汽車無線收發天窗

【摘 要】隨著汽車行業的飛速發展，駕乘者對駕駛過程中的舒適及安全性能的要求也越來越高。汽車無線收發天窗的研發使汽車更加人性化，同時方便了駕乘人員對汽車天窗的控制。通過對無線收發天窗的研究和試驗驗證，提高車輛安全性和可靠性。本項目創新之處，結合社會熱點及國家新出臺政策，借鑒歐美國家已有產品，開發出適合國內市場的汽車無線收發控制天窗，填補國內這一領域的空白。

【關鍵詞】汽車天窗；無線控制；控制單元

汽車活動天窗是汽車乘坐室與外界的空氣直接交換通道，是改善汽車內部溫度和空氣質量的一種方法，而汽車內部溫度和空氣質量對駕乘人員在長時間駕駛車輛過程當中的舒適感以及駕駛安全性有著較大的影響。打開天窗，使車內空氣循環，使汽車內部可以保持新鮮的空氣，可以排出煙味、酒味、霉味等，消除暖風空調的不適感，減小駕乘人員因空氣混濁所引起的昏睡感，增加汽車乘坐舒適度，減少司機的疲勞感并可以預防交通事故。不過全景天窗也有一些缺點：成本較高；落塵需要清理，否則影響視線；車身整體剛度下降，安全系數降低，而且無法遠距離實現控制。本文就是針對以上特點，開發出一種無線收發式天窗，實現遠距離控制天窗開關。汽車無線收發天窗主要由汽車天窗玻璃、驅動電機、滑動螺桿、齒輪、ECU及繼電器組成。本文分析了天窗玻璃打開以及關閉的過程的工作原理，介紹了對汽車天窗無線控制的過程。

1.機械部分

機械部分的傳動的動力來源于驅動電機。驅動電機將動力傳遞給渦輪蝸桿，再由渦輪蝸桿傳到一級減速器，由一級減速器完全輸出通過齒輪驅動天窗滑桿使天窗工作。在工作期間對天窗要求若出現故障需可以手動打開或關閉。針對天窗的任何操作都不應該對汽車 其他電器造成損傷。對其外觀要求整潔、無銹蝕、無機械損傷、漆面完整、塑料件外觀無變形及裂紋出現。天窗玻璃在可見范圍內，不允許出現擦傷、劃傷等缺陷。玻璃密封膠圈不能有裂紋、裂縫、氣孔等其他缺陷。

2.驅動電機

2.1組成結構

電動推桿電機由電動機、減速齒輪、螺桿、螺母、導套、推桿、滑座、彈簧、外殼及渦輪、微動控制開關等組成。

2.2工作原理

電動機經齒輪減速后，帶動一對絲桿螺母。把電機的旋轉運動變成直線運動，利用電動機正反轉完成推桿動作。如通過各種杠桿、搖桿或連桿等機構可完成轉動、搖動等復雜動作。通過改變杠桿力臂長度，可以增大或加大行程。

2.3行程控制裝置

經電機齒輪上的渦桿帶動渦輪轉動，使渦輪內的小絲桿作軸向移動，由連接板帶動限位桿相應作軸向移動，至所需行程時，通過調節限位塊壓下行程開關斷電，電動機停止運轉（正反控制相同）。

為了保證停車牌精確的停止位置，消除機械傳動過程中的誤差影響，必須對電機進行精確控制。為此，需采用步進電機細分技術。設u、v、w為步進電機定子的三相繞組，每個繞組均勻相隔120°，則其轉矩角特性可近似的表示：T=kisinθ

若電機處于穩定狀態下運行，則可取，基于此上式（8）可變為：T=KI。由此試可知：電機輸出轉矩為恒值。由此可知只需控制繞組中電機電流的大小即可控制電機步距的大小。電流頻率的改變，則用來改變電機速度，其階梯數決定了電機每一步轉動的角度，階梯數多，角度越小，即細分越大。基于此，實現了 N 細分步矩角的目的。基于以上理論和采樣控制理論，需要單片機輸出控制信號與三角波比較，進而形成脈沖調制信號，再經過邏輯控制電路控制驅動電路中的六個功率管，實現對電機的細分控制。其中單片機使用MC9S12DP256B，該芯片包括256KB的Flash ROM、12KB的RAM、4KB的EEPROM、一個8通道的脈沖寬度調制模塊（PWM）、一個8通道的增強型捕捉定時器模塊（ECT）、兩個8通道的A/D轉換模塊（ATD）、兩個串行通訊接口（SCI）、三個串行設備接口（SPI）等。芯片使用簡單，內置can總線、性價比高、且抗干擾能力強。

3.無線控制

汽車無線收發天窗的主要核心是通過在普通的電動天窗的基礎上加裝一個控制單元來實現動作信號的接收和發送。無線收發器則使用nRF401挪威Nordic公司推出的一款無線收發一體通信芯片，具有高頻發射與接收、PLL合成、FSK合成、FSK解調、多頻道切換等諸多功能。該芯片性能優異、功耗少、使用方便，可與單片機串口直接通訊，無需曼徹斯特解碼。單片機通過無線接收裝置nRF401來接收駕駛員的控制信號，并根據這個信號控制電機的旋轉，單片機還通過Can-H和Can-L總線與汽車中央控制器通訊，采集汽車運行數據，當車速大于5km/h時，單片機通過中斷信號控制汽車天窗的收回，避免由于駕駛員忘記收起天窗而造成的碰損。

4.工作過程

在無線收發天窗接收到有收發器發出的打開或者關閉的信號后。由控制單元處理后向執行器電機發出指令使其工作。電機在接到工作信號后開始導通工作電路此時渦輪轉動。再由渦輪帶動蝸桿經過兩個中間齒輪將工作狀態傳給滑動螺桿。中間齒輪的傳動比因不同車型的天窗大小不同而不同，主要控制天窗開啟或關閉的速度。運動傳到滑動螺桿后，其將帶動驅動齒輪工作。從而使天窗玻璃完成打開關閉等工作。

5.結論

本文根據國內天窗現存的問題，開發出一種基于無線收發式的天窗，設計了該天窗的機械傳動機構，并在此基礎上實現了對步進電機的精確控制，國內首次實現了遠距離無線控制天窗的控制，實踐表明該裝置運行效果良好，已應用于某汽車公司。經過反復檢驗我們不斷改良我們的研發產品，使其符合你普通汽車的使用要求。做到精準、穩定的操控汽車天窗，使其平穩運行。追求實現方便加裝該無線控制天窗的車主的日常用車，免去繁瑣的操作過程。

【參考文獻】

[1]GB/T汽車用天窗總成，征求意見稿.

[2]汽車電器與檢修.