駛員側主開(kāi)關(guān)能控制前､后､左､右4個(gè)車(chē)窗工作,而副開(kāi)關(guān)則不起作用｡ 3.新車(chē)型電動(dòng)車(chē)窗主要技術(shù)參數和功能 新車(chē)型電動(dòng)車(chē)窗除了上面所介紹的上升､下降､集控提升(離車(chē)關(guān)閉)等功能外,還有以下功能｡ 3.1.防夾功能 3.1.1.防夾功能工作條件 初始化后,手動(dòng)和自動(dòng)上升時(shí)都有防夾功能,而且防夾的次數不受限制｡ 3.1.2. 防夾區間 從上密封條下沿4 mm往下,>200 mm,<370 mm區間為防夾區間,如圖9所示｡ 3.1.3.防夾力 在室溫(22±5)℃､80 mΩ的線(xiàn)間電阻､14.5 V的工作電壓,以10 N/mm的測量?jì)x測量時(shí),玻璃上升的防夾力<100 N｡ 3.1.4.防夾反轉距離 在玻璃手動(dòng)或自動(dòng)上升時(shí),一旦受到大于防夾力的阻礙作用,就立即停止上升,并使電動(dòng)機反轉,反轉距離為125 mm｡ 3.2.省電模式 在輸入信號消失120 ms后,且電動(dòng)機溫度接近室溫25 ℃時(shí),該系統自動(dòng)進(jìn)入省電模式,此時(shí)模塊的靜態(tài)電流<300 μA｡當電動(dòng)機控制單元一旦得到輸入指令就被喚醒了｡ 3.3.軟停止功能 為了防止玻璃上升到頂或下降到底時(shí),電動(dòng)機受到?jīng)_擊堵轉而降低電動(dòng)車(chē)窗機械的使用壽命,需要有軟停止功能,并且手動(dòng)或自動(dòng)上升､下降時(shí)都有此功能｡ 3.3.1.上升軟停止 當玻璃上升快到頂部時(shí),即在上升軟停止點(diǎn)時(shí),會(huì )切斷電動(dòng)機的電源使其停止工作,同時(shí)通過(guò)電動(dòng)機的慣性使玻璃上升到頂｡此上升軟停止點(diǎn)為上極限位置下約2 mm處｡ 3.3.2.下降軟停止 當玻璃下降快到底部時(shí),即在下降軟停止點(diǎn)時(shí),會(huì )切斷電動(dòng)機的電源使其停止工作,同時(shí)通過(guò)玻璃下降的慣性使玻璃下降到底｡此下降軟停止點(diǎn)為下極限位置上約12 mm處｡ 3.4.克服阻礙功能 在玻璃上升過(guò)程中,如果玻璃還沒(méi)到達上升軟停止位置,因遇到障礙而無(wú)法正常上升時(shí),則在玻璃停止運動(dòng)后的2 s內,按下降開(kāi)關(guān)鍵使玻璃運行到下降軟停止位置,然后再在2 s內按上升開(kāi)關(guān)鍵使玻璃運行,則可克服障礙使玻璃正常運行｡此上升過(guò)程中,沒(méi)有防夾功能｡ 3.5.電動(dòng)機保護功能 對電動(dòng)機采取保護措施,可以明顯提高電動(dòng)機和整個(gè)電動(dòng)車(chē)窗系統的使用壽命｡ 3.5.1.電動(dòng)機堵轉保護 在電動(dòng)機堵轉的250 ms內,控制單元會(huì )切斷電動(dòng)機電源,使電動(dòng)機停止工作｡ 3.5.2.電動(dòng)機溫度保護 在控制單元接通電源后,如果沒(méi)有進(jìn)行初始化,則電動(dòng)機的初始溫度定為80 ℃;如果進(jìn)行過(guò)初始化,則電動(dòng)機初始溫度定為160 ℃｡ 正常情況下,如果電動(dòng)機溫度達到170 ℃,則輸入的指令無(wú)效,一旦電動(dòng)機溫度降低后就恢復功能;如果電動(dòng)機溫度到190 ℃,則立即停止電動(dòng)機的工作,一旦電動(dòng)機溫度降低后就恢復功能｡ 3.6.自診斷保護功能 為保證系統的可靠性,同時(shí)提高系統的平均無(wú)故障時(shí)間,采用了自診斷保護措施:如果電源電壓超過(guò)16 V±0.5 V,則電子模塊關(guān)閉自動(dòng)上升功能｡ 3.6.1.開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)粘連 當檢測到開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)有長(cháng)達10 s的粘連后,則不再接收輸入指令;如果之后檢測到開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)又斷開(kāi)了,則恢復正常功能｡ 3.6.2.繼電器觸點(diǎn)粘連 如果電動(dòng)機發(fā)生堵轉,在發(fā)出斷開(kāi)指令后仍然檢測到繼電器接通,則判斷繼電器觸點(diǎn)發(fā)生了粘連,于是發(fā)出指令使另一個(gè)繼電器也接通,來(lái)切斷電動(dòng)機電源｡同時(shí)不再接收輸入指令,直到再次檢測到繼電器觸點(diǎn)已釋放才恢復正常｡ 3.6.3.霍爾元件保護 如果霍爾元件發(fā)生故障,控制單元就接收不到霍爾元件的信號,則控制單元回到基本初始化前的狀態(tài),即上升時(shí)最多只能上升45 mm的距離,同時(shí)不具有防夾功能｡ 3.7.系統環(huán)境自適應功能 由于系統在進(jìn)行了長(cháng)時(shí)間運行后,會(huì )發(fā)生膠條老化､鋼絲變長(cháng)和安裝定位的松動(dòng)等情況,以及當環(huán)境溫度發(fā)生變化導致摩擦力變化時(shí),系統會(huì )利用自適應功能保證系統可靠､安全地工作｡系統在任何時(shí)候都不會(huì )丟失數據,即使是在突然斷電導致電動(dòng)機停止運行時(shí),當恢復供電后,玻璃會(huì )自動(dòng)下降到底｡同時(shí)恢復了自動(dòng)功能和防夾功能｡ 4.結束語(yǔ) 本文所設計的新車(chē)型電動(dòng)車(chē)窗控制電路在筆者公司與國外聯(lián)合設計的新車(chē)型樣車(chē)上得到了應用,電動(dòng)車(chē)窗能完全按本設計要求工作,功能正常,滿(mǎn)足本文所介紹的所有功能｡不久將投入批量生產(chǎn)｡ |
