汽车电动门窗电子控制器设计(附件)
随着汽车电子控制技术的迅猛发展，消费者对汽车门窗的舒适性、便捷性控制、人性化等方面的性能提出了越来越高的要求。本课题通过查阅和参考目前汽车电动门窗电子控制器方面的相关资料，并根据所要控制的汽车门窗的参数设计了汽车电动门窗电子控制器的电路控制原理图，通过选型和计算确定了门窗控制电路中所有的电子元件，通过汽车电动门窗电子控制器的实物制作、调试和试验，最终实现了汽车门窗的一键自动升降、熄火延迟、堵转电流控制等功能。
关键词 汽车，电动门窗，控制器，设计
目 录
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 汽车电动门窗电子控制器设计背景 1
1.3 汽车电动门窗电子控制器国内外发展现况 2
1.3.1 汽车电动门窗电子控制器国内发展状况 2
1.3.2 汽车电动门窗电子控制器国外发展状况 5
1.4 汽车电动门窗电子控制器设计内容和意义 6
1.4.1 汽车电动门窗电子控制器设计内容 6
1.4.2 汽车电动门窗电子控制器设计意义 6
2 汽车电动门窗电子控制器的相关理论和原理介绍 6
2.1 电动门窗升降系统结构 6
2.2 车窗控制器常见形式 8
2.3 总体方案 9
2.4 延时电路工作原理 10
2.5 自动上升、下降电路工作原理 12
2.5.1 一键降窗原理 12
2.5.2 手动降窗原理 12
2.5.3 一键升窗原理 13
2.5.4 手动升窗原理 13
2.6 堵转电流检测电路工作原理 14
2.7 集成块NE555简介 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
15
2.8 集成块TC4011简介 16
3 汽车电动门窗电子控制器相关元器件参数计算与型号选择 17
3.1 车窗升降电机技术参数 17
3.2 汽车电动门窗电子控制器相关元器件参数计算与型号选择 17
3.2.1 电容参数 17
3.2.2 电阻参数 18
3.2.3 其他元器件的参数及选用 18
4 实物调试 18
5 安装及注意事项 19
结论 21
致谢 22
参考文献 23
1 绪论
1.1 引言
汽车电动门窗控制器是控制电动门窗实现其自动升降窗、防夹、熄火延迟等功能的核心部分，驾驶员通过轻触开关（t≤300ms），可以实现车窗自动升降，用以解放驾驶员的双手，在车窗升降过程中轻触相反方向开关，车窗则停止在当前的位置；如果驾驶员长按升降开关（t≥300ms），也可以实现车窗升降，在车窗升降过程中松开开关，车窗则停止在当前位置，当车窗升到顶或降到底，通过堵转电流的检测给出判断，使门窗升降电机停止工作。当门窗上行遇到障碍物时，电机同样会堵转，这时候就需要通过配合霍尔传感器或者其他位置传感器来精确定位门窗是否已经升到顶，如果没有到顶则判断为遇到障碍物，摇窗电机立刻停止并反转，使门窗下降一小段距离，防止发生意外。很多时候驾驶员熄火后才发现车窗没关，再次点火就很麻烦，通过熄火延迟可以实现熄火后60秒仍可以控制车窗升降。目前市场上绝大部分车型为了提高舒适度、便捷性和安全性，都采用具备这些基础功能的电动门窗，部分车型门窗更具有多车窗一键升降、安全锁止、防盗等实用功能。
1.2 汽车电动门窗电子控制器设计背景
随着计算机技术、集成电路技术和网络通讯技术的迅猛发展，消费者对汽车门窗窗的性能和功能提出了越来越高的要求，在激烈的市场竞争下，电动门窗以其优越的舒适性、极高的便捷度、独特的人性化以及日趋成熟的技术所带来的低成本、稳定等优点迅速占据汽车门窗市场，备受消费者和生产商青睐。
由于发达国家和发展中国家的消费水平不同、使用习惯不同，电动门窗控制器功能和性能的侧重点也不尽相同，如图1-1所示。如经济发达的日本，一般一人一车或一人多车，所以日系车比较重视舒适度、安全性，并不是十分重视电动门窗控制器中多窗一键升降的功能，而国内一般多人共用一车，较多车型的电动门窗控制器都具备多窗一键升降的功能。同样，防夹技术在发达国家汽车市场的普及率也高于国内市场。但随着近年来国内经济的迅速发展、生活水平的提高，国内汽车市场异常火爆，车窗的需求量也节节攀升，如图1-2所示。需求促进发展，汽车电动门窗控制器开始具备更多的功能，许多原本只在高端车配置的功能逐渐在中低端车中使用，逐渐成为汽车市场的主流配置，不得不承认日趋成熟的技术带来的低成本也是不可或缺的因素。
图1-1 美国三大汽车生产商防夹车窗需求报告
图1-2 2005-2011年中国汽车车窗需求报告
1.3 汽车电动门窗电子控制器国内外发展现况
1.3.1 汽车电动门窗电子控制器国内发展状况
国内在电动门窗领域的研究要从本世纪初开始，一些公司陆续推出了相关的产品，但在比较流行的中外合资汽车，以及像比亚迪、吉利等国产品牌汽车上，所应用的车窗防夹系统很多一直采用德国Bosch、大陆(Continental)等公司的产品或台湾产品，由国内自主开发的车窗防夹控制系统尚未见到有作为成熟产品应用在轿车上并顺利通过路试的报道。
国内吉林大学、同济大学以及上海交通大学等相关电子专业或汽车专业有进行该方面的报道，但大多数限于研究阶段，距离实用产品还有相当路程需要走。
柳为[1]于2003年发表的《电动车窗》，以桑塔纳2000车型为例，介绍了两种常见的电动车窗控制电路，即电动机搭铁和电动机不搭铁这两种。电动机不搭铁的控制电路指的是摇窗电机不直接搭铁，摇窗电机的搭铁可受开关控制， 通过改变摇窗电机的电流方向来改变电机的转向， 从而实现门窗升降；电动机搭铁的控制电路是指摇窗电机一端直接搭铁，而电动机有两组不同的磁场绕组， 通过接通不同的磁场绕组，使摇窗电机的转向不同， 从而实现车窗的升降。
李鲁[2]于2006年发表的《汽车电动车窗控制电路设计》，以湖南长丰汽车制造股份有限公司当时的一款车型为例，介绍了离车自动关窗功能以及防夹功能。按照这些要求，对新车型电动车窗控制电路进行优化设计，从而解决了新车型电动车窗控制电路的部分设计问题。
刘志远[3]等于2007年发表的《汽车电动车窗系统的工作原理及故障诊断》，对所有车窗都不能升降、某车窗不能够升降或只能够单方向运动等常见故障的诊断和排除进行了细心地整理和总结。
陈娟[4]于2007年发表的《基于CAN总线的汽车电动车窗控制系统研究与设计》，她设计了汽车的门窗CAN总线多路传输系统，并绘制了原理电路图以及相关PCB图，通过比较汽车门窗传统供电线路图与多路传输系统电路图各自的优缺点，给出了详尽的实验方案，又根据系统硬件的原理图制作实际数据处理电路板，然后，在CAN总线规范的基础上按照整体结构进行了CAN总线传输节点软件设计，对AT89C51微处理器的CPU和SJAIO00控制器进行初始化程序设计，同时设计出报文的发送和接收处理 汽车门窗的开关控制，通过对门窗电机结构特点的分析和测试，提取汽车电动门窗的夹持特征，提出了门窗防夹功能控制的可行解决方案。
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 汽车电动门窗电子控制器设计背景 1
1.3 汽车电动门窗电子控制器国内外发展现况 2
1.3.1 汽车电动门窗电子控制器国内发展状况 2
1.3.2 汽车电动门窗电子控制器国外发展状况 5
1.4 汽车电动门窗电子控制器设计内容和意义 6
1.4.1 汽车电动门窗电子控制器设计内容 6
1.4.2 汽车电动门窗电子控制器设计意义 6
2 汽车电动门窗电子控制器的相关理论和原理介绍 6
2.1 电动门窗升降系统结构 6
2.2 车窗控制器常见形式 8
2.3 总体方案 9
2.4 延时电路工作原理 10
2.5 自动上升、下降电路工作原理 12
2.5.1 一键降窗原理 12
2.5.2 手动降窗原理 12
2.5.3 一键升窗原理 13
2.5.4 手动升窗原理 13
2.6 堵转电流检测电路工作原理 14
2.7 集成块NE555简介 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
15
2.8 集成块TC4011简介 16
3 汽车电动门窗电子控制器相关元器件参数计算与型号选择 17
3.1 车窗升降电机技术参数 17
3.2 汽车电动门窗电子控制器相关元器件参数计算与型号选择 17
3.2.1 电容参数 17
3.2.2 电阻参数 18
3.2.3 其他元器件的参数及选用 18
4 实物调试 18
5 安装及注意事项 19
结论 21
致谢 22
参考文献 23
1 绪论
1.1 引言
汽车电动门窗控制器是控制电动门窗实现其自动升降窗、防夹、熄火延迟等功能的核心部分，驾驶员通过轻触开关（t≤300ms），可以实现车窗自动升降，用以解放驾驶员的双手，在车窗升降过程中轻触相反方向开关，车窗则停止在当前的位置；如果驾驶员长按升降开关（t≥300ms），也可以实现车窗升降，在车窗升降过程中松开开关，车窗则停止在当前位置，当车窗升到顶或降到底，通过堵转电流的检测给出判断，使门窗升降电机停止工作。当门窗上行遇到障碍物时，电机同样会堵转，这时候就需要通过配合霍尔传感器或者其他位置传感器来精确定位门窗是否已经升到顶，如果没有到顶则判断为遇到障碍物，摇窗电机立刻停止并反转，使门窗下降一小段距离，防止发生意外。很多时候驾驶员熄火后才发现车窗没关，再次点火就很麻烦，通过熄火延迟可以实现熄火后60秒仍可以控制车窗升降。目前市场上绝大部分车型为了提高舒适度、便捷性和安全性，都采用具备这些基础功能的电动门窗，部分车型门窗更具有多车窗一键升降、安全锁止、防盗等实用功能。
1.2 汽车电动门窗电子控制器设计背景
随着计算机技术、集成电路技术和网络通讯技术的迅猛发展，消费者对汽车门窗窗的性能和功能提出了越来越高的要求，在激烈的市场竞争下，电动门窗以其优越的舒适性、极高的便捷度、独特的人性化以及日趋成熟的技术所带来的低成本、稳定等优点迅速占据汽车门窗市场，备受消费者和生产商青睐。
由于发达国家和发展中国家的消费水平不同、使用习惯不同，电动门窗控制器功能和性能的侧重点也不尽相同，如图1-1所示。如经济发达的日本，一般一人一车或一人多车，所以日系车比较重视舒适度、安全性，并不是十分重视电动门窗控制器中多窗一键升降的功能，而国内一般多人共用一车，较多车型的电动门窗控制器都具备多窗一键升降的功能。同样，防夹技术在发达国家汽车市场的普及率也高于国内市场。但随着近年来国内经济的迅速发展、生活水平的提高，国内汽车市场异常火爆，车窗的需求量也节节攀升，如图1-2所示。需求促进发展，汽车电动门窗控制器开始具备更多的功能，许多原本只在高端车配置的功能逐渐在中低端车中使用，逐渐成为汽车市场的主流配置，不得不承认日趋成熟的技术带来的低成本也是不可或缺的因素。
图1-1 美国三大汽车生产商防夹车窗需求报告
图1-2 2005-2011年中国汽车车窗需求报告
1.3 汽车电动门窗电子控制器国内外发展现况
1.3.1 汽车电动门窗电子控制器国内发展状况
国内在电动门窗领域的研究要从本世纪初开始，一些公司陆续推出了相关的产品，但在比较流行的中外合资汽车，以及像比亚迪、吉利等国产品牌汽车上，所应用的车窗防夹系统很多一直采用德国Bosch、大陆(Continental)等公司的产品或台湾产品，由国内自主开发的车窗防夹控制系统尚未见到有作为成熟产品应用在轿车上并顺利通过路试的报道。
国内吉林大学、同济大学以及上海交通大学等相关电子专业或汽车专业有进行该方面的报道，但大多数限于研究阶段，距离实用产品还有相当路程需要走。
柳为[1]于2003年发表的《电动车窗》，以桑塔纳2000车型为例，介绍了两种常见的电动车窗控制电路，即电动机搭铁和电动机不搭铁这两种。电动机不搭铁的控制电路指的是摇窗电机不直接搭铁，摇窗电机的搭铁可受开关控制， 通过改变摇窗电机的电流方向来改变电机的转向， 从而实现门窗升降；电动机搭铁的控制电路是指摇窗电机一端直接搭铁，而电动机有两组不同的磁场绕组， 通过接通不同的磁场绕组，使摇窗电机的转向不同， 从而实现车窗的升降。
李鲁[2]于2006年发表的《汽车电动车窗控制电路设计》，以湖南长丰汽车制造股份有限公司当时的一款车型为例，介绍了离车自动关窗功能以及防夹功能。按照这些要求，对新车型电动车窗控制电路进行优化设计，从而解决了新车型电动车窗控制电路的部分设计问题。
刘志远[3]等于2007年发表的《汽车电动车窗系统的工作原理及故障诊断》，对所有车窗都不能升降、某车窗不能够升降或只能够单方向运动等常见故障的诊断和排除进行了细心地整理和总结。
陈娟[4]于2007年发表的《基于CAN总线的汽车电动车窗控制系统研究与设计》，她设计了汽车的门窗CAN总线多路传输系统，并绘制了原理电路图以及相关PCB图，通过比较汽车门窗传统供电线路图与多路传输系统电路图各自的优缺点，给出了详尽的实验方案，又根据系统硬件的原理图制作实际数据处理电路板，然后，在CAN总线规范的基础上按照整体结构进行了CAN总线传输节点软件设计，对AT89C51微处理器的CPU和SJAIO00控制器进行初始化程序设计，同时设计出报文的发送和接收处理 汽车门窗的开关控制，通过对门窗电机结构特点的分析和测试，提取汽车电动门窗的夹持特征，提出了门窗防夹功能控制的可行解决方案。
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