基于動態采樣的汽車電動窗控制技術研究

陳炳林金少華方政李萬霞陳峰

（上海滬工汽車電器有限公司）

基于動態采樣的汽車電動窗控制技術研究

陳炳林金少華方政李萬霞陳峰

（上海滬工汽車電器有限公司）

提出一種基于動態采樣方式的電動窗控制技術，該技術根據電動窗電機每次啟動時的動態電流，經過加權平均計算出動態堵轉電流參考值，然后確定該次的玻璃升降堵轉電流，避免了采用固定堵轉電流控制方式因受外部因素影響而導致的電動窗升降故障。試驗結果表明，基于動態采樣的汽車電動窗控制技術能夠根據外部環境條件自適應調整堵轉電流大小，有效解決了汽車在不同環境下玻璃升降過程中出現的故障和問題，提高了汽車電動窗控制器的可靠性和穩定性。

1 前言

2 電動窗控制器簡介

圖1為電動窗控制器原理框圖，其主要由輸入模塊、輸出模塊、采樣模塊和處理模塊等4部分組成。輸入模塊主要用來采集開關輸入信號（數字信號量），而且開關信號都是非自鎖信號；采樣模塊用來采集玻璃升降過程的電流，通過轉換變成電壓信號，然后通過AD采樣轉換成電流值；輸出模塊完成電機驅動的輸出；處理模塊通過輸入信號、采樣信號和傳感器信號的輸入量進行分析判斷并計算出動態堵轉電流，然后由輸出模塊驅動玻璃升降電機。

3 硬件設計

基于動態采樣的汽車電動窗控制器的硬件電路主要包括輸入電路、處理電路和采樣電路，圖2為其輸入電路和處理電路，圖中的開關信號都是低電平有效。當開關信號有效時，二極管D2、D3導通并起到防反接作用，穩壓管ZD2、ZD3在整車電源系統出現拋負載時起穩壓作用；電阻R6、R7為開關的上拉電阻，當開關信號有效時提供10 mA的濕電流防止開關觸點氧化。

圖3 為電動窗控制器電流采樣電路。當上升開關信號有效時，達林頓管U2D輸出低電平，繼電器K3吸合，電機正向轉動，玻璃上升，與電機并聯的電容C8和壓敏電阻V2起到電機反向電動勢的抑制作用，電阻R8和電容C10組成RC電路，該電路可在電機啟動和停止時對繼電器觸點起保護作用。U3B是一個差分運算放大器，用來檢測玻璃升降過程中的電流變化，當電機運行時，電流流過采樣電阻RS2，U3B對采樣電阻RS2上的采樣電壓進行放大。該電流采樣電路采用低邊采樣方式，可有效保護運算放大器。

電阻R24和電阻R25決定了運算放大器的放大倍數AU，即：

假設RS2的采樣電流為IS2，則運算放大器的輸出電壓UO為：

該系統中R24=4.7 K，R25=47 K，所以AU=11。當已知AU和RS2值時，UO和IS2在式（2）中就形成了一一對應的映射關系。

4 軟件設計

基于動態采樣的電動窗控制技術軟件設計主要基于動態采樣的堵轉控制算法流程設計，該設計包括動態采樣電流的算法以及電動窗升降過程中電機堵轉情況的判斷。

圖4為堵轉控制算法流程，因為電機啟動時的瞬態電流峰值與堵轉時的電流峰值基本相等，因此可在車窗電機啟動100 ms（該時間可根據具體電機調整）內讀取啟動時的峰值電流作為堵轉電流參考值。在100 ms內連續采樣20次，去掉最大值和最小值后取平均值，得到啟動電流的平均值Io。但由于電動窗工作環境較惡劣，有時獲取的Io并不一定準確，因此需要測量出電機實際堵轉電流I，然后用I減去一個參考值X后得到一個堵轉電流參考值Ic。當玻璃升降電機啟動時，通過加權平均計算出Io，如果Ic-X＜Io＜Ic，說明讀取的啟動電流較可靠，將Io作為堵轉臨界值，也就是說當電動窗控制器工作時，若實際采集的電流大于Io，則認為電動窗控制器堵轉，如果小于Io就認為不堵轉，即實際動態堵轉電流Id=Io，如果Io＜Ic-X，則Id=Ic-X；如果Io＞Ic，則Id=Ic。

WANG Xiaoli, GUO Jungang, MA Chi, et al. Study on the gemological characteristics of an illite-imitated Dushan jade[J]. Conservation and utilization of mineral resources, 2018(6):70-72, 76.

經過多次的實際測量，基于動態采樣的電動窗控制器的電機實際堵轉電流I=13.6A，參考值X=2 A，所以可根據實際的加權平均計算出的Io來確定動態的堵轉電流值Id，如果9.6 A＜Io＜11.6 A，Id=Io；如果Io＜9.6 A，則Id=9.6 A；如果Io＞11.6 A，則Id=11.6 A。

電動窗控制器的狀態切換過程如圖5所示。圖5中，“STOP”表示車窗停止動作；“UP”表示車窗手動上升；“DOWN”表示車窗手動下降；“AUTO DOWN”表示車窗自動下降；“DOWN判斷”表示車窗下降狀態判斷；“PROTECT”表示車窗保護狀態。

圖5中各狀態跳轉條件如下：

a.狀態①：當下降按鍵無效而上升按鍵有效時，實現玻璃上升控制。

b.狀態②：當上升按鍵無效、車窗連續動作超過8 s、下降開關按下、車窗電機短路、堵轉中出現任一情況時，電動窗控制器實現對電機的保護，系統進入保護狀態。

c.狀態③：當上升按鍵無效而下降按鍵有效時，實現玻璃下降控制。

d.狀態④：當下降按鍵連續有效300 ms時，電動窗控制器完成玻璃點動下降控制。

e.狀態⑤：當下降按鍵有效且有效時間為50～300 ms時，電動窗控制器完成玻璃自動下降控制，下降按鍵有效時間小于50 ms時電機不動作。

f.狀態⑥：當下降按鍵無效、車窗連續操作時間超過8s、上升按鍵有效、車窗電機短路、電機堵轉中任一情況出現時，電動窗控制器實現對電機的保護，系統進入保護狀態。

g.狀態⑦：當上升按鍵有效、下降按鍵有效、車窗動作超過8 s、車窗電機短路、電機堵轉中任一情況出現時，不管是上升控制還是下降控制，如果在8 s內連續反復操作玻璃升降控制，則電動窗控制器停止工作，實現對電機的保護。

h.狀態⑧：當上升按鍵和下降按鍵均無效時，處于保護狀態下的控制器在20 s內電動窗不會輸出對電機的控制信號，從而實現對玻璃升降電機的保護。

5 試驗驗證

為了驗證基于動態采樣的汽車電動窗控制算法在不同環境下的可靠性和穩定性，利用實際電機，在不同溫度、不同電壓下進行了測試試驗。限于篇幅只針對相同溫度、不同電壓進行驗證。

圖6為電源電壓為12 V時電動窗控制器實際測量波形，由圖6可得UO=2.4 V，根據式（2），可得動態采樣電流IS2=UO/AU/RS2=10.9 A，所以Io=IS2=10.9 A，因9.6 A＜Io＜11.6 A，所以Id=Io=10.9 A。根據圖6中數值可計算出實際堵轉電流約為12.5 A，大于動態堵轉的臨界值Id，表明電動窗控制器能夠實現對玻璃堵轉的控制。

圖7 為電源電壓為16 V時電動窗控制器實際測量波形，由圖8可得UO=2.6 V，根據式（2），動態采樣電流IS2=UO/AU/RS2=11.8 A，所以Io=IS2=11.8 A，因9.6 A＜Io＜11.6 A，則Id=Io=11.8 A。實際測量的堵轉電流約為14.1 A，大于動態堵轉的臨界值Id，表明電動窗控制器能夠對玻璃堵轉進行正常控制。

圖8 為電源電壓為9 V時電動窗控制器實際測量波形，由圖8可得UO=2 V，根據式（2），動態采樣電流IS2=UO/AU/RS2=9 A，所以Io=IS2=9 A，因Io＜9.6 A，則Id=Io=9 A。根據圖8中數值可計算出實際堵轉電流約為11.8 A，大于動態堵轉的臨界值Id，說明電動窗控制器能夠正常控制玻璃堵轉。

6 結束語

大量的試驗表明，基于動態采樣算法的汽車電動窗控制技術在玻璃上升和下降控制中能夠自適應調整堵轉電流的大小，有效解決了汽車玻璃升降過程中出現的故障問題，提高了整車的安全性和可靠性。

1李松濤，李俊，林錦國.基于PIC單片機為內核的電機保護器的研制.機床與液壓，2009，06.

2李文，張彬娜.感應電機參數辨識的計算機實現.大連交通大學學報，2008，02.

3丁衛東，王麗萍.基于單片機及CPLD的電動機保護裝置的研究.電機技術，2003，1.

（責任編輯文楫）

修改稿收到日期為2014年3月1日。

Research on Automotive Electric Window Control Technology Based on Dynamic Sampling

Chen Binglin，Jin Shaohua，Fang Zheng，Li Wanxia，Chen Feng
（Shanghai Hugong Auto-Electric Co.，Ltd）

In the paper，an auto window control technology based on dynamic sampling technology is presented，which，according to dynamic current each time the electric window motor is activated，calculates the dynamic locked-rotor current reference value by means of weighted average，then determine glass lifting locked-rotor current，preventing the fixed locked-rotor current control method from being affected by external factors and lead to electric window failure during lifting.Test results show that this auto electric window control technology based on dynamic sampling can adaptively adjust magnitude of locked-rotor current according to external environment conditions，effectively eliminating the failure and defects of window glass during lifting under different circumstances，improving reliability and stability of auto electric window controller.

Auto electric window,Glass lifting,Controller,Locked-rotor current

汽車電動窗玻璃升降控制器堵轉電流

U463.83+5

A

1000-3703（2014）07-0008-03