凌志LS400轿车电动门窗实验台设计与研究

张希通，关志伟，王凤忠，李建

（天津职业技术师范大学汽车与交通学院，天津 300222）

为结合实验教学，充实实验教学设备，使实验教学与操作训练有机地结合，培养学生的实际动手能力和创造力，结合汽车电动门窗常见故障，训练学生独立分析诊断的能力，选用具有代表性的车型设计、开发电动门窗实验台［1］。

1 总体设计功能要求

（1）设有台架以及设在台架上的面板，还包括供电装置，在台架上设有电动门窗，在面板上设有信号输出装置和输出接线端，供电装置、信号输出装置和输出接线端均与电动门窗电气连接。

（2）故障诊断功能。结合控制系统本身的故障自诊断功能可以任意设置故障，通过台面设计的功能区，进行设置故障和诊断故障。

（3）检测设备匹配功能。实验台设有一个诊断端子接口，可以与故障分析仪进行相连，直接测量输出信号，进行实车故障诊断与分析［2］。

（4）教学演示功能。真实反映出系统的组成及控制过程，并且实验台具有可操控性能，可以动态测试。

（5）在实验台上能够完整地实现电动门窗在实车上的全部功能。如防夹保护功能:在单触式自动关窗期间，如果异物卡在窗内，此功能自动停止电动车窗并将车窗玻璃向下移动大约50 mm［3］。

（6）实现速度感应式车门自动锁止功能。即当车速大于约20 km/h，所有车门均关闭时，此功能可使所有车门自动锁止。

2 电动门窗实验台的设计

实验台的设计要实现良好的操纵性能及示教效果，同时考虑整个系统构件的支撑及定位紧凑，台面质量分布均匀度、台面的整洁度、台面稳定性、运动件与固定件是否发生干涉等因素。

2.1 面板的设计

电器实验台的板面设计和制作主要依据LS400轿车电动门窗线束进行布置，同时也参照了LS400轿车电动门窗各电器元件的布置情况。该设计可以合理地利用板面空间，还可以尽最大可能地再现各电器元件在原车上的位置。但由于在同一平面上，没有空间位置关系，这样在某些细节部分和原车的实际位置就有一定的差别。板面尺寸的确定主要依据各个电器元件的形位尺寸和位置尺寸。根据线束的布置及几个主要元件的形位尺寸，然后初步估算板面的大小，把布置在板面轮廓上的元件的位置确定下来。

2.2 台架的选材

台架的材料选用45号方钢，强度、价格均可行。台架的各连接处均采用焊接，其强度不低于原材料的强度，可以达到支撑台面及固定、稳定的作用。为了移动方便，采用橡胶轮，起到减震的作用［4］。

2.3 实验台动力源的选择

为驱动电动门窗相关器件的运转，实验台需要有合适的驱动力，驱动力可选12 V蓄电池或电动机提供，该实验台选用12 V的蓄电池。

3 实验台显示面板设计

实验台面板的设计是整个设计的关键所在。包括信号输出装置、输出接线端、状态显示灯和显示仪表等。该设计遵循原车进行绘制，如图1所示，但略有改动，形象直观地再现了电动门窗的工作原理，同时根据实车中的常发故障现象，在电路中设置了检测端子，可通过专用检测仪器对各主要传感器、执行器的电压进行检测。

3.1 实验台的故障设置

实验台的故障设置可以迅速使电动门窗切换进入不同的故障状态，学生可以观察各种故障对电动门窗工况的影响，进一步确定故障现象，并可以利用解码器、万用表等仪器在实验台上进行检测和故障诊断与排除。控制电路中的故障是模拟实车电路中出现断路、搭铁不实、接触不良等故障现象来设置的［5］。因此，故障的设置是由一个隐蔽的开关对线路进行断开或接合的控制。隐蔽的开关被设置在实验台面板背面，进行集中控制。将一个故障开关置于断开的位置时，在实验台的相应部位就会产生一个故障。可以设置单一故障，也可以同时设置多个故障，便于现场教学演示与故障诊断测试与考核。故障设置开关如图2所示。

3.2 信号输出装置的设计

在教学过程中，接通电源，信号输出装置 （如状态显示灯、显示仪表、报警器等）可以将电动门窗的各种状态输出，用于向学生显示电动门窗的工作状态，如用于显示电动门窗闭锁器、电机或报警等状态;将检测仪器与输出接线端对接，可以检测电动门窗某处的电压或电流信号，如门窗电机的旋转方向、电机的电压等。其显示仪表可用以ATmega16单片机为核心的控制器先进行调试，经试验证明可行［6］。

3.3 控制电路的设计

实验台面板电路的设计中设置了检测点，因此在控制电路中对应地也设计故障点，每个故障点均设有开关，利用故障开关的通断来实现线路的通路和断路，进行故障模拟。

实验台的控制电路如电动车窗系统电路图3、电动门锁系统电路图4所示。

4 结束语

LS400轿车电动门窗实验台是针对国内职业教育行业的各类职业学校和培训机构进行设计的，它可以变被动教学为主动教学，激发学生的学习兴趣，可有效缩短授课时间。本实验台的开发应用，将对电动门窗系统的教学实施起到积极的推动作用。实验台检测技术相对先进，实用价值相对较高并且价格合理，具有一定的社会效益和经济效益。

【1】孟国强，张月英.电控发动机实验台的设计研究［J］.郑州铁路职业技术学院学报，2005，17（3）:37 －38.

【2】刘仲国.丰田凌志轿车故障诊断与维修手册［M］.北京:机械工业出版社，2003.

【3】刘希恭.凌志LS400轿车维修手册［M］.沈阳:辽宁科学技术出版社，2000.

【4】蔡伟义，李贵炎.自动变速器试验台的研制［J］.客车技术与研究，2003（6）:22－24.

【5】刘汉军.丰田汽车新技术:结构、原理与维修［M］.广州:广东科技出版社，2002.

【6】周兴华.手把手教你学AVR单片机C程序设计［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2009.