【文章內容簡介】 條件 》外，在實際操作過程中還希望開關能有良好的“手感”，這里的“手感”即開關表面的觸摸感好壞，操作過程中使用力量的大小，開關接觸行程的長短，因為對于目前的消費者來說，這是最主要的評價標準，也直接影響到消費者對產(chǎn)品的主觀評價。 西華大學畢業(yè)設計說明書 13 由于目前的電動車窗開關的手動檔和自動檔都是 集成在一起的，其主要區(qū)別在于他們各自的接觸行程不同，為了防止在實際操作過程中出現(xiàn)自動檔和手動擋之間的誤操作，電動車窗的開關檔位之間應該要有比較大的區(qū)別，包括操作力量和接觸行程的大小都應該相隔較大，在操作過程中還要具有良好的流暢性，即無卡滯現(xiàn)象。 對比 表 2— 6 中 三種市面上的電動車窗開關我們發(fā)現(xiàn)， A 主動車窗開關的力譜圖曲線連貫性較好，作用力和行程基本上成正比例變化。但是其作用力較大，而且在檔位變化的操作過程中雖然作用力變化的連續(xù)性很好，但是由于在每個檔位處的作用力變化不大，而且其有效行程也較短，因此很不容易操 作到位，需要多次練習，才能比較好的找到檔位之間的具體位置。而 C 主動車窗開關的力譜圖曲線的波動性較大，在實際操作過程中，按鍵的作用力連續(xù)性不好，有卡滯的現(xiàn)象。而且其檔位處的力矩變化和有效行程都很小，容易出現(xiàn)檔位的誤操作。 B 主動車窗開關的曲線雖然沒有 A 的連貫，但是在每個檔位處的作用力變化跨度較大，這種好處就是能讓操作者比較明顯的感覺到檔位之間的變化。檔位之間的有效行程的跨度也較大。不易出現(xiàn)檔位的誤操作。其作用力最大值在 5N 左右，力度適合。操作者可以很輕松的操作按鍵。 綜上所述 ， B 主動開關的測評結果較好，因此本 次設計選用 B 主動開關。 西華大學畢業(yè)設計說明書 14 表 2— 6 三種電動車窗主開關參數(shù)對比表 A主電動車窗開關 B 主電動車窗開關 C 主電動車窗開關 俯 視 圖 側 視 圖 按 鍵 上 拉 按 鍵 下 按 上拉 最大值 第一檔 第二檔 （ 相差 ） 第一檔 第二檔 （ 相差 ） 第一檔 第二檔 （ 相差 ） 下按 最大值 第一檔 第二檔 （ 相差 ） 第一檔 第二檔 （ 相差 ） 第一檔 第二檔 （ 相差 ） 上拉 行程 第一檔 2mm 第二檔 （相差 mm ） 第一檔 mm 第二檔 4 .0mm （相差 mm ） 第一檔 mm 第二檔 mm （相差 ） 上拉 行程 第一檔 1 mm 第二檔 2 mm （相差 mm ） 第一檔 mm 第二檔 mm （相差 2 mm ） 第一檔 mm 第二檔 mm （相差 ） 外觀 尺寸 材料 ABS PBTGF20 ABS PBTGF30 ABS PBTGF20 西華大學畢業(yè)設計說明書 15 車窗電動機 車窗電動機作為電動車窗系統(tǒng)的唯一執(zhí)行機構 ，其性能好壞直接影響到車窗系統(tǒng)的工作情況。尤其是運用在汽車控制中，對其性能要求比較嚴格。 電動車窗上的電動機是雙向的，按照種類不同分為永磁式直流電動機和雙繞組串勵式電動機。 本次選用的車窗電動機 是永磁式直流電動機，其 主要參數(shù)如 表 2— 7 所示 。 表 2— 7 車窗電動機性能參數(shù)表 西華大學畢業(yè)設計說明書 16 第 3 章 車窗系統(tǒng)硬件 電路 設計 車窗系統(tǒng)的總體框架設計 傳統(tǒng)的電動車窗控制電路 結構圖 如圖 3— 1 所示 ,車 窗系統(tǒng)的主體控制單元是駕駛室的主電動車窗開關。實際的電路圖如圖 3— 2 所示。 圖 3— 1 傳統(tǒng)電動車窗控制電路結 構圖 西華大學畢業(yè)設計說明書 17 圖 3— 2 傳統(tǒng)電動車窗電路圖 傳統(tǒng)的電動車窗系統(tǒng) 雖然制造成本較低，但是在實際的線路連接上 卻比較復雜，需要的連線比較多，導致車身上的線束截面積比較大。而通常情況下車窗開關都安裝在車門扶手位置處，車門本身是需要經(jīng)?；顒拥模@種結果就使線束的安裝和鋪設比較困難，并且由于連線的數(shù)量較多導致系統(tǒng)本身的可靠性 和穩(wěn)定性 也不能得到很好的保證。其次，由于電路結構的局限性使車窗控制只能實現(xiàn) 單一 的上升和下降 。在實際使用過程中容易出現(xiàn)在車窗自動關閉過程中可能引起卡死、擠壓及傷人危險等現(xiàn)象。 最后，由于電機的轉向改變是靠改 變開關的檔位來改變電機的極性，開關本身承受的電流較大，這種結果容易導致開關觸點出現(xiàn)氧化，接觸不良的現(xiàn)象。 而 在目前使用得比較多的 車載網(wǎng)絡 中 可分為驅動網(wǎng)絡和舒適網(wǎng)絡。一般 CAN 協(xié)議用于驅動網(wǎng)絡，而 LIN 協(xié)議用于舒適網(wǎng)絡。相對于開發(fā)高速 CAN 網(wǎng)絡所需要的成本較高， LIN 網(wǎng)絡更適合用于性能要求不高的舒適網(wǎng)絡，于是在車門，車窗，車燈等部件中，引入了 LIN 總線，這樣既能滿足系統(tǒng)運行的正常需要，又能使整車成本得以減少。此次車窗控制系統(tǒng)總體框架圖如圖 3— 3 所示 。 西華大學畢業(yè)設計說明書 18 圖 3— 3 LIN 總線控制 車窗控制系統(tǒng)總體框架圖 當駕駛員按下車窗按鍵開關時， 車窗開關得到的電壓信號 傳到 主節(jié)點 ECU內進行 A/D 轉換后進行數(shù)據(jù)判斷 ， 如果是主駕駛車窗的數(shù)據(jù)，那么主車窗 ECU 控制主車窗電機動作，如果是其他車窗的開關信號，主節(jié)點 ECU 將相應的數(shù)據(jù)通過 LIN收發(fā)模塊發(fā)送到 LIN 總線上，其余的從節(jié)點 ECU 則檢測此時 LIN 總線上的數(shù)據(jù)，如果與自己的設置的 數(shù)據(jù)相對應則控制電機動作。反之則不進行操作 。 同時從節(jié)點ECU及時 將工作狀態(tài)信息發(fā)送回主節(jié)點 ECU，主節(jié)點 ECU 隨時診斷其他從節(jié)點的工作情況。 在車窗升降過程中，智能功率驅動器件 MC33486 通過監(jiān)測電 機的電流變化，通過相關的防夾算法實現(xiàn)車窗的防夾功能，實現(xiàn)了車窗系統(tǒng)的智能化控制過程，提高了駕駛員行車過程中的安全性和舒適性。在本次設計中，車窗控制系統(tǒng)采用了 LIN 總線協(xié)議構建了車窗 LIN 總線網(wǎng)絡 并使用了 協(xié)議規(guī)范。 西華大學畢業(yè)設計說明書 19 車窗控制系統(tǒng)的硬件 結構 車窗控制系統(tǒng)主要是由車窗、車窗升降器、車窗電機模塊、控制開關以 及相關的電子電路模塊等裝置組成。車窗和車窗升降器主要是機械結構 。車窗控制開關有兩套，一主一從，可以控制每個車窗的升降。一般在主開關上裝有斷路開關，如果它斷開，分開關就不起作用。如今的車窗 控制系統(tǒng)內裝有的先進電子設備，具有安全保護功能，能夠通過電子模塊控制對電機的過流、過壓以及過熱保護，而且當玻璃上升途中遇到 障礙時會自動識別而停 止轉動，防止乘客夾傷，實現(xiàn)防夾功能。下面對本次設計的電子電路模塊給出了詳細說明。 LIN 節(jié)點設計 微處理器需要選擇帶有異步串行收發(fā)器模塊 (UART)的微控制器和符合 規(guī)范的收發(fā)器，因為它決定了系統(tǒng)的硬件設計連接以及軟件開發(fā)環(huán)境等一系列的問題。在汽車專用微控制器 (MCU)領域，美國 Mierochip(微芯 )和 Freescale(飛思卡爾 )兩家公 司的 MCU 針對 LIN 的數(shù)據(jù)收發(fā)進行了優(yōu)化設計，同時，針對汽車的惡劣環(huán)境如溫度，濕度變化大、電磁干擾嚴重做了性能優(yōu)化，是用于車內 LIN 控制節(jié)點微控制器的較好方案。本文選用 Freescale 公司的 MC9S08DZ60 單片機和 LIN 物理層收發(fā)器 MCZ33661 芯片構成節(jié)點的硬件。 MC9S08DZ60 單片機提供了工業(yè)級的制造工藝與流片工藝保證 ，因此可以適用于嚴酷的車內運行環(huán)境。而 MCZ33661 是 LIN 總線收發(fā)器，在單片機和 LIN 半雙工總線之間提供了一個物理接口，可以為汽車和工業(yè)應用捉供一個最高 20Kbit/s 的串行總線傳輸速率。 LIN 收發(fā)器 MCZ33661 芯片針對工作在汽車環(huán)境下的情況進行了特別設計，符合 總線規(guī)格 。 西華大學畢業(yè)設計說明書 20 圖 3— 4 LIN 節(jié)點硬件電路圖 圖 3— 4 顯示了 LIN 總線的節(jié)點硬件連接示意圖。圖中 C7 應該選用電解電容 電容或 膽 電容，使芯片能在更大的溫度范圍內工作。 C1 用作外部電壓源的濾波電容。D2 則是 27V 的瞬態(tài)電壓抑制二極管，同為可選器件，可以在電源瞬變的時候起保護作用。因 LIN 總線為單主多從結構，無需總線仲裁，由主節(jié)點控制總線訪問，故對 LIN 主節(jié)點的保護額外重要，故采用了圖中包含二 極管 D1 的虛線部分來實現(xiàn)對主節(jié)點的保護。圖中 MCZ33661 為 MC9S08DZ60 和 LIN 總線之間提供了一個雙向通信接口，能夠把 LIN 總線的電平轉換成微控制器能夠接收的 TxD， RxD 信號，或者進行與之相反的轉換。其中， MC9S08DZ60 供電電源 由汽車電源經(jīng)電源轉換穩(wěn)壓得到。 MCZ33661 的供電由汽車電源直接供給 12V。 MCZ33661 的增強型異步收發(fā)器可以用硬件完成 LIN 報文幀的同步間隔場接收，并以中斷的方式告知單片 西華大學畢業(yè)設計說明書 21 機開始接收總線的數(shù)據(jù)。 LIN 報文幀的數(shù)據(jù)收發(fā)滿足 1 位起始位， 8 位數(shù)據(jù)位， 1位停止 位條件，用微控制器的 UART 模塊和 UART 中斷功能即可完成 LIN 總線上數(shù)據(jù)的收發(fā)。 電源模塊設計 目前汽車內的蓄電池電源通常都是直流 +l2V，汽車內很多電子設備需要依靠它來供電，比如電子打火器，各類電子儀表，自動車窗等，雖然是蓄電池，仍難以保證其穩(wěn)定輸出。車載網(wǎng)絡中主要用到兩種電源 :+12V、 +5V。 +12V 的電壓主要是為電機驅動 和 LIN 收發(fā)器 供電， +5V 的電壓則是給電路中的其它芯片供電，因此需要進行 +12V到 +5V的轉換，而且車載電源的穩(wěn)定性差，需要其輸出電壓進行穩(wěn)壓。電源電路采用了 LM2575 穩(wěn)壓電源電路芯片，對 +12V轉 +5V 供電電路可以參考圖3— 5 電路。 圖 3— 5 +12V轉 +5V電源轉換電路 穩(wěn)壓芯片 LM2575 是按照開關電源的工作原理集成的電源芯片，因此其工作效率高，輸出電壓穩(wěn)定，最大輸出電流能達到 3A， 在穩(wěn)壓芯片 LM2575 瞬間停止輸出時，由電感的電磁感應效應形成的電壓給電路供電，此時快恢復型肖特基 二極管IN5822 作為回路的一部分 ， 其工作電流的大小直接影響電源實際輸出電流的大小 。圖中的電容 C6 和 C7 選用電解電容，可以有效濾除高低頻干擾。 電機驅動模塊設 計 由于本次車窗電機 采用供電電壓 11V~15V，工作電流不大于 15A，堵轉電流不大于 28A的永磁直流電機，需要的電機功率較大并伴有沖擊電流的正反相控制要求。智能功率芯片 MC33486 是飛思卡爾半導體公司生產(chǎn)的專用于車身電子的電機驅動 西華大學畢業(yè)設計說明書 22 芯片，該芯片可外接兩個 MOSFET 管 (這里選用 P60N06，能夠輸出較大的工作電流驅動電機 )組成一個 H 橋來實現(xiàn)電機的雙向控制。其正常工作溫度范圍在 － 40℃ 到+150℃ ，正常連續(xù)輸出電流最大達到 10A，直流輸入電壓范圍為 8~28V，而且當電壓高于 28V 時具有過壓保護功能。它能夠采 集電機的電流，利用它反饋給單片機A/D 采樣模塊得到電機電流值，從而完成電機的雙向控制和實現(xiàn)車窗防夾功能，達到了車窗電機驅動模塊的設計要求。其電路圖如圖 3— 6 所示。 圖 3— 6電機驅動電路 電機控制原理如下 :初始狀態(tài)中， GLSI 和 GLsZ 都同時置高電平或低電平， OUTI和 OUTZ 一直保持高電平。當 U6 中的柵極為低電平且 U7 的柵極為高電平時，直流電機正轉， 車窗上升 。反之，當 U6 中的柵極為高電平且 U7 的柵極為低電平時，直流電機反轉，車窗下降，這樣就足以完成永磁直流電機的正反相控制要求。 除此之外，飛思卡爾的 功率芯片 MC33486還具有負載電流的線性復制功能，CurR輸出電流和負載電流成線性比例， CurR輸出電流再通過采 樣電阻和限流電阻把電流轉化為電壓輸入到單片機的采樣端。電壓進行 A/D轉換和一些計算后就可以得到負載的真實電流。因此，監(jiān)測輸入到單片機端口的電壓就等同于監(jiān)測車窗運動中電機的電流。車窗上升過程、下降過程、上升遇到阻力過程中 ， 經(jīng)過電機的電流 西華大學畢業(yè)設計說明書 23 都呈規(guī)律 性的變化，而這些電流變化都可以通過電流采樣實時地反映到單片機中 ，其中 LoadI 為 玻璃升降器的電機電流： L o a dC u r R II *)3 7 0 0/1(? 這個電流通過采樣電阻 R8和限流電阻 R9把電流轉 化為電壓輸入到單片機 ADC的采樣端。輸入到單片機端 的電壓為： 8RIU C urR ?? 將電壓進行 A／ D轉換和一些計算后就可以得到負載的真實電流。因此，監(jiān)測輸入到單片機端口的電壓就等同于監(jiān)測車窗運動中電機的電