一種新型防夾天窗的設(shè)計

崔光宇，郭興龍，劉牧之

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心 河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

在汽車行業(yè)高度發(fā)展的今天，天窗是當(dāng)代汽車中很重要的一項配置，目前已經(jīng)由中高檔私家車延伸到低檔車上，它的功能自然不必多說了——通風(fēng)、換氣、采光［1］。對不少人而言，沐浴著陽光駕車時或許能令心情更為明朗，這便是天窗帶來的附加作用。天窗在給人們生活帶來舒適感的同時所存在的問題也就暴露出來了，如我們經(jīng)常在各種媒體上看到的天窗夾人、天窗關(guān)閉不嚴(yán)等問題。為了保證人們的財產(chǎn)或者生命安全，成為一個急需解決的問題。本文結(jié)合筆者多年的汽車電子工作經(jīng)驗設(shè)計出了一款新型的防夾天窗電路，并在某合資品牌車輛上得以推廣。

1 防夾天窗的硬件電路結(jié)構(gòu)

該款汽車防夾天窗的硬件結(jié)構(gòu)在設(shè)計時，主要解決了以下問題：①采用了雙通道PNP三極管將天窗的開、關(guān)以及向上傾斜、向下傾斜信號傳遞給天窗電動機(jī)驅(qū)動芯片，來實(shí)現(xiàn)對天窗電動機(jī)的雙向控制。②通過霍爾元件A3280來實(shí)現(xiàn)對天窗位置的監(jiān)控并以LIN報文的形式反饋給BCM（車身控制模塊），同時BCM將車速信號發(fā)送給天窗電動機(jī)控制單片機(jī)，來禁止在車輛高速行駛時打開天窗。③當(dāng)天窗電動機(jī)堵轉(zhuǎn)時，電動機(jī)驅(qū)動器會反饋電流信號給主控制器，同時主控制器發(fā)送信號給天窗電動機(jī)驅(qū)動芯片，使天窗退回。天窗硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1）微控制器 控制器硬件電路采用ST公司生產(chǎn)的8位汽車專用STM8AF5189微控制器作為主芯片，能夠進(jìn)行LIN信號及模擬信號的獲取及通信［2］。主要特點(diǎn)有：具有CAN通信接口，可直接與CAN總線驅(qū)動器連接，進(jìn)入CAN網(wǎng)絡(luò)；具有LIN UART接口，可以實(shí)現(xiàn)LIN的主／從工作模式并能夠?qū)崿F(xiàn)自動重同步；IIC接口，與存儲器直接連接進(jìn)行數(shù)據(jù)的修正以及數(shù)據(jù)的存儲；SPI總線接口可以使得與控制芯片的交互速率達(dá)到10Mbit／s；正常工作溫度可以達(dá)到150℃，滿足車輛需求。STM8AF5189的管腳圖如圖2所示。

2）開關(guān)檢測 本設(shè)計開關(guān)檢測部分主要采用一個5引腳的雙PNP三極管，天窗關(guān)閉和打開為一組，天窗的上傾斜和下傾斜為一組，天窗開關(guān)電路如圖3所示。當(dāng)按下開關(guān)A時，A端搭鐵，R1端電壓變化，U1處的PNP導(dǎo)通，導(dǎo)致B端的信號變化，將B端信號發(fā)送給主控制器，微控制器接收到電壓變化信號后發(fā)送驅(qū)動指令給電動機(jī)驅(qū)動器，從而使天窗運(yùn)動。

3）電動機(jī)驅(qū)動 本文用到的電動機(jī)驅(qū)動主要采用的是ST VNH3ASP30汽車專用雙向電動機(jī)驅(qū)動器，其主要特點(diǎn)在于：①最大輸出電流可以達(dá)到40A，滿足天窗電動機(jī)工作電流要求；②具有低壓和過壓保護(hù)的特性；③具有線性電流控制；④具有熱保護(hù)功能，多次重復(fù)操作以后將會自動停止工作，進(jìn)入熱保護(hù)狀態(tài)，等待30min后恢復(fù)工作；⑤具有電流信息反饋功能，可以將電流過大信息反饋給微控制器，如圖4所示。

當(dāng)按下開關(guān)的時候，微控制器發(fā)送電動機(jī)驅(qū)動信號給INA或者INB。當(dāng)發(fā)送驅(qū)動信號給INA時，OUTA輸出為高，OUTB此時就為低，假設(shè)此時電動機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)發(fā)送驅(qū)動信號給INB時，OUTB輸出為高，OUTA為低，此時電動機(jī)反轉(zhuǎn)。當(dāng)電動機(jī)堵轉(zhuǎn)時，OUTA和OUTB之間的電流瞬間增大，此時通過CS引腳將電流變化信號發(fā)送出來，通過RH8和RH9的分壓可以在微控制器上檢測到電壓變化，微控制器發(fā)出指令將天窗電動機(jī)退回初始位置，并通過LIN信號將這一消息發(fā)送給BCM，讓BCM做出反應(yīng)［3］。

4）電動機(jī)檢測 這里用到的是A3280霍爾元件。該元件的作用是通過檢測天窗的運(yùn)動，主微控制器根據(jù)天窗電動機(jī)運(yùn)動的信息發(fā)送信號給PG7引腳，然后PG7引腳通過霍爾元件A3280來調(diào)節(jié)PD4的電壓信號，并將天窗的實(shí)際位置發(fā)送給微控制器，微控制器將信號轉(zhuǎn)換成LIN信號，并將信號發(fā)給BCM，其原理如圖5所示。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。本系統(tǒng)軟件主要是由LIN通信協(xié)議程序和數(shù)據(jù)處理程序組成。LIN通信協(xié)議程序主要負(fù)責(zé)與BCM的交互［4］，通過接收BCM發(fā)出的車速信號來判斷當(dāng)前條件下是否可以開啟天窗，同時向BCM發(fā)送天窗的當(dāng)前位置以及天窗被堵轉(zhuǎn)后的信息警告［5］。軟件實(shí)現(xiàn)流程如圖6所示。

3 結(jié)束語

本文通過對汽車天窗電動機(jī)控制電路的進(jìn)一步創(chuàng)新，通過增加如位置檢測、堵轉(zhuǎn)檢測等模塊的辦法使得天窗電動機(jī)具有防夾功能，并實(shí)現(xiàn)了天窗電動機(jī)和車身控制模塊 （BCM）通過LIN信號進(jìn)行交互。目前來看，LIN通信時滿足客戶需求。同時本產(chǎn)品采用的微主控制器由于具有CAN控制器模塊，所以可以在原有的基礎(chǔ)上增加CAN模塊，以滿足客戶的更高需求［6］。

［1］ 陳光前.汽車電子技術(shù)的發(fā)展及其在我國的應(yīng)用［J］.汽車與配件，2009（22）：22-25.

［2］ 李業(yè)德.基于單片機(jī)的汽車制動性能檢測儀的設(shè)計［J］.微計算機(jī)信息，2007，23（20）：239-240.

［3］ 朱則剛.現(xiàn)代汽車的電子控制［J］.汽車工程師，2009（1）：49-54.

［4］ 劉曉巖.汽車電子應(yīng)用中的線控技術(shù)［J］.中國科技信息，2009（6）：131，134.

［5］ 李全利，遲榮強(qiáng).單片機(jī)原理及接口技術(shù) ［M］.北京：高等教育出版社，2005.

［6］ 莊彥霞.汽車電子技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢淺析［J］.農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2009（2）：50-52.