汽车无线收发天窗

【摘 要】随着汽车行业的飞速发展，驾乘者对驾驶过程中的舒适及安全性能的要求也越来越高。汽车无线收发天窗的研发使汽车更加人性化，同时方便了驾乘人员对汽车天窗的控制。通过对无线收发天窗的研究和试验验证，提高车辆安全性和可靠性。本项目创新之处，结合社会热点及国家新出台政策，借鉴欧美国家已有产品，开发出适合国内市场的汽车无线收发控制天窗，填补国内这一领域的空白。

【关键词】汽车天窗；无线控制；控制单元

汽车活动天窗是汽车乘坐室与外界的空气直接交换通道，是改善汽车内部温度和空气质量的一种方法，而汽车内部温度和空气质量对驾乘人员在长时间驾驶车辆过程当中的舒适感以及驾驶安全性有着较大的影响。打开天窗，使车内空气循环，使汽车内部可以保持新鲜的空气，可以排出烟味、酒味、霉味等，消除暖风空调的不适感，减小驾乘人员因空气混浊所引起的昏睡感，增加汽车乘坐舒适度，减少司机的疲劳感并可以预防交通事故。不过全景天窗也有一些缺点：成本较高；落尘需要清理，否则影响视线；车身整体刚度下降，安全系数降低，而且无法远距离实现控制。本文就是针对以上特点，开发出一种无线收发式天窗，实现远距离控制天窗开关。汽车无线收发天窗主要由汽车天窗玻璃、驱动电机、滑动螺杆、齿轮、ECU及继电器组成。本文分析了天窗玻璃打开以及关闭的过程的工作原理，介绍了对汽车天窗无线控制的过程。

1.机械部分

机械部分的传动的动力来源于驱动电机。驱动电机将动力传递给涡轮蜗杆，再由涡轮蜗杆传到一级减速器，由一级减速器完全输出通过齿轮驱动天窗滑杆使天窗工作。在工作期间对天窗要求若出现故障需可以手动打开或关闭。针对天窗的任何操作都不应该对汽车 其他电器造成损伤。对其外观要求整洁、无锈蚀、无机械损伤、漆面完整、塑料件外观无变形及裂纹出现。天窗玻璃在可见范围内，不允许出现擦伤、划伤等缺陷。玻璃密封胶圈不能有裂纹、裂缝、气孔等其他缺陷。

2.驱动电机

2.1组成结构

电动推杆电机由电动机、减速齿轮、螺杆、螺母、导套、推杆、滑座、弹簧、外壳及涡轮、微动控制开关等组成。

2.2工作原理

电动机经齿轮减速后，带动一对丝杆螺母。把电机的旋转运动变成直线运动，利用电动机正反转完成推杆动作。如通过各种杠杆、摇杆或连杆等机构可完成转动、摇动等复杂动作。通过改变杠杆力臂长度，可以增大或加大行程。

2.3行程控制装置

经电机齿轮上的涡杆带动涡轮转动，使涡轮内的小丝杆作轴向移动，由连接板带动限位杆相应作轴向移动，至所需行程时，通过调节限位块压下行程开关断电，电动机停止运转（正反控制相同）。

为了保证停车牌精确的停止位置，消除机械传动过程中的误差影响，必须对电机进行精确控制。为此，需采用步进电机细分技术。设u、v、w为步进电机定子的三相绕组，每个绕组均匀相隔120°，则其转矩角特性可近似的表示：T=kisinθ

若电机处于稳定状态下运行，则可取，基于此上式（8）可变为：T=KI。由此试可知：电机输出转矩为恒值。由此可知只需控制绕组中电机电流的大小即可控制电机步距的大小。电流频率的改变，则用来改变电机速度，其阶梯数决定了电机每一步转动的角度，阶梯数多，角度越小，即细分越大。基于此，实现了 N 细分步矩角的目的。基于以上理论和采样控制理论，需要单片机输出控制信号与三角波比较，进而形成脉冲调制信号，再经过逻辑控制电路控制驱动电路中的六个功率管，实现对电机的细分控制。其中单片机使用MC9S12DP256B，该芯片包括256KB的Flash ROM、12KB的RAM、4KB的EEPROM、一个8通道的脉冲宽度调制模块（PWM）、一个8通道的增强型捕捉定时器模块（ECT）、两个8通道的A/D转换模块（ATD）、两个串行通讯接口（SCI）、三个串行设备接口（SPI）等。芯片使用简单，内置can总线、性价比高、且抗干扰能力强。

3.无线控制

汽车无线收发天窗的主要核心是通过在普通的电动天窗的基础上加装一个控制单元来实现动作信号的接收和发送。无线收发器则使用nRF401挪威Nordic公司推出的一款无线收发一体通信芯片，具有高频发射与接收、PLL合成、FSK合成、FSK解调、多频道切换等诸多功能。该芯片性能优异、功耗少、使用方便，可与单片机串口直接通讯，无需曼彻斯特解码。单片机通过无线接收装置nRF401来接收驾驶员的控制信号，并根据这个信号控制电机的旋转，单片机还通过Can-H和Can-L总线与汽车中央控制器通讯，采集汽车运行数据，当车速大于5km/h时，单片机通过中断信号控制汽车天窗的收回，避免由于驾驶员忘记收起天窗而造成的碰损。

4.工作过程

在无线收发天窗接收到有收发器发出的打开或者关闭的信号后。由控制单元处理后向执行器电机发出指令使其工作。电机在接到工作信号后开始导通工作电路此时涡轮转动。再由涡轮带动蜗杆经过两个中间齿轮将工作状态传给滑动螺杆。中间齿轮的传动比因不同车型的天窗大小不同而不同，主要控制天窗开启或关闭的速度。运动传到滑动螺杆后，其将带动驱动齿轮工作。从而使天窗玻璃完成打开关闭等工作。

5.结论

本文根据国内天窗现存的问题，开发出一种基于无线收发式的天窗，设计了该天窗的机械传动机构，并在此基础上实现了对步进电机的精确控制，国内首次实现了远距离无线控制天窗的控制，实践表明该装置运行效果良好，已应用于某汽车公司。经过反复检验我们不断改良我们的研发产品，使其符合你普通汽车的使用要求。做到精准、稳定的操控汽车天窗，使其平稳运行。追求实现方便加装该无线控制天窗的车主的日常用车，免去繁琐的操作过程。

【参考文献】

[1]GB/T汽车用天窗总成，征求意见稿.

[2]汽车电器与检修.