電動(dòng)滑門系統(tǒng)的控制邏輯的設(shè)計(jì)與研究

何少斌

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

電動(dòng)滑門系統(tǒng)的控制邏輯的設(shè)計(jì)與研究

何少斌

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

本文首先論述了電動(dòng)滑門系統(tǒng)在商務(wù)車中的重要性，闡述了汽車電動(dòng)滑門系統(tǒng)的功用和組成，并對(duì)電動(dòng)滑門的系統(tǒng)原理和主要功能進(jìn)行了梳理，從上述兩點(diǎn)入手，結(jié)合系統(tǒng)應(yīng)該考慮的安全性和舒適性,對(duì)電動(dòng)滑門系統(tǒng)的控制邏輯進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)與研究。其內(nèi)容主要包括電動(dòng)滑門四種工作模式間如何轉(zhuǎn)換；正常工作情況下的開門與關(guān)門如何實(shí)現(xiàn)；開門關(guān)門過(guò)程中駕駛員對(duì)主要開關(guān)進(jìn)行操作如何處理；防夾邏輯如何處理；熱保護(hù)設(shè)計(jì)；報(bào)警邏輯設(shè)計(jì)；啟動(dòng)卸荷邏輯設(shè)計(jì)；滑門速度如何控制；正常開關(guān)門的系統(tǒng)零部件時(shí)序；網(wǎng)絡(luò)休眠及喚醒設(shè)計(jì)等等。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)程度不斷增加，在系統(tǒng)邏輯中進(jìn)行了對(duì)滑門電機(jī)、離合器、閉鎖電機(jī)、解鎖電機(jī)和防夾條的斷路或異常檢測(cè)，并在檢測(cè)到異常后使系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的功能禁止，如禁止電動(dòng)功能或禁止電動(dòng)關(guān)門功能等。

電動(dòng)滑門；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；控制邏輯；防夾；模式轉(zhuǎn)換

CLC NO.:U463 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)05-12-06

引言

隨著目前國(guó)內(nèi)商務(wù)車銷量日益上升的趨勢(shì)，不少客戶也將其作為購(gòu)車選擇。而側(cè)滑門則是商務(wù)車典型的標(biāo)志之一。側(cè)滑門最大優(yōu)勢(shì)在于開啟后相對(duì)擁有更佳便捷性，方便乘客出入車廂以及便于往車廂里的裝卸貨物等，較之于旋轉(zhuǎn)外開的車門更加節(jié)省泊車時(shí)對(duì)周圍空間的要求。

傳統(tǒng)的側(cè)滑門，后排乘客進(jìn)出車廂時(shí)需要通過(guò)人力講將滑門拉動(dòng)使側(cè)滑門滑開或關(guān)閉。乘客在車外面拉一下車門把手，車門解鎖后人力拖拽車門使車門滑開，乘客上車后在車內(nèi)再拉動(dòng)內(nèi)側(cè)門把手使車門關(guān)上，此過(guò)程還需要一定的力度來(lái)使車門達(dá)到全關(guān)的位置。

電動(dòng)滑門系統(tǒng)的應(yīng)用使后排乘客進(jìn)出車廂的車門為電動(dòng)側(cè)向滑開或關(guān)閉。乘客在車外面拉一下車門把手，車門會(huì)電動(dòng)滑開，乘客上車后在車內(nèi)再拉下內(nèi)側(cè)門把手，車門就會(huì)自己關(guān)上。不僅后排乘客可以控制電動(dòng)側(cè)滑門，司機(jī)可以通過(guò)操作遙控鑰匙和駕駛員上方的按鈕來(lái)進(jìn)行打開或關(guān)閉側(cè)滑門。電動(dòng)滑門系統(tǒng)已經(jīng)成為高端商務(wù)車型的標(biāo)志性配置之一，它能夠大幅度提升車輛的品質(zhì)感和舒適性。

1、電動(dòng)滑門系統(tǒng)的控制邏輯的設(shè)計(jì)與研究

1.1 系統(tǒng)組成及原理框圖

1.1.1 系統(tǒng)組成

如圖1所示，電動(dòng)滑門系統(tǒng)由門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、門鎖系統(tǒng)、電動(dòng)系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)組成。電控單元通過(guò)檢測(cè)各電機(jī)狀態(tài)、各類信號(hào)機(jī)把手開關(guān)的狀態(tài)來(lái)判斷并驅(qū)動(dòng)各類電機(jī)及電磁離合來(lái)帶動(dòng)側(cè)滑門移動(dòng)以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)功能。

1.1.2 原理框圖

如圖2所示根據(jù)電動(dòng)滑門的系統(tǒng)組成，分析出電動(dòng)滑門控制模塊所需要的輸入輸出，控制模塊根據(jù)輸入的信號(hào)狀態(tài)來(lái)對(duì)判斷系統(tǒng)狀態(tài)和系統(tǒng)需求，并通過(guò)控制相應(yīng)的繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)滑門的電動(dòng)動(dòng)作。

1.2 接口設(shè)計(jì)分析

在上述系統(tǒng)原理框圖基礎(chǔ)上，下文將對(duì)接口部分的輸入輸出進(jìn)行分配設(shè)計(jì)。

1.2.1 電源分配

如表1所示。

表1 電源分配設(shè)計(jì)

1.2.2 網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)邏輯及功能的要求，系統(tǒng)需要在 CAN網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行收發(fā)信號(hào)，CAN網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)有：車速信號(hào)、制動(dòng)信號(hào)、換擋桿狀態(tài)、點(diǎn)火開關(guān)狀態(tài)、門鎖狀態(tài)、中門遙控開關(guān)、故障信息等，如表2所示。

表2 滑門控制器接收信號(hào)列表

表3 滑門控制器發(fā)送信號(hào)列表

11 Left_PSD_ Pinch_St 左滑門防夾狀態(tài) 0-無(wú)防夾、1-防夾事件12 Left_PSD_ Mode_St 左滑門模式狀態(tài) 0-手動(dòng)模式、1-自動(dòng)模式13 Left_PSD_ Operate_Protect 左滑門操作保護(hù) 0-正常、1-操作保護(hù)14 Left_PSD_ Pinch_Protect 左滑門防夾保護(hù) 0-正常、1-防夾保護(hù)15 Left_PSD_ Motor_Fail 左滑門電機(jī)故障 0-正常、1-故障16 Left_PSD_ CinchMotor_Fail 左上鎖電機(jī)故障 0-正常、1-故障17 Left_PSD_ ReleseMotor_Fail 左解鎖電機(jī)故障 0-正常、1-故障18 Left_PSD_ Clutch_Fail 左離合故障 0-正常、1-故障

1.2.3 開關(guān)輸入接口設(shè)計(jì)

開關(guān)狀態(tài)為電動(dòng)滑門系統(tǒng)的一個(gè)重要輸入環(huán)節(jié)，它是直接反應(yīng)駕駛員是否對(duì)電動(dòng)滑門系統(tǒng)進(jìn)行操作的依據(jù)，下面對(duì)開關(guān)量的輸入情況進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。

表4 點(diǎn)火開關(guān)狀態(tài)信號(hào)

表5 主開關(guān)狀態(tài)信號(hào)

表6 門把手開關(guān)狀態(tài)信號(hào)

表7 門把手開關(guān)邏輯關(guān)系

表8 頂置開關(guān)狀態(tài)信號(hào)

1.2.4 門鎖狀態(tài)接口設(shè)計(jì)

門鎖狀態(tài)包括以下四種：全鎖信號(hào)SW（FUL）、半鎖信號(hào)SW（HAF）、原先位置信號(hào)SW輸入（LVR）、棘爪信號(hào) SW輸入（PWL）。系統(tǒng)根據(jù)上述四種信號(hào)的工作狀態(tài)來(lái)判斷側(cè)滑門的實(shí)際工作狀態(tài)，用以控制模塊對(duì)系統(tǒng)下一步的具體動(dòng)作進(jìn)行邏輯判斷。四個(gè)信號(hào)的接口設(shè)計(jì)如下：

表9 門鎖狀態(tài)信號(hào)

1.2.5 防夾條接口設(shè)計(jì)

通常狀態(tài)下，防夾條的 TSW 和 TSG之間的阻抗值是796Ω～1050Ω之間。

用ECU來(lái)監(jiān)視TSW和TSG之間的阻抗值，阻抗值如低于120Ω，判斷防夾檢出。

1.2.6 電機(jī)接口設(shè)計(jì)

電機(jī)類接口設(shè)計(jì)根據(jù)電機(jī)特性參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，電機(jī)參數(shù)如下：

滑門電機(jī)主軸的公稱直徑為Φ62.1mm，也就是說(shuō)電機(jī)主軸轉(zhuǎn)一圈，皮帶輪位移194.9mm。門的行程是880mm。

表10 滑門電機(jī)基本參數(shù)

表11 閉鎖電機(jī)特性參數(shù)

表12 閉鎖電機(jī)狀態(tài)信號(hào)

表13 解鎖電機(jī)特性參數(shù)

表14 解鎖電機(jī)狀態(tài)信號(hào)

2.3 電動(dòng)滑門系統(tǒng)功能邏輯

2.3.1 滑門電機(jī)控制模式切換要求

滑門電機(jī)有四種控制模式，分別為自動(dòng)模式、持續(xù)剎車制動(dòng)模式、斷續(xù)剎車制動(dòng)模式、斷續(xù)剎車制動(dòng)模式、手動(dòng)模式。

自動(dòng)模式：PSD根據(jù)開關(guān)命令控制門電機(jī)運(yùn)動(dòng)；

持續(xù)剎車制動(dòng)模式：開關(guān)無(wú)效，不控制門電機(jī)，手動(dòng)動(dòng)作門速度超過(guò)一定值時(shí)，離合器一直O(jiān)N；

斷續(xù)剎車制動(dòng)模式：開關(guān)無(wú)效，不控制門電機(jī)，門有動(dòng)作時(shí)，離合器周期ON、OFF切換；

手動(dòng)模式：開關(guān)無(wú)效，門電機(jī)不動(dòng)作，只能手動(dòng)關(guān)門。

四種模式的轉(zhuǎn)換關(guān)系：

滑門全閉或全開位置時(shí)主開關(guān)OFF，切換到手動(dòng)模式；

滑門非全閉或全開位置時(shí)主開關(guān)OFF，切換到持續(xù)剎車制動(dòng)模式；

滑門自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)防夾時(shí)，反轉(zhuǎn)到全閉或全開位置；2次防夾后進(jìn)入斷續(xù)剎車制動(dòng)模式；

滑門自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生主開關(guān)OFF時(shí)，切換到持續(xù)剎車制動(dòng)模式，主開關(guān)ON后把手開關(guān)操作無(wú)效，頂置開關(guān)和鑰匙開關(guān)長(zhǎng)按有效，門可以自動(dòng)打開。

系統(tǒng)斷電后再上電，進(jìn)入斷續(xù)剎車制動(dòng)模式，滑門到達(dá)全閉位置，系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)模式；

滑門在自動(dòng)模式時(shí)，連續(xù)“停止-動(dòng)作-停止”5次后此功能失效，進(jìn)入斷續(xù)剎車制動(dòng)模式；待車門全閉或全開位置時(shí)恢復(fù)正常。

2.3.2 滑門系統(tǒng)自動(dòng)模式控制設(shè)計(jì)

門在全閉狀態(tài)，操作外把手開關(guān)、遙控開關(guān)、頂置開關(guān)執(zhí)行開門動(dòng)作；向開門方向操作內(nèi)把手時(shí)執(zhí)行開門動(dòng)作；向關(guān)門方向操作內(nèi)把手時(shí)不動(dòng)作。

門在全開狀態(tài)，操作外把手開關(guān)、遙控開關(guān)、頂置開關(guān)時(shí)執(zhí)行開門動(dòng)作；向開門方向操作內(nèi)把手時(shí)不動(dòng)作；向關(guān)門方向操作內(nèi)把手執(zhí)行關(guān)門動(dòng)作。

門在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，操作外把手開關(guān)、遙控開關(guān)、頂置開關(guān)時(shí)均為車門停止；開門過(guò)程中，向開門方向操作內(nèi)把手繼續(xù)開門，向關(guān)門方向操作內(nèi)把手，車門停止運(yùn)動(dòng)；關(guān)門過(guò)程中，向關(guān)門方向操作內(nèi)把手繼續(xù)關(guān)門，向開門方向操作內(nèi)把手，車門停止運(yùn)動(dòng)。

門中途停止時(shí)，操作外把手開關(guān)、遙控開關(guān)、頂置開關(guān)時(shí)執(zhí)行和停止前相反的動(dòng)作；向開門方向操作內(nèi)把手時(shí)執(zhí)行開門動(dòng)作；向關(guān)門方向操作內(nèi)把手時(shí)執(zhí)行關(guān)門動(dòng)作。

遙控鑰匙相關(guān)邏輯：滑門靜止時(shí)長(zhǎng)按 1.5S遙控要是按鍵，遙控信號(hào)有效；

滑門動(dòng)作時(shí)點(diǎn)動(dòng)遙控鑰匙按鍵該信號(hào)即可有效；IG ON時(shí)遙控信號(hào)無(wú)效。

駕駛席頂置開關(guān)相關(guān)邏輯：滑門靜止時(shí)長(zhǎng)按1S該開關(guān)，開關(guān)信號(hào)有效；滑門動(dòng)作時(shí)點(diǎn)動(dòng)該開關(guān)即有效。

自動(dòng)模式下開關(guān)滑門的時(shí)序如下：

表15 滑門系統(tǒng)自動(dòng)模式動(dòng)作分析

2.3.3 斷續(xù)剎車制動(dòng)模式控制設(shè)計(jì)

斷續(xù)剎車制動(dòng)模式：開關(guān)無(wú)效，電動(dòng)滑門系統(tǒng)通過(guò)一定間隔（500ms）的離合器ON/OFF循環(huán)操作，降低車門速度，限制滑門動(dòng)作。

2.3.4 持續(xù)剎車制動(dòng)模式控制設(shè)計(jì)

車門速度超過(guò)一定值后繼電器ON來(lái)降低速度；此時(shí)開關(guān)無(wú)效。

2.3.5 啟動(dòng)卸荷功能

車輛點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)，為保證啟動(dòng)電路使車輛順利啟動(dòng)，系統(tǒng)需要控制滑門電機(jī)停止工作，若正在滑門處于運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，短暫停止保障啟動(dòng)后繼續(xù)動(dòng)作。

2.3.6 滑門電機(jī)速度控制

關(guān)門時(shí)間4-5 s，開門時(shí)間4-5s（不同工況下有公差要求）；

車輛坡度15%內(nèi)都能實(shí)現(xiàn)上述要求；

開門時(shí)先加速再勻速，接近全開 100mm時(shí)減速；關(guān)門時(shí)先加速再勻速，接近全關(guān) 300mm時(shí)減速，所有的滑門速度根據(jù)實(shí)車標(biāo)定得到。

2.3.7 熱保護(hù)控制

防夾時(shí)檢測(cè)到熱保護(hù)，應(yīng)該繼續(xù)動(dòng)作；

進(jìn)入熱保護(hù)時(shí)，電動(dòng)滑門系統(tǒng)忽略打開命令，執(zhí)行關(guān)閉命令；

在室溫下，熱保護(hù)算法至少在電機(jī)運(yùn)行10個(gè)循環(huán)后才能激活。

2.3.8 報(bào)警邏輯

全閉狀態(tài)執(zhí)行開門操作，長(zhǎng)鳴1S后執(zhí)行開門動(dòng)作；

全開狀態(tài)執(zhí)行關(guān)門操作，長(zhǎng)鳴 1S后執(zhí)行關(guān)門動(dòng)作，關(guān)門過(guò)程中以1.5Hz頻率鳴叫；

動(dòng)作過(guò)程中操作開關(guān)、把手，鳴叫一聲；

異物檢出（防夾），異物檢出快速鳴叫兩聲；兩次異物檢出后長(zhǎng)鳴2S；

主開關(guān)OFF，操作頂置開關(guān)時(shí)快速鳴叫兩聲；

車門動(dòng)作中主開關(guān)OFF時(shí)鳴叫2S。

2.3.9 防夾設(shè)計(jì)

防夾邏輯主要是檢測(cè)障礙物，檢測(cè)到以后執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作：

通常狀態(tài)下，防夾條的 TSW 和 TSG之間的阻抗值是796Ω～1050Ω之間。用ECU來(lái)監(jiān)視TSW和TSG之間的阻抗值，阻抗值低于120Ω以下的話，判斷防夾檢出；

門打開和關(guān)閉方向都有防夾保護(hù)，如果檢測(cè)到發(fā)生防夾，反轉(zhuǎn)到全開/全閉；

開門過(guò)程中前N個(gè)霍爾信號(hào)內(nèi)無(wú)防夾功能，關(guān)門過(guò)程中門進(jìn)入半鎖后無(wú)防夾功能。

2.3.10 執(zhí)行滑門動(dòng)作注意事項(xiàng)

離合器斷線時(shí)禁止電動(dòng)滑門動(dòng)作，這個(gè)狀態(tài)下，如果可以進(jìn)行電動(dòng)的話不僅不發(fā)使滑門移動(dòng)，而且滑門會(huì)變成自由狀態(tài)，存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

滑門電機(jī)異常時(shí)禁止電動(dòng)滑門動(dòng)作，這個(gè)狀態(tài)下，如果發(fā)出電動(dòng)命令的話滑門是無(wú)法動(dòng)作的。

注：離合器和滑門電機(jī)的斷線檢測(cè)方式：檢測(cè)離合器和滑門電機(jī)工作時(shí)電流，如果電流過(guò)小，判斷為斷線。

2.3.11 執(zhí)行關(guān)門動(dòng)作注意事項(xiàng)

檢測(cè)到防夾條斷線時(shí)禁止電機(jī)執(zhí)行關(guān)門動(dòng)作，如果可以進(jìn)行電動(dòng)關(guān)門的話系統(tǒng)無(wú)法檢測(cè)是否存在異物，存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

電動(dòng)門鎖異常時(shí)禁止電機(jī)執(zhí)行關(guān)門動(dòng)作，這個(gè)狀態(tài)下，關(guān)閉滑門后滑門無(wú)法固定在全閉位置，行駛中滑門會(huì)有打開的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3.12 執(zhí)行開門動(dòng)作注意事項(xiàng)

由于車輛行駛中滑門打開的話存在乘客掉出車外的風(fēng)險(xiǎn)，車輛在行駛過(guò)程中（含車輛行駛狀態(tài)不明的情況）禁止滑門電機(jī)執(zhí)行開門動(dòng)作。當(dāng)系統(tǒng)不能明確車輛是否處在行駛狀態(tài)時(shí)也應(yīng)禁止滑門電機(jī)開門動(dòng)作。

2.3.13 禁止操作事項(xiàng)

短時(shí)間內(nèi)反復(fù)切換繼電器，會(huì)導(dǎo)致繼電器觸點(diǎn)熔化；

離合OFF狀態(tài)下，滑門正在移動(dòng)過(guò)程中，禁止離合器切為ON狀態(tài)；離合器改為ON時(shí)，必須確認(rèn)車門不在動(dòng)作；

禁止長(zhǎng)時(shí)間向離合器輸入高電壓，會(huì)有起火的可能性。

2.3.14 滑門控制器注意事項(xiàng)

在滑門電動(dòng)上鎖過(guò)程中，無(wú)論哪個(gè)開關(guān)觸發(fā)為 ON，判斷有問(wèn)題產(chǎn)生，必須將車門打開；

解鎖電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮避免由于一個(gè)故障而導(dǎo)致解鎖電機(jī)誤動(dòng)作，則車門會(huì)隨意打開；

離合器控制電路設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮避免由于一個(gè)故障而導(dǎo)致離合器長(zhǎng)時(shí)間處于ON狀態(tài)；

滑門控制器沒(méi)有供電時(shí)，將掉電前位置信息清除掉；

滑門電機(jī)組無(wú)防水設(shè)計(jì)，為避免接觸到水，需要從結(jié)構(gòu)上確保車輛側(cè)的防水性。

2.3.15 休眠喚醒條件

休眠喚醒條件如下：

休眠電流要求：<0.4mA(12V)休眠時(shí)要求：關(guān)閉無(wú)用IO、關(guān)閉開關(guān)采集。

3、結(jié)論

本論文從電動(dòng)滑門系統(tǒng)的組成入手進(jìn)行分析，總結(jié)出系統(tǒng)所涉及的輸入輸出信號(hào)，并根據(jù)此分析給出電動(dòng)滑門系統(tǒng)原理框圖。對(duì)原理圖所涉及的每一個(gè)接口進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包括電源模塊、啟動(dòng)開關(guān)、主開關(guān)、把手信號(hào)、閉鎖電機(jī)、解鎖電機(jī)、滑門電機(jī)、防夾條信號(hào)等。

在本次設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)為控制邏輯部分，該部分對(duì)電動(dòng)滑門系統(tǒng)的工作模式和工作模式之間的轉(zhuǎn)換條件進(jìn)行了設(shè)計(jì)。同時(shí)給出了自動(dòng)模式下各種工況下，操作觸發(fā)信號(hào)時(shí)滑門系統(tǒng)的動(dòng)作，以及斷續(xù)剎車模式的工作狀態(tài)和持續(xù)剎車模式的工作狀態(tài)。

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[4] 李林 ，汽車運(yùn)用[J]. 2008（05）.

The System design and control logic of Power-operated sliding door

He Shaobin
（Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd, Anhui Hefei 230601）

This paper firstly discusses the importance of power-operated sliding door （PSD）system in commercial vehicles，and expounds the function and structure of the PSD system，also generalizes the principle of PSD and the main function.From the above two points,this paper designs and researches detailedly in allusion to the control logic of PSD in combination with the safty and comfortly of the system.Its content mainly includes the PSD between the four working modes how to convert:work normally open and shut the door how to implement,the door is closed in the process of driver operating the main switch, how to deal with clip logic,thermal protection design,Alarm logic design,Start unloading logic design, how to control the speed of the sliding door,normal closed system components sequence,network sleep and wake up design and so on.Increasing the degree of understanding of the system,in the system logic to the sliding door motor, clutch, atresia, unlock the motor and the clamp of the cut-off or anomaly detection,and make the system accordingly after detected abnormal function is prohibited,such as the ban electric function or closed electric function.

Power-operated sliding door; System design; Control logic; Mode swapping; fangga

U462

A

1671-7988(2015)05-12-06

何少斌，本科學(xué)歷，現(xiàn)就職于 安徽江淮汽車股份有限公