CN101070744A - 汽车电动车窗控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有防夹保护和堵转保护功能的无传感器汽车电动车窗控制装置，包括车窗关闭障碍信号、车窗关闭到位信号、车窗开启到位信号、车窗开启障碍信号的检测元件、控制器、执行器。所述车窗关闭障碍控制器包括停机控制器和反转控制器，停机控制器接受关闭障碍信号，完成停机控制，反转控制器接受停机信号，完成反转控制。所述控制器的控制元件包括核心控制元件和辅助控制元件，所述核心控制元件是可控硅或由NPN晶体管和PNP晶体管组合而成的等效器件；所述执行器是继电器或MOS场效应管；所述信号检测元件是电阻；所述反转控制器具有锁闭器。其优点是：稳定、可靠、响应速度快、经久耐用，适合各种车型装配，售价不足100元人民币，不到进口产品的1/10，具有极大的推广应用价值。

Description

汽车电动车窗控制装置

技术领域

本发明涉及汽车电动车窗控制装置，尤其涉及一种具有防夹保护功能和堵转保护功能的汽车电动车窗控制装置，属于汽车电子及自动控制领域。

背景技术

汽车电动车窗控制器除了应具备启、闭车窗玻璃的基本控制功能以外，还应具备安全保护控制功能，安全保护控制分为防夹控制和堵转控制。

防夹控制涉及人身安全，一直是安全控制的难点，没有防夹功能的电动车窗在关闭过程中，常因司乘人员(特别是儿童)不小心，头、手伸出窗外，被车窗玻璃夹伤。目前国内外普遍采用单片机、专用芯片加存储器芯片加各种传感器来实现防夹控制，比如专利号为ZL200420034637.4的实用新型专利采用的就是单片机+存储器+霍尔传感器和温度传感器的方法。还有些国际公司采用CAN总线和LIN总线技术，比如上海通用和德国大众公司等。而台湾的维多利亚公司则采用专用芯片+传感器的方法。这些技术方案的缺点是：技术复杂，安装复杂，接线复杂，成本高，普通车型难以承受，因而国产车型迄今均未装备防夹控制器。合资汽车也只有很少几款高档车才有配备，但价格却高出许多。

堵转控制是指：当车窗玻璃开启、关闭到位，即运行到上、下死点时，驱动电机被堵转，或在启、闭过程中，发生机械卡阻，驱动电机被堵转；控制器都应及时切断电机电源，避免因过载被烧毁。目前国内外普遍采用在电机的电枢回路串接双金属片或PTC热敏电阻的方法。其工作原理是：当电机堵转时，电流达到最大，电枢绕组和双金属片或PTC热敏电阻因过流而迅速升温，当温升达到一定值时，双金属片或热敏电阻断开，从而切断电枢电流，保护电机。其优点是成本低廉，缺点是过流保护元件的响应速度太慢，电枢绕组过载时间较长，绝缘易老化，使用寿命短。尤其是：如果升降开关没有松开，过流保护元件冷却复位后，会再次启动电机，电机就会周期性的启动-堵转-断开，在此过程中，升降机构、升降开关和电枢绕组承受着强大的过流冲击，无疑会降低电动车窗的使用寿命和可靠性。同时双金属片和热敏电阻会因长期过流而失灵。

发明内容

本发明的目的，是提供一种汽车电动车窗控制装置。它是具备防夹和堵转保护功能的无传感器汽车电动车窗控制装置。该装置响应速度快，可靠性高，结构简单，成本低廉。

本发明的技术解决方案是：

一种汽车电动车窗控制装置，包括：车窗关闭障碍(阻力)信号检测元件、控制器、执行器；车窗开启到位信号检测元件、控制器、执行器；车窗关闭到位信号检测元件、控制器、执行器；车窗开启障碍信号检测元件、控制器、执行器；所述信号检测元件检测车窗运行状态，所述控制器接受检测信号、操作命令和中间信号等，向执行器输出控制信号；所述车窗关闭障碍控制器包括停机控制器和反转控制器，所述停机控制器接受关闭障碍信号，完成停机控制，所述反转控制器接受停机信号，完成反向控制。

所述控制器的控制元件包括核心控制元件和辅助控制元件，所述核心控制元件是可控硅或其等效功能器件。

所述执行器是继电器或MOS场效应管，或二者混合使用。

所述信号检测元件是电阻。

所述车窗关闭障碍控制器包括停机控制器和反转控制器。

所述反转控制器具有锁闭器。

所述锁闭器是干簧开关。

本发明的有益技术效果：

由于该控制器采用普通电子电路和电子元件，特别是用可控硅作记忆存储及控制元件，替代单片机及存储器，用电阻替代传感器，故本汽车电动车窗控制器的成本很低，售价不足100元人民币，不到进口产品的1/10，为国产汽车的升级换代提供了技术支持。

由于堵转信号检测元件是电阻，无任何延时，断电保护采用大功率高灵敏继电器，动作时间约20ms，故该车窗控制器响应速度快，可靠性高、稳定性好，电机经久耐用，大大延长了电动车窗的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的原理、结构框图

图2是本发明的一种电路图

图3是本发明的另一种电路图

图4是用晶体管组合器件替代可控硅的等效电路图

具体实施方式

参见图1，本汽车电动车窗控制装置包括：车窗关闭障碍信号检测元件1、停机控制器2及其执行器3、反转控制器4及其执行器5；车窗开启到位信号检测元件6、停机控制器7、执行器8；车窗关闭到位信号检测元件9、停机控制器10、执行器11；车窗开启障碍信号检测元件12、停机控制器13、执行器14。各执行器分别向升降电机15输出控制信号，控制其工作状态。

本控制装置的原理是：当车窗玻璃在正常开启、关闭到位，或开启、关闭发生障碍而堵转时，检测元件将堵转信号转换成电信号，经控制器转换成相应的控制信号，经执行器控制升降电机15停机，从而保护电机15不受损害。如果关闭过程中发生障碍时，反转控制器4同时发出反转控制信号，经执行器控制电机15反转，使车窗玻璃立即反向(向下)运行，松开被夹持物，从而减轻对被夹人员的伤害。

本控制器的主要特点是：控制电路采用普通电子电路和电子元件，其中，核心控制元件采用可控硅或其等效功能器件，执行器使用继电器或MOS场效应管，信号检测元件采用电阻，因而大幅度降低了成本。

下面结合实施例详细说明本发明。

实施例一

在图2中：升降开关K为双刀双投联动式功率开关；R1为上升/下降共用取样电阻；R10为返回底部取样电阻；SCR2为上升控制可控硅；SCR1为下降控制可控硅；SCR4为防夹返回控制可控硅；SCR3为防夹返回底部断电控制可控硅，J1为上升/下降共用控制继电器，用两对常闭触点和一对常开触点；J2为防夹返回控制继电器，用两对常开触点；J3为防夹返回底部断电控制继电器，用一对常闭触点；R2为防夹力调节电位器；R6、R11为堵转保护电流调节电位器；G为安全区封锁干簧开关，它的磁铁安装在车窗玻璃升降臂上，随升降臂升降，它的开关固定安装在升降臂行程上，距车窗上死点约4mm处；  C1～C4为延时电容；D1、D7、Z1、Z2为续流二极管；D2～D6为反向隔离二极管；PNP三极管用作反相器。

其工作过程如下：

当升降开关K置于“上升”位置时，电源电压通过取样电阻R1和J1的两对常闭触点加到升降电机M上，电机M带动玻璃向上运行，取样电阻不断检测电机电流。当有物体被车窗玻璃夹住(或出现机械卡阻)时，玻璃运行阻力加大，电机M电流也跟着加大。当障碍(阻力)达到设定的防夹力时，取样电压驱动PNP三极管导通，其集电极的输出电压经过D3后由R3、R4进行分压，R4上的分压经过R5直接触发可控硅SCR2，继电器J1导通，J1的两对常闭触点断开升降电机M，玻璃停止运行。同时J1的一对常开触点接通，电源电压经过J1的常开触点和D6后由R7、R8进行分压，R8的分压经过R9直接触发可控硅SCR4，J2导通，J2的两对常开触点控制电机M反向运行，释放被夹物，同时R10检测电机电流。如果电机M一直反向运行到下死点而堵转，当堵转电流达到设定值时，R10上的取样电压触发可控硅SCR3，J3动作，其常闭触点断开继电器J2，J2的两对常开触点断开升降电机M，从而电机M得到保护。

如果在车窗玻璃上升过程中没有物体被夹住，也未出现机械卡阻，当运行到离上死点4mm处时，干簧开关G闭合，SCR4的控制极提前被封锁，当玻璃运行到上死点而堵转时，R1上的取样电压通过PNP三极管触发可控硅SCR2，J1动作，其两个常闭触点断开升降电机M。这就完成了正常的关闭过程。

玻璃上升阻力超过设定值有两种情况：(1)中途夹住了物体或机械卡阻；(2)玻璃正常关闭升到了上死点位置。玻璃到达上死点同样要产生返回信号，马上就要向下运行，这是错误的。由于设置了干簧开关G，当升降臂到达上死点前，干簧开关G闭合，提前封锁电机反转控制电路，当玻璃到达上死点时就不会返回，只是断电停机。这就实现了“有物被夹，车窗玻璃返回；正常关闭到上死点，车窗玻璃不返回”。

当升降开关K置于“下降”位置时，电源电压经过升降开关K、J1的两个常闭触点和取样电阻R1反向加在升降电机M上，电机M带动玻璃向下运行。如无卡阻现象，电机M会一直运行到下死点而堵转，当堵转电流达到设定值时，R1上的取样电压直接触发可控硅SCR1，J1动作，其常闭触点断开升降电机M。这就完成了正常的开门过程。

如在下降过程中出现卡阻而堵转，R1上的取样电压同样会直接触发可控硅SCR1，J1动作，其常闭触点断开升降电机M，保护电机不受损坏。

实施例二

在图3中：升降开关K为单刀双投轻触式开关；R为“上升/下降/防夹返回/堵转”共用取样电阻；T1为上升控制三极管；T2为下降控制三极管；SCR1为“上升断电/防夹断电/防夹返回”控制共用可控硅；SCR2为“下降断电/防夹返回断电”控制共用可控硅；J1为上升控制继电器，用两对常开触点；J2为“下降/防夹返回”控制共用继电器，用两对常开触点；J3为防夹返回信号继电器，用一对常开触点；R4为防夹力调节电位器；R5为下降堵转电流调节电位器；Z1和Z2为门限基准稳压管；D1、D4、D6为续流二极管；D3为反向隔离二极管；D2、D5为放电二极管；C1～C4为延时电容。

当升降开关置于“上升”位置时，电源电压经过升降开关K后由电阻R1和R2进行分压，分压点A点的电压经过R3和Z1驱动三极管T1饱和导通，继电器J1闭合，电源电压经过其两对常开触点和取样电阻R加到升降电机M上，电机带动玻璃向上运行，同时由取样电阻检测电机电流。当有物体被夹住时，玻璃运行阻力加大，电机电流也加大，当运行阻力达到设定的防夹力时，取样电阻R上的电压触发可控硅SCR1，强行将A点电位拉到Z1的门限电压以下，T1截止，J1断电，玻璃停止上行。同时，在SCR1导通后，继电器J3也接通，电源电压经过J3的闭合触点后由R6和R7进行分压，分压点C点的电压经过R8和Z2驱动三极管T2饱和导通，继电器J2闭合，电源电压经过J2的闭合触点和取样电阻R反向加到电机M上，电机M带动玻璃向下运行，以释放被夹物。当玻璃到达下死点时而堵转，当堵转电流达到设定值时，取样电压触发可控硅SCR2，强行将C点电位拉到Z2的门限值以下，T2截止，J2断电，升降电机M也断电。这就完成了“防夹-返回-断电”的控制过程。

如果在玻璃上升过程中没有物体被夹住，当运行到离上死点4mm处时，干簧开关G闭合，T2的基极提前被封锁，当玻璃运行到上死点而堵转时，R上的取样电压触发可控硅SCR1，强行将A点电位拉到Z1的门限值以下，T1截止，J1断电，升降电机M也断电。这就完成了正常的关闭过程。

当升降开关K置于“下降”位置时，电源电压经过升降开关K由R6和R7分压，分压点C点的电位驱动三极管T2饱和导通，继电器J2闭合，电源电压通过J2的闭合触点和取样电阻反向加到升降电机M上，电机M带动玻璃向下运行。如无卡阻现象，电机M会一直运行到下死点而堵转，当堵转电流达到设定值时，R上的取样电压触发可控硅SCR2导通，C点电位强行被拉到Z2的门限值以下，T2截止，J2断电，升降电机M也断电。这就完成了正常的开启过程。

如在下降过程中出现卡阻而堵转，R上的取样电压同样会触发可控硅SCR2导通，强迫J2断开，升降电机M断电，从而电机M得到保护。

以上只是本发明的两个最典型的应用实例，根据本发明的技术方案，还设计出了若干具体应用电路，其核心控制元件仍然是可控硅。

参见图4：在上述各实施例具体电路中，核心控制元件既可用单向可控硅，也可用双向可控硅，还可由NPN晶体管和PNP晶体管组合而成，其功能完全是等效的。

另外，在上述各实施例具体电路中：执行器既可用继电器，也可用MOS场效应管；执行器还可以是继电器、MOS场效应管的混合使用。

Claims (6)

1.一种汽车电动车窗控制装置，包括：

车窗关闭障碍信号检测元件、控制器、执行器；

车窗开启到位信号检测元件、控制器、执行器；

车窗关闭到位信号检测元件、控制器、执行器；

车窗开启障碍信号检测元件、控制器、执行器；

所述信号检测元件检测车窗运行状态信号，所述控制器接受检测信号，向执行器输出控制信号；

其特征在于，所述控制器的控制元件包括核心控制元件和辅助控制元件，所述核心控制元件是可控硅或其等效功能器件。

2.根据权利要求1所述的汽车电动车窗控制装置，其特征在于，所述执行器是继电器或MOS场效应管，或二者混合使用。

3.根据权利要求1所述的汽车电动车窗控制装置，其特征在于，所述信号检测元件是电阻。

4.根据权利要求1所述的汽车电动车窗控制装置，其特征在于，所述车窗关闭障碍控制器包括停机控制器和反转控制器。

5.根据权利要求4所述的汽车电动车窗控制装置，其特征在于，所述反转控制器具有锁闭器。

6.根据权利要求5所述的汽车电动车窗控制装置，其特征在于，所述锁闭器是干簧开关。

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