汽車電動車窗控制電路淺談

李仁明

（湖北省齊星汽車車身股份有限公司技術中心，湖北 隨州 441300）

現在汽車電動車窗電機采用的都是永磁式直流電機，該電機具有體積小、結構簡單、安全可靠、噪聲小等優點。電動車窗現在基本上已是汽車上的標準部件，其結構、控制方式多種多樣，本文對其控制電路原理作簡要介紹。

1 傳統電動車窗電氣原理

汽車上的車窗玻璃升降器最初為機械式，通過手動搖窗把手驅動升降器來進行車窗玻璃升降，為了安全，駕駛員側車窗升降時需要在停車時進行。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來控制玻璃升降。傳統的電動車窗電氣原理圖見圖1。按下車窗升降開關時，電機電流需要通過車窗開關觸點，在升降器升到頂或下降到底若未及時松開開關時，電機堵轉，通過升降開關的電流突然猛增，會導致開關的提前損毀、開關故障率較高，甚至升降器齒盤切齒。

圖1 傳統電動車窗電氣原理圖

2 增加下行程開關

針對圖1的缺點，對該電路進行了改進，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)導軌上安裝了一個行程開關，當升降器降到底時，將該行程開關頂開，立即斷開開關和電機電流。因此，升降器開關的故障率立即下降了很多。為什么只增加了下行程開關而未增加上行程開關呢？因上行程開關對位置很敏感，若位置稍有偏差，過低會導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，且當車窗玻璃上升到車門頂部時，駕駛員一般會注意到；但裝下行程開關就不同了，可將該開關設置到較升降器降到底端稍偏上一點的位置，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。經過耐久性試驗滿足標準要求后，我公司使用該原理的車曾批量生產數年。

圖2 增加下行程開關的電動車窗電氣原理圖

3 增加電流保護器

增加下行程開關的電動車窗的車經過一段時間的使用，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。經分析，發現因電機電流也通過下行程開關，升降器上升到頂時還是存在堵轉，電流較大，使用一段時間后該開關觸點燒蝕，造成接觸不良。同時，升降器開關故障率雖然下降很多，但還是有反饋。為減少用戶抱怨，對該電路又進行了一次改進，取消了行程開關，增加一個電流保護器，見圖3。

圖3 增加電流保護器的電動車窗電氣原理圖

這個電流保護器對通過電動車窗的最大電流進行了限制，正常24 V升降器上升電流約為3.5 A左右，下降時更低，將此保護電流設為7 A，可保證升降器正常升降，但在堵轉時又可斷開電路電流，對開關起到保護作用。若生產時，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，電流保護器能及時發現、控制。因此我公司一直使用到現在，效果較好。

4 12 V車系電流保護器控制

圖3電路雖然使用效果總的來說較好，但是車窗升降開關仍偶爾反饋有損壞的。圖3電路主要用在24 V系統的重型商用車和特種車上。后來開發12 V輕型商用車和電動車時，因其電流為24 V系統的2倍，開關更容易損壞。為了保證產品品質，又針對性開發了一款改進型的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只提供控制信號，電機電流只流過電流控制器，而不再經過開關；同時，電流控制器也對電機電流進行檢測、過載保護。經批量使用，該升降器系統幾乎沒有故障反饋。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時成本，都是采用分離電子元件、繼電器來進行控制，當然也可采用單片機來實現。

圖4 采用12 V電流保護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，圖中車窗升降開關只提供控制信號，開關不存在損壞，但升降器電機無過載保護功能。

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

隨著電子技術的進步，車身控制模塊 (Body Control Module，簡稱BCM)在汽車上使用越來越多，根據控制內容的多少，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)由單片機進行控制，電路簡單、可靠性高，因其控制內容少，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，也是由單片機進行控制，除控制車窗玻璃升降、中央門鎖外，還有手制動開關、警報開關等，其控制內容較圖6多，價格也相對高點。更復雜的BCM其控制的容更多，當然價格也更高，但其控制車窗玻璃升降、中央門鎖的原理大同小異，都是由單片機控制，見圖8。由車窗升降開關發給單片機控制信號，然后由單片機控制三極管等來驅動繼電器，進而控制升降器電機的上升和下降。有的BCM會設計專用電路對電機電流進行檢測，進行過載、斷路等保護，比較簡單的BCM就沒有這些保護措施，直接由繼電器驅動電機。現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以及意法半導體的VNH2SP302E等，功能很強大，自帶過壓、過流保護功能，而且EMC性能好［1］。因升降器電機屬感性負載，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均使用繼電器來驅動。圖9為采用飛思卡爾的雙高端開關器件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、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：當電壓超過28 V時斷開。具有高端側和低端側過流保護，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大，自帶了過流、過壓等多種保護、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達國家已為汽車標準配置，如在歐洲的74/60/EEC和美國的FMVSS118等標準都有相應的規定。在中國，根據GB 7258《機動車運行安全技術條件》規定，從2018年1月1日開始電動車車窗應具備防夾功能，包括電動車窗。目前車窗防夾在國內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。

在電機軸上安裝磁環，在磁環附近安裝有帶霍爾傳感器、MCU的電子模塊，電機軸每轉動一周，霍爾傳感器將產生固定數量的方波，在車窗上升過程中遇到障礙物時，阻力增大，電機轉速變小，電流增大，而電動機轉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被認為遇到障礙物)，計算每次上升過程中的累計脈沖數量，可判斷電動車窗是否處于防夾區域 (一般離車窗頂端4～200 mm位置)，進而最終確定是否需要產生防夾作用［3-4］。如果模塊判定需要防夾，則發出指令，使電機反轉，電機下降一段距離后 (一般120 mm左右)停止。車窗防夾電子模塊框圖見圖10。目前國內車窗防夾標準的詳細內容尚未發布。

圖10 車窗防夾控制模塊框圖