基于AD采樣電路設(shè)計(jì)自動(dòng)車窗關(guān)閉器

胡勝云，劉淑珍

（1.江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330001；2.北方聯(lián)創(chuàng)通信有限公司，江西 南昌 330096）

目前，國(guó)內(nèi)外配置車窗玻璃自動(dòng)升降功能都是由自動(dòng)車窗關(guān)閉器 (以下簡(jiǎn)稱關(guān)閉器)配合電動(dòng)車窗開(kāi)關(guān) (以下簡(jiǎn)稱開(kāi)關(guān))來(lái)實(shí)現(xiàn)。該車窗關(guān)閉器是直接采集開(kāi)關(guān)的按鍵信號(hào)，來(lái)判斷駕駛員升降玻璃的意愿。當(dāng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作后，電流要進(jìn)出多段線束、插接件及開(kāi)關(guān)本身。線束、插接件衰減會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)線阻增大，分壓隨之增大，從而出現(xiàn)車窗玻璃卡滯、反向升降等異常。

下面對(duì)江鈴某車型主駕車窗玻璃卡滯和反向升降的故障進(jìn)行分析，用示波器檢測(cè)電路的電壓波形，確認(rèn)故障原因，提出新設(shè)計(jì)，并證實(shí)新設(shè)計(jì)的車窗關(guān)閉器能有效地解決此類故障。

1 故障描述與分析

1.1 故障描述

1)主駕車窗玻璃在底部時(shí)，按開(kāi)關(guān)玻璃上升鍵，玻璃有時(shí)候會(huì)頓挫一下，但后續(xù)無(wú)上升動(dòng)作。

2)主駕玻璃在頂部時(shí)，按開(kāi)關(guān)上升鍵，玻璃會(huì)向下開(kāi)窗；反之，主駕玻璃在底部時(shí)，按開(kāi)關(guān)下降鍵，玻璃會(huì)向上閉窗。

3)玻璃在中間任一位置，按開(kāi)關(guān)上升或下降鍵，玻璃卡滯不動(dòng)。

4)更換新的車窗關(guān)閉器、線束、開(kāi)關(guān)、電機(jī)等，使用一段時(shí)間后依舊出現(xiàn)上述故障。

1.2 故障分析

開(kāi)關(guān)給關(guān)閉器提供開(kāi)關(guān)信號(hào)，并提供通路，如圖1所示。當(dāng)點(diǎn)按開(kāi)關(guān)上升鍵時(shí) (時(shí)間小于0.5 s)，K1-2短暫接通后斷開(kāi)，此時(shí)，關(guān)閉器檢測(cè)到上升信號(hào)有效，使K3-2接通，+12 V接入到電機(jī)，通過(guò)K4-1、K2-1構(gòu)成回路，電機(jī)帶動(dòng)玻璃上升。同理，當(dāng)點(diǎn)按開(kāi)關(guān)下降鍵時(shí) (時(shí)間小于0.5s)，K2-2短暫接通后斷開(kāi)，此時(shí)，車窗關(guān)閉器檢測(cè)到下降信號(hào)有效，使K4-2接通，+12 V接入到電機(jī)，通過(guò)K3-1、K1-1構(gòu)成回路，電機(jī)帶動(dòng)玻璃下降。

圖1 車窗玻璃自動(dòng)關(guān)閉系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

故障復(fù)現(xiàn)時(shí)，用示波器抓取關(guān)閉器信號(hào)輸入、輸出端波形，即a、b點(diǎn)和電機(jī)兩端c、d點(diǎn)的波形。

如圖2所示，當(dāng)按開(kāi)關(guān)向下鍵時(shí)，出現(xiàn)玻璃上升故障(反向升降)的波形圖，可以看出：當(dāng)按開(kāi)關(guān)下降鍵，b點(diǎn)(通道2藍(lán)色線)接通+12 V持續(xù)了184 ms，d點(diǎn) (通道1黃色線)沒(méi)有高電位輸出，c點(diǎn) (通道3紫色線)反而為高電位，導(dǎo)致玻璃自動(dòng)上升。原因?yàn)椋篴點(diǎn) (通道4綠色線)在瞬間有個(gè)幅度約1.5 V的尖脈沖，而且觸發(fā)了關(guān)閉器進(jìn)入自動(dòng)上升模式。

圖2 按開(kāi)關(guān)下降鍵，玻璃反而上升的故障波形圖

圖3是按開(kāi)關(guān)向下鍵時(shí)，玻璃卡滯不動(dòng)的故障波形圖。可以看出，點(diǎn)按開(kāi)關(guān)下降鍵，b點(diǎn) (通道2藍(lán)色線)接通+12 V持續(xù)了24 ms，d點(diǎn) (通道3紫色線)和c點(diǎn) (通道4綠色線)均有高電位輸出，也就是電機(jī)兩端都為高電位，導(dǎo)致電機(jī)不轉(zhuǎn)、玻璃不動(dòng)。原因?yàn)椋鹤詣?dòng)車窗關(guān)閉器檢測(cè)到自動(dòng)下降信號(hào)b持續(xù)+12 V、自動(dòng)上升信號(hào)a約為1.5 V，并同時(shí)認(rèn)為有效，所以車窗關(guān)閉器在電機(jī)兩端同時(shí)輸出高電位，導(dǎo)致電機(jī)不轉(zhuǎn)。

圖3 按開(kāi)關(guān)下降鍵，玻璃卡滯不動(dòng)的故障波形圖

1.3 原因分析

在該車玻璃升降系統(tǒng)中，回路要經(jīng)過(guò)22次插接件、3 275 mm導(dǎo)線。電機(jī)工作電流為3.5～11 A，玻璃阻力越大，電機(jī)電流也越大。特別是在開(kāi)關(guān)接通啟動(dòng)瞬間，需要克服靜電摩擦力，電機(jī)電流也越大。當(dāng)a或b到搭鐵的系統(tǒng)線阻R大于200 mΩ時(shí)，會(huì)產(chǎn)生約0.6～2.2 V電壓。

圖4是車窗關(guān)閉器內(nèi)部原理圖，關(guān)閉器檢測(cè)上升信號(hào)和下降信號(hào)，通過(guò)10 kΩ電阻連接到ULN2003A的Input腳 (第1、2腳)。

圖4 車窗關(guān)閉器內(nèi)部原理圖

由圖5可知，在滿足兩個(gè)PN結(jié) (約1.4 V)的壓差后，達(dá)到一定的電流就可以使輸入有效。也就是圖1中a、b兩點(diǎn)電壓在1.4 V及以上時(shí)，就可以觸發(fā)相應(yīng)的輸出。由此分析可以看出，問(wèn)題的根本原因是關(guān)閉器的輸入門檻電壓值過(guò)低，無(wú)法排除整車線阻分壓干擾導(dǎo)致。

圖5 ULN2003輸入端內(nèi)部電路圖

2 解決方案

為提高門檻值，使用S9S08SG4 A/D轉(zhuǎn)換芯片處理輸入信號(hào)，該芯片可以把輸入編成0-255個(gè)編碼，并通過(guò)軟件設(shè)置相應(yīng)地輸出高、低電位，作為ULN2003的輸入，驅(qū)動(dòng)繼電器開(kāi)閉。此設(shè)計(jì)中，把大于或等于7.5 V設(shè)置為有效電位，即門檻值提高到了7.5 V，遠(yuǎn)大于線阻分壓，如圖6所示，點(diǎn)按開(kāi)關(guān)上升鍵，K3接入+12 V電壓，經(jīng)過(guò)R10、R11分壓后，輸入到U3-11，U3根據(jù)軟件設(shè)置的參數(shù)判斷，使U3-5輸出高電平，輸入到U2-5，U2-13輸出低電位，使K3的1、3吸合，為電機(jī)接入+12 V電壓，玻璃上升，當(dāng)玻璃上到頂后，電機(jī)堵轉(zhuǎn)，通過(guò)Q1切斷電源，完成車窗玻璃自動(dòng)上升過(guò)程。同理，點(diǎn)按開(kāi)關(guān)下降鍵，K4接入+12 V電壓，經(jīng)過(guò)R8、R9分壓后，輸入到U3-12，U3-7輸出高電平，輸入到U2-4，U2-12輸出低電位，使K4的1、3吸合，為電機(jī)接入+12 V電壓，車窗玻璃上升，當(dāng)車窗玻璃上到底后，電機(jī)堵轉(zhuǎn)，通過(guò)Q1切斷電源，完成玻璃自動(dòng)下降過(guò)程。

圖6 使用S9S08SG4 A／D轉(zhuǎn)換電路原理圖

3 總結(jié)

在本案例中，面對(duì)車窗玻璃自動(dòng)升降故障，通過(guò)示波器對(duì)整車升降系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，分析車窗關(guān)閉器內(nèi)部電路的性能參數(shù)，確認(rèn)原設(shè)計(jì)的輸入門檻值不合理，容易受線束分壓干擾而導(dǎo)致自動(dòng)升降異常。最后通過(guò)更改主控芯片及外圍電路，杜絕了干擾，非常便捷地完成了優(yōu)化設(shè)計(jì)，成功解決了車窗玻璃自動(dòng)升降異常的故障。