電動側(cè)滑門系統(tǒng)控制策略淺析

雷 偉， 常久鵬， 閆 明， 李福軍

（濰柴動力上海研發(fā)中心， 上海 201114）

1 概述

在消費升級的趨勢下，隨著人們對汽車舒適性和便利性的要求不斷提高，MPV或者VAN類車型側(cè)滑門也隨著時代發(fā)展產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，手動側(cè)滑門逐漸成為低端車型的代表配置，而電動側(cè)滑門不僅使用方便，還能彰顯高端與商務(wù)，越來越受到MPV或者VAN類車型的青睞。

電動側(cè)滑門在便利性和安全性上明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的手動側(cè)滑門，但是相對手動側(cè)滑門整套裝置變得更加復(fù)雜，尤其是為了適應(yīng)各種工況制定的控制策略，前期需要花費較大的人力、物力進(jìn)行設(shè)計與驗證。本文主要根據(jù)某款VAN類單側(cè)電動側(cè)滑門車型開發(fā)實例，對電動側(cè)滑門相關(guān)的控制策略進(jìn)行詳細(xì)解析。

2 總體設(shè)計

2.1 相關(guān)電器法規(guī)解讀

GB 11552-2009《乘用車內(nèi)部凸出物》中明確了天窗、車窗和隔斷系統(tǒng)的電操作要求，以便將偶然或者錯誤操作引起傷害的可能性減致最低限度。標(biāo)準(zhǔn)中的電操作要求主要規(guī)定了允許天窗、車窗和隔斷系統(tǒng)正常操作時關(guān)閉的條件以及自動回縮的要求。其中自動回縮的要求：在電動車窗/隔斷系統(tǒng)的上邊緣，或者滑動天窗開啟邊的邊緣以及在傾斜車窗尾緣，開口從200mm到4mm范圍內(nèi)，在夾緊力大于100N之前，該裝置應(yīng)該回縮車窗/隔斷系統(tǒng)。

2018年9月19日，在2018中國汽車零部件行業(yè)年會期間，正式發(fā)布中國汽車工業(yè)協(xié)會首個團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《汽車電動行李廂門啟閉系統(tǒng)》。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電動行李箱門的防夾防撞性能等電器要求，其中自動回縮的要求與GB 11552類似。

以上兩個標(biāo)準(zhǔn)很接近電動側(cè)滑門的工況，但是都不直接適用于電動側(cè)滑門。為了保證電動側(cè)滑門的安全性和使用性能，行業(yè)內(nèi)配置電動側(cè)滑門的車型幾乎都參照這兩個標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計。

2.2 系統(tǒng)框圖

2.2.1 電器系統(tǒng)組成圖（圖1）

圖1 電器系統(tǒng)組成圖

2.2.2 原理框圖（圖2）

2.3 電動側(cè)滑門控制策略

2.3.1 防夾功能

國標(biāo)描述術(shù)語為自動回縮，行業(yè)內(nèi)通俗叫法為防夾，本文除引用標(biāo)準(zhǔn)部分外也稱之為防夾。防夾功能目前有兩種主流方向：霍爾防夾、紋波防夾。部分車型由于側(cè)滑門質(zhì)量大，為保證防夾性能在以上兩種防夾策略外還額外增加防夾條的方式做組合防夾。

霍爾防夾性能穩(wěn)定，要求電機(jī)帶霍爾模塊，硬件成本較高。電機(jī)在旋轉(zhuǎn)過程中霍爾模塊產(chǎn)生霍爾脈沖，霍爾脈沖波形穩(wěn)定，控制模塊很容易對霍爾方波計數(shù)，通過方波總數(shù)量計算運動部件是否在防夾區(qū)域內(nèi)。當(dāng)運動部件遇到障礙物電機(jī)減速，霍爾方波單位時間內(nèi)密度減小，同時電機(jī)電流增大，根據(jù)方波密度和電流的變化判斷是否需要啟動防夾功能。霍爾元件信號示意圖如圖3所示。

圖2 原理框圖

圖3 霍爾元件信號示意圖

紋波防夾對電機(jī)的紋波性能要求較高，需要采用專用的紋波電機(jī)及其采樣電路，為減少使用過程中出現(xiàn)防夾失效，紋波防夾對軟件算法要求非常高，隨著電子技術(shù)的發(fā)展紋波防夾也已經(jīng)成熟，由于紋波防夾成本低已經(jīng)在行業(yè)內(nèi)被普遍應(yīng)用。紋波防夾是利用直流電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動過程中，電極與電刷間切換產(chǎn)生電流紋波，對這種電流紋波進(jìn)行濾波放大后采樣，通過采樣的個數(shù)來反算電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，由于電刷換向時產(chǎn)生的紋波不均勻還寄生很多毛刺，除了硬件濾波還需要進(jìn)行軟件濾波得到較穩(wěn)定的紋波數(shù)。通過紋波數(shù)總和計算運動部件是否在防夾區(qū)域內(nèi)。同樣通過紋波密度和電流來判斷是否需要啟動防夾功能。

防夾條的防夾原理較簡單，在滑門閉合側(cè)增加防夾條，防夾條受壓力后內(nèi)部的開關(guān)閉合，電動側(cè)滑門控制器通過接收防夾條閉合信號驅(qū)動滑門回縮。本文某款VAN類單側(cè)電動側(cè)滑門車型，采用霍爾防夾加防夾條的形式實現(xiàn)電動側(cè)滑門的防夾。

1） 電動側(cè)滑門防夾力

參考GB 11552-2009《乘用車內(nèi)部凸出物》第4.8.3自動回縮要求，當(dāng)電動側(cè)滑門進(jìn)行手動關(guān)閉、自動關(guān)閉或遙控關(guān)閉模式下，在防夾區(qū)域內(nèi)遇到阻力時將激活防夾功能。本次開發(fā)的電動側(cè)滑門參考標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計防夾力，由于防夾條受溫度影響比較大，允許的防夾條最大防夾力不大于60N，常溫下防夾力30N，霍爾防夾最大防夾力不大于60N。

2） 防夾區(qū)域

關(guān)門過程中，全行程采用防夾條和霍爾防夾，開門過程中全行程采用霍爾防夾。

3） 自動回縮

關(guān)門過程中，遇到障礙物觸發(fā)防夾時，滑門電機(jī)反轉(zhuǎn)回縮，直至回縮到最大開門位置。開門過程中，遇到障礙物觸發(fā)防夾時，滑門電機(jī)反轉(zhuǎn)回縮100mm停止動作。

2.3.2 電動側(cè)滑門解閉鎖

1） 中控解閉鎖

BCM接收到中控解鎖或閉鎖信號時，電動側(cè)滑門跟隨主副駕車門進(jìn)行解鎖或閉鎖動作。

2） 車速感應(yīng)上鎖

為保證行車安全電動側(cè)滑門配置的車輛需要具備車速感應(yīng)上鎖功能，當(dāng)BCM判斷車速信號首次超過20km/h且車門全部關(guān)閉，BCM激活車速感應(yīng)上鎖功能。電動側(cè)滑門同步上鎖。

3） 熄火解鎖

若點火開關(guān)擋位由ON變?yōu)镺FF且車速小于5km/h，BCM激活熄火解鎖功能，電動側(cè)滑門同步解鎖。

4） 碰撞解鎖

如果從安全氣囊ECU收到“碰撞發(fā)生”信號，BCM激活撞車解鎖。電動側(cè)滑門同步解鎖。

2.3.3 電動側(cè)滑門開關(guān)門

2.3.3.1 遙控側(cè)滑門開閉

1） 遙控關(guān)門

電動側(cè)滑門控制模塊500ms內(nèi)接收到兩次中控閉鎖信號后，執(zhí)行自動關(guān)門動作。①觸發(fā)遙控關(guān)門功能，滑門運行到終止位后停止動作，運行過程中收到中控解鎖或者閉鎖信號，滑門停止動作停在當(dāng)前位置。②如果滑門位置已經(jīng)在終止位，則遙控關(guān)門無動作。

2） 遙控開門

電動側(cè)滑門控制模塊500ms內(nèi)接收到兩次中控解鎖信號后，執(zhí)行自動開門動作。①觸發(fā)遙控開門功能，滑門運行到最大開門位置后停止動作，運行過程中收到中控解鎖或者閉鎖信號，滑門停止動作停在當(dāng)前位置。②如果滑門位置已經(jīng)在車門最大開啟位，則遙控開門無動作。

2.3.3.2 開關(guān)控制側(cè)滑門關(guān)閉

車輛解鎖，車門處于開啟狀態(tài)且上一次動作執(zhí)行為開門動作，電動側(cè)滑門控制器接收到主駕、B柱、滑門內(nèi)側(cè)、滑門外側(cè)任一開關(guān)短按信號后，觸發(fā)關(guān)門功能，滑門運行到終止位后停止動作。運行過程中再次觸發(fā)開關(guān)信號，滑門停止動作停在當(dāng)前位置。

2.3.3.3 開關(guān)控制側(cè)滑門開啟

車輛解鎖，手動擋車型車速不大于5km/h （自動擋在P擋），車門處于關(guān)閉狀態(tài)或者上一次動作執(zhí)行為關(guān)門動作，電動側(cè)滑門控制器接收到主駕、B柱、滑門內(nèi)側(cè)、滑門外側(cè)任一開關(guān)短按信號后，觸發(fā)開門功能。滑門運行到車門最大開啟位后停止動作。運行過程中再次觸發(fā)開關(guān)信號，滑門停止動作停在當(dāng)前位置。

2.3.4 電動側(cè)滑門系統(tǒng)靜態(tài)電流

電動滑門控制器靜態(tài)電流≤3mA。電動滑門控制器只接蓄電池常電，需要根據(jù)中控信號判斷是否進(jìn)入睡眠，中控閉鎖電動滑門控制器1min后進(jìn)入睡眠，中控解鎖電動滑門控制器立即喚醒。

2.3.5 電動側(cè)滑門保護(hù)機(jī)制

2.3.5.1 防夾保護(hù)

電動側(cè)滑門一觸式關(guān)閉或者開啟，累積大于3次未到達(dá)終止或者起始位置，控制模塊進(jìn)入防夾保護(hù)模式暫停電動門功能并蜂鳴報警。在防夾保護(hù)模式下，長按系統(tǒng)內(nèi)任意門控開關(guān)5s，則恢復(fù)正常功能，并且動作次數(shù)和防夾次數(shù)清零。

電動側(cè)滑門過于頻繁操作時（連續(xù)10s內(nèi)，觸發(fā)開閉累積3次），控制模塊進(jìn)入熱保護(hù)模式，暫停電動門功能并蜂鳴報警。3min后恢復(fù)正常或者長按系統(tǒng)內(nèi)任意門控開關(guān)5s恢復(fù)正常功能。

2.3.5.2 誤操作保護(hù)

電動側(cè)滑關(guān)門過程中，當(dāng)車速大于5km/h時（自動擋從P擋移除），電動側(cè)滑門會繼續(xù)正常關(guān)門。如果在電動門開門過程中車速大于5km/h （自動擋從P擋移除），電動側(cè)滑門立即停止。

2.3.5.3 電動側(cè)滑門開關(guān)故障屏蔽

為了便于操作，電動側(cè)滑門在主駕、B柱、滑門內(nèi)側(cè)、滑門外側(cè)均設(shè)置了滑門開關(guān)。當(dāng)電動滑門控制器接收到某一門把手開關(guān)信號連續(xù)保持5s以上時，判斷該門把手開關(guān)短路，將屏蔽該門把手開關(guān)輸入，暫停電動門功能并蜂鳴報警，直到該門把手開關(guān)斷開后恢復(fù)有效。

2.3.5.4 超行程保護(hù)

單次操作車門的開啟或者關(guān)閉過程，如果檢測超過系統(tǒng)標(biāo)定的最大霍爾脈沖數(shù)，車門將停止工作，暫停電動門功能并蜂鳴報警。

2.3.5.5 啟動卸荷

在電動側(cè)滑門開關(guān)過程中，點火開關(guān)打到START擋，電動側(cè)滑門控制器停止驅(qū)動電動側(cè)滑門并屏蔽輸入的門控開關(guān)信號。退出START擋位后，電動側(cè)滑門控制器恢復(fù)整車功能，執(zhí)行原操作動作。

2.3.5.6 停止策略

當(dāng)電動側(cè)滑門開啟到達(dá)車門起始位置時，在阻力作用下停止，機(jī)械結(jié)構(gòu)將會受車門慣性沖擊造成零部件提前損壞，嚴(yán)重時會造成齒輪切齒，電機(jī)電流陡增也會使觸點過早老化。為避免此現(xiàn)象，通過判斷霍爾總數(shù)，在電動側(cè)滑門開啟將要達(dá)到車門起始位置前設(shè)置軟停位置，到達(dá)軟停位置停止滑門驅(qū)動電機(jī)供電，車門最終靠阻力停止以減少沖擊。

該VAN類車型采用門閂吸合電機(jī)及其結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)自吸合門，需要的關(guān)門力相對較小，為了保證側(cè)門鎖正常上鎖，滑門除起動瞬間整個運動行程電機(jī)采用恒轉(zhuǎn)速控制，在電動側(cè)滑門關(guān)閉將要達(dá)到車門終止位置前，關(guān)門阻力增大，此時為保持電機(jī)恒轉(zhuǎn)速運行，滑門控制模塊增大扭矩，最后靠門的慣性和電機(jī)驅(qū)動力使滑門鎖卡入鎖扣，滑門鎖鎖止至全鎖位置時，電動門控制模塊收到全鎖反饋信號立即停止給滑門驅(qū)動電機(jī)供電。

3 總結(jié)

由于VAN類車型側(cè)滑門質(zhì)量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，隨著車輛使用年限加長，車門結(jié)構(gòu)變形和零部件老化會使側(cè)滑門運行阻力偏離設(shè)計值，當(dāng)車輛在坡上關(guān)門或坡下開門等工況下，會觸發(fā)車輛的霍爾防夾功能，因此側(cè)滑門控制系統(tǒng)無法在車輛全生命周期中滿足防夾功能。如果使用過程中由于車輛結(jié)構(gòu)變形阻力增大，防夾失效的次數(shù)不斷增多，為了保證電動側(cè)滑門工作正常，需要對車門結(jié)構(gòu)進(jìn)行校正或者更換輪系結(jié)構(gòu)涂抹潤滑脂。