李仁明

（湖北省齊星汽車車身股份有限公司技術(shù)中心，湖北 隨州 441300）

現(xiàn)在汽車電動車窗電機(jī)采用的都是永磁式直流電機(jī)，該電機(jī)具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)。電動車窗現(xiàn)在基本上已是汽車上的標(biāo)準(zhǔn)部件，其結(jié)構(gòu)、控制方式多種多樣，本文對其控制電路原理作簡要介紹。

1 傳統(tǒng)電動車窗電氣原理

汽車上的車窗玻璃升降器最初為機(jī)械式，通過手動搖窗把手驅(qū)動升降器來進(jìn)行車窗玻璃升降，為了安全，駕駛員側(cè)車窗升降時需要在停車時進(jìn)行。后來為了方便、安全，已逐步改為電動車窗，通過操縱車窗升降開關(guān)來控制玻璃升降。傳統(tǒng)的電動車窗電氣原理圖見圖1。按下車窗升降開關(guān)時，電機(jī)電流需要通過車窗開關(guān)觸點(diǎn)，在升降器升到頂或下降到底若未及時松開開關(guān)時，電機(jī)堵轉(zhuǎn)，通過升降開關(guān)的電流突然猛增，會導(dǎo)致開關(guān)的提前損毀、開關(guān)故障率較高，甚至升降器齒盤切齒。

圖1 傳統(tǒng)電動車窗電氣原理圖

2 增加下行程開關(guān)

針對圖1的缺點(diǎn)，對該電路進(jìn)行了改進(jìn)，見圖2。因車窗玻璃上升到頂時，駕駛員一般會注意到，但車窗玻璃是否已下降到底了，駕駛員一般不容易判斷，因此，在升降器 (叉臂式)導(dǎo)軌上安裝了一個行程開關(guān)，當(dāng)升降器降到底時，將該行程開關(guān)頂開，立即斷開開關(guān)和電機(jī)電流。因此，升降器開關(guān)的故障率立即下降了很多。為什么只增加了下行程開關(guān)而未增加上行程開關(guān)呢？因上行程開關(guān)對位置很敏感，若位置稍有偏差，過低會導(dǎo)致車門玻璃升不到位，駕駛員會抱怨；過高又失去了作用，反而增加了一個故障點(diǎn)，且當(dāng)車窗玻璃上升到車門頂部時，駕駛員一般會注意到；但裝下行程開關(guān)就不同了，可將該開關(guān)設(shè)置到較升降器降到底端稍偏上一點(diǎn)的位置，雖然車門還未降到底，但駕駛員也沒什么感覺，不會提出異議。經(jīng)過耐久性試驗(yàn)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求后，我公司使用該原理的車曾批量生產(chǎn)數(shù)年。

圖2 增加下行程開關(guān)的電動車窗電氣原理圖

3 增加電流保護(hù)器

增加下行程開關(guān)的電動車窗的車經(jīng)過一段時間的使用，偶爾有用戶反饋升降器不工作，但有時車輛振動后，升降器又能動了。經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)因電機(jī)電流也通過下行程開關(guān)，升降器上升到頂時還是存在堵轉(zhuǎn)，電流較大，使用一段時間后該開關(guān)觸點(diǎn)燒蝕，造成接觸不良。同時，升降器開關(guān)故障率雖然下降很多，但還是有反饋。為減少用戶抱怨，對該電路又進(jìn)行了一次改進(jìn)，取消了行程開關(guān)，增加一個電流保護(hù)器，見圖3。

圖3 增加電流保護(hù)器的電動車窗電氣原理圖

這個電流保護(hù)器對通過電動車窗的最大電流進(jìn)行了限制，正常24 V升降器上升電流約為3.5 A左右，下降時更低，將此保護(hù)電流設(shè)為7 A，可保證升降器正常升降，但在堵轉(zhuǎn)時又可斷開電路電流，對開關(guān)起到保護(hù)作用。若生產(chǎn)時，因車門變形、升降器未裝好等問題，電動車窗玻璃就會升不到頂，電流保護(hù)器能及時發(fā)現(xiàn)、控制。因此我公司一直使用到現(xiàn)在，效果較好。

4 12 V車系電流保護(hù)器控制

圖3電路雖然使用效果總的來說較好，但是車窗升降開關(guān)仍偶爾反饋有損壞的。圖3電路主要用在24 V系統(tǒng)的重型商用車和特種車上。后來開發(fā)12 V輕型商用車和電動車時，因其電流為24 V系統(tǒng)的2倍，開關(guān)更容易損壞。為了保證產(chǎn)品品質(zhì)，又針對性開發(fā)了一款改進(jìn)型的12 V電流控制器，升降器電氣原理圖見圖4，該方案中車窗升降開關(guān)只提供控制信號，電機(jī)電流只流過電流控制器，而不再經(jīng)過開關(guān)；同時，電流控制器也對電機(jī)電流進(jìn)行檢測、過載保護(hù)。經(jīng)批量使用，該升降器系統(tǒng)幾乎沒有故障反饋。但因方案需要2個電流控制器，成本較高，因此僅在12 V車型上使用。上述圖3、圖4中的電流控制器限于當(dāng)時成本，都是采用分離電子元件、繼電器來進(jìn)行控制，當(dāng)然也可采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。

圖4 采用12 V電流保護(hù)器的電動車窗電氣原理圖

5 采用繼電器控制

為降低成本，也可采用全部由繼電器控制的方案，見圖5。該方案電氣原理簡單清楚，圖中車窗升降開關(guān)只提供控制信號，開關(guān)不存在損壞，但升降器電機(jī)無過載保護(hù)功能。

圖5 采用繼電器控制的電動車窗電氣原理圖

6 采用BCM控制

隨著電子技術(shù)的進(jìn)步，車身控制模塊 (Body Control Module，簡稱BCM)在汽車上使用越來越多，根據(jù)控制內(nèi)容的多少，不同的BCM差別很大。最初用在車身上的就是車門、車窗控制模塊，圖6是其中的一種，車窗玻璃升降、中央門鎖 (遙控)由單片機(jī)進(jìn)行控制，電路簡單、可靠性高，因其控制內(nèi)容少，價格也相對較低。

圖6 由簡單BCM（門鎖、車窗）控制的電動車窗電氣原理圖

圖7 BCM控制的電動車窗電氣原理圖

圖8 BCM內(nèi)部采用繼電器控制的電動車窗、中控鎖控制簡圖

圖7是另一種BCM電氣原理示意圖，也是由單片機(jī)進(jìn)行控制，除控制車窗玻璃升降、中央門鎖外，還有手制動開關(guān)、警報開關(guān)等，其控制內(nèi)容較圖6多，價格也相對高點(diǎn)。更復(fù)雜的BCM其控制的容更多，當(dāng)然價格也更高，但其控制車窗玻璃升降、中央門鎖的原理大同小異，都是由單片機(jī)控制，見圖8。由車窗升降開關(guān)發(fā)給單片機(jī)控制信號，然后由單片機(jī)控制三極管等來驅(qū)動繼電器，進(jìn)而控制升降器電機(jī)的上升和下降。有的BCM會設(shè)計專用電路對電機(jī)電流進(jìn)行檢測，進(jìn)行過載、斷路等保護(hù)，比較簡單的BCM就沒有這些保護(hù)措施，直接由繼電器驅(qū)動電機(jī)?，F(xiàn)在市場上也有很多智能集成功率芯片，如飛思卡爾的MC33486、英飛凌的BTN7960B以及意法半導(dǎo)體的VNH2SP302E等，功能很強(qiáng)大，自帶過壓、過流保護(hù)功能，而且EMC性能好［1］。因升降器電機(jī)屬感性負(fù)載，起動、停止時沖擊電流較大，加上成本等原因，目前大部分中低檔BCM均使用繼電器來驅(qū)動。圖9為采用飛思卡爾的雙高端開關(guān)器件MC33486控制的電動車窗電氣原理簡圖［2］。

圖9 BCM采用智能功率芯片MC33486控制的電動車窗電氣原理簡圖

MC33486主要參數(shù)、性能如下：正常直流工作電流10 A，最大峰值電流35 A，工作電壓8～28 V，工作溫度-40～150℃，過壓檢測：當(dāng)電壓超過28 V時斷開。具有高端側(cè)和低端側(cè)過流保護(hù)，能滿足一般車窗升降器工作要求。

對比圖8、圖9可以看出，采用繼電器和采用智能功率芯片的控制原理基本相同，可以簡單理解為用MOS管代替了繼電器。但智能功率芯片功能更強(qiáng)大，自帶了過流、過壓等多種保護(hù)、檢測功能。

7 電動車窗防夾簡介

目前防夾電動車窗在歐美發(fā)達(dá)國家已為汽車標(biāo)準(zhǔn)配置，如在歐洲的74/60/EEC和美國的FMVSS118等標(biāo)準(zhǔn)都有相應(yīng)的規(guī)定。在中國，根據(jù)GB 7258《機(jī)動車運(yùn)行安全技術(shù)條件》規(guī)定，從2018年1月1日開始電動車車窗應(yīng)具備防夾功能，包括電動車窗。目前車窗防夾在國內(nèi)中高檔小汽車上使用得已比較普遍了，但在商用車和低端乘用車上用得還比較少。目前，主流的車窗防夾的基本原理如下。

在電機(jī)軸上安裝磁環(huán)，在磁環(huán)附近安裝有帶霍爾傳感器、MCU的電子模塊，電機(jī)軸每轉(zhuǎn)動一周，霍爾傳感器將產(chǎn)生固定數(shù)量的方波，在車窗上升過程中遇到障礙物時，阻力增大，電機(jī)轉(zhuǎn)速變小，電流增大，而電動機(jī)轉(zhuǎn)速變小會使霍爾信號方波的脈寬增大。因此，電子模塊可通過霍爾信號脈寬或電機(jī)電流的變化來判斷車窗是否遇到障礙物以及夾物力的大小 (一般超過100N被認(rèn)為遇到障礙物)，計算每次上升過程中的累計脈沖數(shù)量，可判斷電動車窗是否處于防夾區(qū)域 (一般離車窗頂端4～200 mm位置)，進(jìn)而最終確定是否需要產(chǎn)生防夾作用［3-4］。如果模塊判定需要防夾，則發(fā)出指令，使電機(jī)反轉(zhuǎn)，電機(jī)下降一段距離后 (一般120 mm左右)停止。車窗防夾電子模塊框圖見圖10。目前國內(nèi)車窗防夾標(biāo)準(zhǔn)的詳細(xì)內(nèi)容尚未發(fā)布。

圖10 車窗防夾控制模塊框圖