基于AD采样电路设计自动车窗关闭器

2019-03-22胡胜云刘淑珍

汽车电器 2019年2期

胡胜云，刘淑珍

（1.江铃汽车股份有限公司，江西南昌 330001；2.北方联创通信有限公司，江西南昌 330096）

目前，国内外配置车窗玻璃自动升降功能都是由自动车窗关闭器 (以下简称关闭器)配合电动车窗开关 (以下简称开关)来实现。该车窗关闭器是直接采集开关的按键信号，来判断驾驶员升降玻璃的意愿。当开关动作后，电流要进出多段线束、插接件及开关本身。线束、插接件衰减会导致系统线阻增大，分压随之增大，从而出现车窗玻璃卡滞、反向升降等异常。

下面对江铃某车型主驾车窗玻璃卡滞和反向升降的故障进行分析，用示波器检测电路的电压波形，确认故障原因，提出新设计，并证实新设计的车窗关闭器能有效地解决此类故障。

1 故障描述与分析

1.1 故障描述

1)主驾车窗玻璃在底部时，按开关玻璃上升键，玻璃有时候会顿挫一下，但后续无上升动作。

2)主驾玻璃在顶部时，按开关上升键，玻璃会向下开窗；反之，主驾玻璃在底部时，按开关下降键，玻璃会向上闭窗。

3)玻璃在中间任一位置，按开关上升或下降键，玻璃卡滞不动。

4)更换新的车窗关闭器、线束、开关、电机等，使用一段时间后依旧出现上述故障。

1.2 故障分析

开关给关闭器提供开关信号，并提供通路，如图1所示。当点按开关上升键时 (时间小于0.5 s)，K1-2短暂接通后断开，此时，关闭器检测到上升信号有效，使K3-2接通，+12 V接入到电机，通过K4-1、K2-1构成回路，电机带动玻璃上升。同理，当点按开关下降键时 (时间小于0.5s)，K2-2短暂接通后断开，此时，车窗关闭器检测到下降信号有效，使K4-2接通，+12 V接入到电机，通过K3-1、K1-1构成回路，电机带动玻璃下降。

图1 车窗玻璃自动关闭系统简图

故障复现时，用示波器抓取关闭器信号输入、输出端波形，即a、b点和电机两端c、d点的波形。

如图2所示，当按开关向下键时，出现玻璃上升故障(反向升降)的波形图，可以看出：当按开关下降键，b点(通道2蓝色线)接通+12 V持续了184 ms，d点 (通道1黄色线)没有高电位输出，c点 (通道3紫色线)反而为高电位，导致玻璃自动上升。原因为：a点 (通道4绿色线)在瞬间有个幅度约1.5 V的尖脉冲，而且触发了关闭器进入自动上升模式。

图2 按开关下降键，玻璃反而上升的故障波形图

图3是按开关向下键时，玻璃卡滞不动的故障波形图。可以看出，点按开关下降键，b点 (通道2蓝色线)接通+12 V持续了24 ms，d点 (通道3紫色线)和c点 (通道4绿色线)均有高电位输出，也就是电机两端都为高电位，导致电机不转、玻璃不动。原因为：自动车窗关闭器检测到自动下降信号b持续+12 V、自动上升信号a约为1.5 V，并同时认为有效，所以车窗关闭器在电机两端同时输出高电位，导致电机不转。

图3 按开关下降键，玻璃卡滞不动的故障波形图

1.3 原因分析

在该车玻璃升降系统中，回路要经过22次插接件、3 275 mm导线。电机工作电流为3.5～11 A，玻璃阻力越大，电机电流也越大。特别是在开关接通启动瞬间，需要克服静电摩擦力，电机电流也越大。当a或b到搭铁的系统线阻R大于200 mΩ时，会产生约0.6～2.2 V电压。

图4是车窗关闭器内部原理图，关闭器检测上升信号和下降信号，通过10 kΩ电阻连接到ULN2003A的Input脚 (第1、2脚)。

图4 车窗关闭器内部原理图

由图5可知，在满足两个PN结 (约1.4 V)的压差后，达到一定的电流就可以使输入有效。也就是图1中a、b两点电压在1.4 V及以上时，就可以触发相应的输出。由此分析可以看出，问题的根本原因是关闭器的输入门槛电压值过低，无法排除整车线阻分压干扰导致。

图5 ULN2003输入端内部电路图

2 解决方案

为提高门槛值，使用S9S08SG4 A/D转换芯片处理输入信号，该芯片可以把输入编成0-255个编码，并通过软件设置相应地输出高、低电位，作为ULN2003的输入，驱动继电器开闭。此设计中，把大于或等于7.5 V设置为有效电位，即门槛值提高到了7.5 V，远大于线阻分压，如图6所示，点按开关上升键，K3接入+12 V电压，经过R10、R11分压后，输入到U3-11，U3根据软件设置的参数判断，使U3-5输出高电平，输入到U2-5，U2-13输出低电位，使K3的1、3吸合，为电机接入+12 V电压，玻璃上升，当玻璃上到顶后，电机堵转，通过Q1切断电源，完成车窗玻璃自动上升过程。同理，点按开关下降键，K4接入+12 V电压，经过R8、R9分压后，输入到U3-12，U3-7输出高电平，输入到U2-4，U2-12输出低电位，使K4的1、3吸合，为电机接入+12 V电压，车窗玻璃上升，当车窗玻璃上到底后，电机堵转，通过Q1切断电源，完成玻璃自动下降过程。