汽车电动车窗控制电路浅谈

李仁明

（湖北省齐星汽车车身股份有限公司技术中心，湖北 随州 441300）

现在汽车电动车窗电机采用的都是永磁式直流电机，该电机具有体积小、结构简单、安全可靠、噪声小等优点。电动车窗现在基本上已是汽车上的标准部件，其结构、控制方式多种多样，本文对其控制电路原理作简要介绍。

1 传统电动车窗电气原理

汽车上的车窗玻璃升降器最初为机械式，通过手动摇窗把手驱动升降器来进行车窗玻璃升降，为了安全，驾驶员侧车窗升降时需要在停车时进行。后来为了方便、安全，已逐步改为电动车窗，通过操纵车窗升降开关来控制玻璃升降。传统的电动车窗电气原理图见图1。按下车窗升降开关时，电机电流需要通过车窗开关触点，在升降器升到顶或下降到底若未及时松开开关时，电机堵转，通过升降开关的电流突然猛增，会导致开关的提前损毁、开关故障率较高，甚至升降器齿盘切齿。

图1 传统电动车窗电气原理图

2 增加下行程开关

针对图1的缺点，对该电路进行了改进，见图2。因车窗玻璃上升到顶时，驾驶员一般会注意到，但车窗玻璃是否已下降到底了，驾驶员一般不容易判断，因此，在升降器 (叉臂式)导轨上安装了一个行程开关，当升降器降到底时，将该行程开关顶开，立即断开开关和电机电流。因此，升降器开关的故障率立即下降了很多。为什么只增加了下行程开关而未增加上行程开关呢？因上行程开关对位置很敏感，若位置稍有偏差，过低会导致车门玻璃升不到位，驾驶员会抱怨；过高又失去了作用，反而增加了一个故障点，且当车窗玻璃上升到车门顶部时，驾驶员一般会注意到；但装下行程开关就不同了，可将该开关设置到较升降器降到底端稍偏上一点的位置，虽然车门还未降到底，但驾驶员也没什么感觉，不会提出异议。经过耐久性试验满足标准要求后，我公司使用该原理的车曾批量生产数年。

图2 增加下行程开关的电动车窗电气原理图

3 增加电流保护器

增加下行程开关的电动车窗的车经过一段时间的使用，偶尔有用户反馈升降器不工作，但有时车辆振动后，升降器又能动了。经分析，发现因电机电流也通过下行程开关，升降器上升到顶时还是存在堵转，电流较大，使用一段时间后该开关触点烧蚀，造成接触不良。同时，升降器开关故障率虽然下降很多，但还是有反馈。为减少用户抱怨，对该电路又进行了一次改进，取消了行程开关，增加一个电流保护器，见图3。

图3 增加电流保护器的电动车窗电气原理图

这个电流保护器对通过电动车窗的最大电流进行了限制，正常24 V升降器上升电流约为3.5 A左右，下降时更低，将此保护电流设为7 A，可保证升降器正常升降，但在堵转时又可断开电路电流，对开关起到保护作用。若生产时，因车门变形、升降器未装好等问题，电动车窗玻璃就会升不到顶，电流保护器能及时发现、控制。因此我公司一直使用到现在，效果较好。

4 12 V车系电流保护器控制

图3电路虽然使用效果总的来说较好，但是车窗升降开关仍偶尔反馈有损坏的。图3电路主要用在24 V系统的重型商用车和特种车上。后来开发12 V轻型商用车和电动车时，因其电流为24 V系统的2倍，开关更容易损坏。为了保证产品品质，又针对性开发了一款改进型的12 V电流控制器，升降器电气原理图见图4，该方案中车窗升降开关只提供控制信号，电机电流只流过电流控制器，而不再经过开关；同时，电流控制器也对电机电流进行检测、过载保护。经批量使用，该升降器系统几乎没有故障反馈。但因方案需要2个电流控制器，成本较高，因此仅在12 V车型上使用。上述图3、图4中的电流控制器限于当时成本，都是采用分离电子元件、继电器来进行控制，当然也可采用单片机来实现。

图4 采用12 V电流保护器的电动车窗电气原理图

5 采用继电器控制

为降低成本，也可采用全部由继电器控制的方案，见图5。该方案电气原理简单清楚，图中车窗升降开关只提供控制信号，开关不存在损坏，但升降器电机无过载保护功能。

图5 采用继电器控制的电动车窗电气原理图

6 采用BCM控制

随着电子技术的进步，车身控制模块 (Body Control Module，简称BCM)在汽车上使用越来越多，根据控制内容的多少，不同的BCM差别很大。最初用在车身上的就是车门、车窗控制模块，图6是其中的一种，车窗玻璃升降、中央门锁 (遥控)由单片机进行控制，电路简单、可靠性高，因其控制内容少，价格也相对较低。

图6 由简单BCM（门锁、车窗）控制的电动车窗电气原理图

图7 BCM控制的电动车窗电气原理图

图8 BCM内部采用继电器控制的电动车窗、中控锁控制简图

图7是另一种BCM电气原理示意图，也是由单片机进行控制，除控制车窗玻璃升降、中央门锁外，还有手制动开关、警报开关等，其控制内容较图6多，价格也相对高点。更复杂的BCM其控制的容更多，当然价格也更高，但其控制车窗玻璃升降、中央门锁的原理大同小异，都是由单片机控制，见图8。由车窗升降开关发给单片机控制信号，然后由单片机控制三极管等来驱动继电器，进而控制升降器电机的上升和下降。有的BCM会设计专用电路对电机电流进行检测，进行过载、断路等保护，比较简单的BCM就没有这些保护措施，直接由继电器驱动电机。现在市场上也有很多智能集成功率芯片，如飞思卡尔的MC33486、英飞凌的BTN7960B以及意法半导体的VNH2SP302E等，功能很强大，自带过压、过流保护功能，而且EMC性能好［1］。因升降器电机属感性负载，起动、停止时冲击电流较大，加上成本等原因，目前大部分中低档BCM均使用继电器来驱动。图9为采用飞思卡尔的双高端开关器件MC33486控制的电动车窗电气原理简图［2］。

图9 BCM采用智能功率芯片MC33486控制的电动车窗电气原理简图

MC33486主要参数、性能如下：正常直流工作电流10 A，最大峰值电流35 A，工作电压8～28 V，工作温度-40～150℃，过压检测：当电压超过28 V时断开。具有高端侧和低端侧过流保护，能满足一般车窗升降器工作要求。

对比图8、图9可以看出，采用继电器和采用智能功率芯片的控制原理基本相同，可以简单理解为用MOS管代替了继电器。但智能功率芯片功能更强大，自带了过流、过压等多种保护、检测功能。

7 电动车窗防夹简介

目前防夹电动车窗在欧美发达国家已为汽车标准配置，如在欧洲的74/60/EEC和美国的FMVSS118等标准都有相应的规定。在中国，根据GB 7258《机动车运行安全技术条件》规定，从2018年1月1日开始电动车车窗应具备防夹功能，包括电动车窗。目前车窗防夹在国内中高档小汽车上使用得已比较普遍了，但在商用车和低端乘用车上用得还比较少。目前，主流的车窗防夹的基本原理如下。

在电机轴上安装磁环，在磁环附近安装有带霍尔传感器、MCU的电子模块，电机轴每转动一周，霍尔传感器将产生固定数量的方波，在车窗上升过程中遇到障碍物时，阻力增大，电机转速变小，电流增大，而电动机转速变小会使霍尔信号方波的脉宽增大。因此，电子模块可通过霍尔信号脉宽或电机电流的变化来判断车窗是否遇到障碍物以及夹物力的大小 (一般超过100N被认为遇到障碍物)，计算每次上升过程中的累计脉冲数量，可判断电动车窗是否处于防夹区域 (一般离车窗顶端4～200 mm位置)，进而最终确定是否需要产生防夹作用［3-4］。如果模块判定需要防夹，则发出指令，使电机反转，电机下降一段距离后 (一般120 mm左右)停止。车窗防夹电子模块框图见图10。目前国内车窗防夹标准的详细内容尚未发布。

图10 车窗防夹控制模块框图