浅谈轿车电动车窗系统的改进

方瑞莲　苏通　左明方　区圣锋　阚钧宇

摘 要：目前我国市面上部分中、低档汽车未配置智能关窗功能，而在车主离开车子锁门却忘记关好车窗的例子有不少，如果遇雨水天气就会遭遇车内被淋的现象。“感应式辅助关窗系统”是借助车子配置有电动车窗的基础上，由传感器采集信号给控制器，然后由控制器接通车窗电路而自动关窗，从而降低汽车电器电路故障的几率。

关键词：电动车窗 雨水感应 辅助关窗

中图分类号：TN710 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）02（c）-0087-02

自从20世纪80年代以来，汽车发展开始朝着电子化、智能化的方向发展了。到了现代，人类已不满足于汽车现有的传统简单功能，人们逐渐淘汰了纯机械式汽车，慢慢朝着智能化发展了。

现在，人们对汽车有了更高的要求，那就是智能汽车。智能汽车已经是世界汽车发展的新潮流，是汽车科技发展的风向标。

1 基本现状

汽车车窗系统在汽车电气设备中是必不可少的。在不需要开空调的天气条件下，它可以给车内通风，调节车内温度。可以使车内人员的视野大幅增加，也可以防止雨水侧刮进汽车内。而当驾驶员把汽车停在露天环境的停车场，为了保证车内空气流通而使关闭的车窗保持一道缝隙。如果下起了雨，雨水就可能会被风刮进汽车内，会对车内的电子设备及内饰、座椅等设备造成破坏。还有些车主喜欢自己冲洗爱车。而有的车主在自己冲洗爱车之前忘记关车窗，导致出现了把水冲进驾驶室的尴尬局面。针对这些现象，我们设计了在车子上安装相应传感器，通过传感器采集雨水信号、车窗未关信号等传给控制器，由控制器接通车窗关闭电路，从而实现“雨天感应辅助关窗”功能，避免此类车子因车主停车时疏忽未好车窗而车内被淋的状况。虽然此设计涉及汽车智能化的深度较小，但也融于现代汽车智能化发展的潮流之中，也能为推动汽车智能化事业的发展尽一股绵薄之力。

2 感应关窗系统的研究

2.1 系统结构及组成

感应式自动关窗系统由两大系统组成。一是汽车原有的电动车窗升降系统，二是感应控制系统。电动车窗升降系统主要是由控制电路，门窗升降器组成。感应控制系统由传感器，继电器组成。

设计的结构不改变原有的车窗举升器电路，在原有电路控制的电动机上直接加装设计的电路，通过传感器触发继电器形成控制电路，原有的电路则为工作电路。而且控制电路在车内有乘客的情况下可以断路，不会触发控制电路工作，不影响汽车驾驶员及乘客的自主操作，也不会使驾驶室车窗和其他座车窗控制电路发生故障，不会影响原有电路下车窗举升器的使用。

2.2 元器件的选用

2.2.1 电源

通常来说，车窗中举升器普遍的工作电压为12V，确定我们要用12V的电源，所以选用电源的规格是输出电压12V，其最大电流8A。也就决定了整个工作电路中的电压最大不超过8A。

2.2.2 继电器

继电器种类繁多，电动轿车采用电磁继电器。电磁继电器的工作原理是利用电磁原理，通入电流使继电器中的铁芯产生磁场，进而吸合铁芯上方的铁片或其他受磁力影响的物体，接通或关闭工作电路。根据工况确定使用12V5脚常开常闭通用继电器。

2.2.3 车窗举升器

因为电源的原因，车窗举升器的额定工作电压应为12V，应该采用额定电压12V的电动车窗举升器，额定负载80～120N，确定最大电流。

2.2.4 热变阻器

通过计算确定电源最大输出功率，电路中的额定功率最大为12V×8A=96W，所以热变阻器的功率应该在100W左右。需要测定的电阻值范围12V÷1.2A=10Ω，12V÷0.2A=60Ω。电阻要在10～60Ω。所以要选择的热变阻器阻值与功率的范围就确定了。热变阻器在电路中起到的是短时断路的作用，汽车车窗电路中电流电路不高，因此热变阻器的灵敏度不宜过大。

2.2.5 传感器

现在普遍应用的主要是光学式传感器和电容式传感器这两种主流传感器。电容式传感器，它工作的原理主要是利用水的介电常数和玻璃的介电常数有非常大的差异，水的介电常数是80，玻璃的介电常数是2。我们平时比较常用的办法是在汽车挡风玻璃的内、外层之间平行安装两个体积很小金属极板，并且使其中一组金属极板相交错，不能触碰到别的金属极板。当外界天气晴朗，挡风玻璃没有沾到雨水的时候，挡风玻璃外表面和每组金属极板之间就形成了电介质空间。当外界处于下雨状态，汽车挡风玻璃沾到雨水的时候，汽车擋风玻璃间沾到的雨水量的差异，挡风玻璃的介电常数就会发生变化，雨水就触发了传感器并使其工作。可以将传感器安装在汽车玻璃的内表面，虽然传感器的灵敏程度会有所下降，但是由于玻璃与水的介电常数差异非常大，不会影响其使用效果。还有一种传感器的工作原理利用光线的折射工作的，叫光学传感器。光学传感器的工作原理是其中内置一个发光二极管，发光二极管发出一束锥形光线穿过汽车挡风玻璃。当外界没有下雨，汽车挡风玻璃没有沾到雨水的时候，玻璃介质会把绝大部分的光线反射到光学传感器上，当外界下雨的时候，挡风玻璃上会有雨水滑落，部分光线的反射会发生变化，这就使光学传感器接收到光的总量会发生改变。这就是光学传感器的工作原理。

决定采用的是电容传感器中的非接触式液体传感器，PNP常闭输出。它拥有体积小、成本低、灵敏度高、易于操作等特点。选用的电源电压应为12V，所以传感器的工作电压不能小于12V。选用的传感器规格为输入电压5～24V，额定电流5～100mA，输出电压等于供电电压。

2.2.6 导线

选用的导线在长度为10m时的电阻值为0.6Ω，试验中使用的最长的长度为1.0m。0.625÷10m=0.06Ω，1.0m×0.06Ω=0.06Ω，在实际中电路中的阻值还要根据电线长度来确定。

2.3 传感器的工作原理

采用的传感器是非接触式液体传感器。其采用的是先进的信号处理技术及高速信号处理芯片，可以检测到厚壁容器内的液体。满足在汽车内部玻璃上检测到雨水的条件。这样可以避免强酸、强碱或者具有强腐蚀性的液体损坏传感器表面。非接触式液体传感器是利用水的感应电容来检测是否有液体的存在，感应器没有接触到液体或装有液体的容器时，感应器上有分布电容的存在，此时对地感应的状态为静态电容，当有水或其他液体存在时，由于液体的导电性，使感应器的电容值增大，变化的电容量转化为电信号的变化量，当电信号的变化量超过一定值，传感器便会被激发，输出信号。

具体连接方法是传感器总线连接电源正极，蓝线和黑线共同接在滑动变阻器1的一端，另一端接在电源负极，黄线接在继电器线圈一端，继电器另一端接入一个滑动变阻器2之后再由滑动变阻器2的另一端接入电源负极。此为控制电路。继电器的两个常开接头则连接车窗举升器电动机。传感器由电源独立供电。汽车使用时关闭其电源。驻车后才会启动电源。

2.4 感应式自动关窗系统的工作原理

电动车窗由控制电路、车窗举升器组成。主要组成部分是电源、断路器、继电器、开关、电动机等。操作车窗升降的有驾驶员和乘客。驾驶员不仅可以操控驾驶位的车窗，也可以操控副驾驶及后排乘客的车窗。而副驾驶及乘客只能操作自己的座位那一侧的车窗。

比如副驾驶车窗的控制。当驾驶员控制时，开关5因钥匙的转动而闭合。传感器电路不会接通。驾驶员按下主开关（也就是驾驶位的总开关，下同）时，电路中电流的方向是电源正极→主开关→副驾驶开关左触点→举升器电动机→断路器→副驾驶开关右触点→主开关→搭铁→电源负极，就形成了完整电路。该电路中电流的方向使举升器电动机正转，车窗上升。当车窗下降时，驾驶员按下主开关的下降位置，电路中的电流与之前的方向相反，使电动机反转，车窗下降。而副驾驶操作时，按下车窗上升开关，电路中电流的方向是电源正极→副驾驶开关左触点→举升器电动机→断路器→副驾驶开关右触点→搭铁→电源负极，形成完整电路，车窗上升。当车窗下降时，副驾驶按下开关上的下降开关，电路中电流方向与之前的相反，使电动机反转，车窗下降。二极管是为了防止电源正极电流直接流入传感器的黄色导线。

如果驻车后遇到下雨天而车窗未关紧这种情况时，上述的电路就起作用了。当驾驶员离开汽车时，钥匙拔出，开关5断开，继电器1是常闭型，此时吸合，同时，继电器3为常开型，此时断路，防止开关1和开关3所连接的导线形成短路。传感器电路接通，当传感器检测到落在挡风玻璃上的雨水时，传感器感应到液体，便会输出信号，继电器2为常开型，此时吸合，而继电器控制着举升器电动机。只要让电流的方向使电动机正转，车窗便会升起。

3 结语

可以想象，如果本次设计的成果可以用到实际生活当中去，在使用汽车时会更加方便，更人性化。使用感应式自动车窗的车主就不用担心下雨会淋湿驾驶舱内的问题了。免去了很多因个人的疏忽而導致众多烦心事的发生。并且，在汽车智能化不断发展的今天，智能车窗必定是一个不可不提的内容，智能车窗对汽车用户对汽车智能化的体验来说是非常重要的，应该可以算是最基础的硬件要求。

参考文献

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