基于动态采样的汽车电动窗控制技术研究

陈炳林金少华方政李万霞陈峰

（上海沪工汽车电器有限公司）

基于动态采样的汽车电动窗控制技术研究

陈炳林金少华方政李万霞陈峰

（上海沪工汽车电器有限公司）

提出一种基于动态采样方式的电动窗控制技术，该技术根据电动窗电机每次启动时的动态电流，经过加权平均计算出动态堵转电流参考值，然后确定该次的玻璃升降堵转电流，避免了采用固定堵转电流控制方式因受外部因素影响而导致的电动窗升降故障。试验结果表明，基于动态采样的汽车电动窗控制技术能够根据外部环境条件自适应调整堵转电流大小，有效解决了汽车在不同环境下玻璃升降过程中出现的故障和问题，提高了汽车电动窗控制器的可靠性和稳定性。

1 前言

2 电动窗控制器简介

图1为电动窗控制器原理框图，其主要由输入模块、输出模块、采样模块和处理模块等4部分组成。输入模块主要用来采集开关输入信号（数字信号量），而且开关信号都是非自锁信号；采样模块用来采集玻璃升降过程的电流，通过转换变成电压信号，然后通过AD采样转换成电流值；输出模块完成电机驱动的输出；处理模块通过输入信号、采样信号和传感器信号的输入量进行分析判断并计算出动态堵转电流，然后由输出模块驱动玻璃升降电机。

3 硬件设计

基于动态采样的汽车电动窗控制器的硬件电路主要包括输入电路、处理电路和采样电路，图2为其输入电路和处理电路，图中的开关信号都是低电平有效。当开关信号有效时，二极管D2、D3导通并起到防反接作用，稳压管ZD2、ZD3在整车电源系统出现抛负载时起稳压作用；电阻R6、R7为开关的上拉电阻，当开关信号有效时提供10 mA的湿电流防止开关触点氧化。

图3 为电动窗控制器电流采样电路。当上升开关信号有效时，达林顿管U2D输出低电平，继电器K3吸合，电机正向转动，玻璃上升，与电机并联的电容C8和压敏电阻V2起到电机反向电动势的抑制作用，电阻R8和电容C10组成RC电路，该电路可在电机启动和停止时对继电器触点起保护作用。U3B是一个差分运算放大器，用来检测玻璃升降过程中的电流变化，当电机运行时，电流流过采样电阻RS2，U3B对采样电阻RS2上的采样电压进行放大。该电流采样电路采用低边采样方式，可有效保护运算放大器。

电阻R24和电阻R25决定了运算放大器的放大倍数AU，即：

假设RS2的采样电流为IS2，则运算放大器的输出电压UO为：

该系统中R24=4.7 K，R25=47 K，所以AU=11。当已知AU和RS2值时，UO和IS2在式（2）中就形成了一一对应的映射关系。

4 软件设计

基于动态采样的电动窗控制技术软件设计主要基于动态采样的堵转控制算法流程设计，该设计包括动态采样电流的算法以及电动窗升降过程中电机堵转情况的判断。

图4为堵转控制算法流程，因为电机启动时的瞬态电流峰值与堵转时的电流峰值基本相等，因此可在车窗电机启动100 ms（该时间可根据具体电机调整）内读取启动时的峰值电流作为堵转电流参考值。在100 ms内连续采样20次，去掉最大值和最小值后取平均值，得到启动电流的平均值Io。但由于电动窗工作环境较恶劣，有时获取的Io并不一定准确，因此需要测量出电机实际堵转电流I，然后用I减去一个参考值X后得到一个堵转电流参考值Ic。当玻璃升降电机启动时，通过加权平均计算出Io，如果Ic-X＜Io＜Ic，说明读取的启动电流较可靠，将Io作为堵转临界值，也就是说当电动窗控制器工作时，若实际采集的电流大于Io，则认为电动窗控制器堵转，如果小于Io就认为不堵转，即实际动态堵转电流Id=Io，如果Io＜Ic-X，则Id=Ic-X；如果Io＞Ic，则Id=Ic。

WANG Xiaoli, GUO Jungang, MA Chi, et al. Study on the gemological characteristics of an illite-imitated Dushan jade[J]. Conservation and utilization of mineral resources, 2018(6):70-72, 76.

经过多次的实际测量，基于动态采样的电动窗控制器的电机实际堵转电流I=13.6A，参考值X=2 A，所以可根据实际的加权平均计算出的Io来确定动态的堵转电流值Id，如果9.6 A＜Io＜11.6 A，Id=Io；如果Io＜9.6 A，则Id=9.6 A；如果Io＞11.6 A，则Id=11.6 A。

电动窗控制器的状态切换过程如图5所示。图5中，“STOP”表示车窗停止动作；“UP”表示车窗手动上升；“DOWN”表示车窗手动下降；“AUTO DOWN”表示车窗自动下降；“DOWN判断”表示车窗下降状态判断；“PROTECT”表示车窗保护状态。

图5中各状态跳转条件如下：

a.状态①：当下降按键无效而上升按键有效时，实现玻璃上升控制。

b.状态②：当上升按键无效、车窗连续动作超过8 s、下降开关按下、车窗电机短路、堵转中出现任一情况时，电动窗控制器实现对电机的保护，系统进入保护状态。

c.状态③：当上升按键无效而下降按键有效时，实现玻璃下降控制。

d.状态④：当下降按键连续有效300 ms时，电动窗控制器完成玻璃点动下降控制。

e.状态⑤：当下降按键有效且有效时间为50～300 ms时，电动窗控制器完成玻璃自动下降控制，下降按键有效时间小于50 ms时电机不动作。

f.状态⑥：当下降按键无效、车窗连续操作时间超过8s、上升按键有效、车窗电机短路、电机堵转中任一情况出现时，电动窗控制器实现对电机的保护，系统进入保护状态。

g.状态⑦：当上升按键有效、下降按键有效、车窗动作超过8 s、车窗电机短路、电机堵转中任一情况出现时，不管是上升控制还是下降控制，如果在8 s内连续反复操作玻璃升降控制，则电动窗控制器停止工作，实现对电机的保护。

h.状态⑧：当上升按键和下降按键均无效时，处于保护状态下的控制器在20 s内电动窗不会输出对电机的控制信号，从而实现对玻璃升降电机的保护。

5 试验验证

为了验证基于动态采样的汽车电动窗控制算法在不同环境下的可靠性和稳定性，利用实际电机，在不同温度、不同电压下进行了测试试验。限于篇幅只针对相同温度、不同电压进行验证。

图6为电源电压为12 V时电动窗控制器实际测量波形，由图6可得UO=2.4 V，根据式（2），可得动态采样电流IS2=UO/AU/RS2=10.9 A，所以Io=IS2=10.9 A，因9.6 A＜Io＜11.6 A，所以Id=Io=10.9 A。根据图6中数值可计算出实际堵转电流约为12.5 A，大于动态堵转的临界值Id，表明电动窗控制器能够实现对玻璃堵转的控制。

图7 为电源电压为16 V时电动窗控制器实际测量波形，由图8可得UO=2.6 V，根据式（2），动态采样电流IS2=UO/AU/RS2=11.8 A，所以Io=IS2=11.8 A，因9.6 A＜Io＜11.6 A，则Id=Io=11.8 A。实际测量的堵转电流约为14.1 A，大于动态堵转的临界值Id，表明电动窗控制器能够对玻璃堵转进行正常控制。

图8 为电源电压为9 V时电动窗控制器实际测量波形，由图8可得UO=2 V，根据式（2），动态采样电流IS2=UO/AU/RS2=9 A，所以Io=IS2=9 A，因Io＜9.6 A，则Id=Io=9 A。根据图8中数值可计算出实际堵转电流约为11.8 A，大于动态堵转的临界值Id，说明电动窗控制器能够正常控制玻璃堵转。

6 结束语

大量的试验表明，基于动态采样算法的汽车电动窗控制技术在玻璃上升和下降控制中能够自适应调整堵转电流的大小，有效解决了汽车玻璃升降过程中出现的故障问题，提高了整车的安全性和可靠性。

1李松涛，李俊，林锦国.基于PIC单片机为内核的电机保护器的研制.机床与液压，2009，06.

2李文，张彬娜.感应电机参数辨识的计算机实现.大连交通大学学报，2008，02.

3丁卫东，王丽萍.基于单片机及CPLD的电动机保护装置的研究.电机技术，2003，1.

（责任编辑文楫）

修改稿收到日期为2014年3月1日。

Research on Automotive Electric Window Control Technology Based on Dynamic Sampling

Chen Binglin，Jin Shaohua，Fang Zheng，Li Wanxia，Chen Feng
（Shanghai Hugong Auto-Electric Co.，Ltd）

In the paper，an auto window control technology based on dynamic sampling technology is presented，which，according to dynamic current each time the electric window motor is activated，calculates the dynamic locked-rotor current reference value by means of weighted average，then determine glass lifting locked-rotor current，preventing the fixed locked-rotor current control method from being affected by external factors and lead to electric window failure during lifting.Test results show that this auto electric window control technology based on dynamic sampling can adaptively adjust magnitude of locked-rotor current according to external environment conditions，effectively eliminating the failure and defects of window glass during lifting under different circumstances，improving reliability and stability of auto electric window controller.

Auto electric window,Glass lifting,Controller,Locked-rotor current

汽车电动窗玻璃升降控制器堵转电流

U463.83+5

A

1000-3703（2014）07-0008-03