电动车窗结构与控制设计开题报告

1. 研究目的与意义

在中国加入WTO之初，汽车行业还在起步阶段，市场需求和规模都不是很大，多数车都没有电动车窗。随着科技的进步和人们生活水平的提高，人们对驾驶汽车的舒适度和安全性的需求也不断提高，汽车的外形与结构也在不断的进化。从原来单一的机械式，到现在的机械式与电子式的相结合，并且电子技术在汽车上越来越多的得以运用。车窗的结构也发生着变化，从一开始主要靠人力通过摇动摇柄实现玻璃的升降，到如今（以绳轮式玻璃升降器来说）由电动机带动减速器输出动力，拉动钢丝绳移动玻璃安装托架迫使门窗玻璃上下运动。车窗结构的改善，提高了驾驶汽车的舒适度和安全性。如今电动车窗系统已经被国外多数车型作为标准配件选用。近年来，国内的很多汽车生产厂家也在很多轿车上将电动车窗作为标准配件，所以研究与设计电动车窗的结构有着重要的意义。

2. 课题关键问题和重难点

1.设计一款使用双臂式玻璃升降器的电动车窗的基本结构。

2.设计的电动车窗具有防夹功能

3.设计的电动车窗必须具有一定的密封性，防止灰尘等杂物进入，同时要选择合适的材料以延长使用寿命。

3. 国内外研究现状（文献综述）

随着科学技术的发展，电子设备在汽车上得到了广泛应用，人们对汽车舒适度以及安全性也日益提高。电动车窗一方面给予了方便，另一方面也带来了安全性的问题，车窗夹伤人的事件时有发生。因此，设计带有防夹功能的汽车车窗是必要的。

1.电动车窗的结构与分类

电动车窗根据玻璃升降器工作原理的不同，可以分为3种形式：绳轮式、叉臂式和软轴式[1]。

绳轮式玻璃升降器由滑轮、钢丝绳、张力器和张力滑轮等组成，如图1所示，它通过驱动电动机拉动钢丝绳来控制门窗玻璃的升降，可用于各种圆弧玻璃的车型中，但由于安装空间要求较大，主要用于玻璃圆弧较小的中高档轿车和高档面包车中；叉臂式玻璃升降器主要由扇形齿板、玻璃导轨和调节器等组成，如图2所示，扇形齿板利用驱动电动机的棘轮进行转动，使玻璃沿导轨作上下移动，主要用于玻璃圆弧较大的载货汽车、面包车及中低档轿车中；软轴式电动玻璃升降器可用于各种玻璃圆弧的车型中，如图3所示，但运行噪声较大，主要用于玻璃圆弧适中的面包车和中低档轿车中。

图1绳轮式玻璃升降器

图2叉臂式玻璃升降器

图3软轴式玻璃升降器

目前，最常用的玻璃升降器是绳轮式和叉臂式两种，设计中采用交叉臂式机构还是绳轮式机构是由玻璃曲率、升降空间、制造精度及成本等因素决定的。具有防夹功能的电动车窗，控制模块是必不可少的，所谓防夹，就是指在电动车窗自动上升过程中夹住物体并达到一定力度后，让电动车窗自动停止或回落，用以防止物体（尤其是人体）被夹伤。防夹功能也是通过控制模块来控制的，与车身BCM连接，通过电子线路来实现的。由于这种功能成本较高，电路设计复杂，一般都配置在前排车窗或者中高档轿车上[3]。

2.电动车窗工作原理

2.1电动车窗系统的结构组成

电动车窗系统主要由车窗、升降器、电动机、开关(主控开关和分控开关)和继电器等装置组成[2]。其结构组成及其在车上位置如图4所示。

图4电动车窗系统组成及位置

其中，电气部分包括过热熔丝、开关、自动继电器、延时继电器、直流电动机，而机械部分包括蜗轮、蜗杆、绕线轮、钢丝绳、导轨、滑动支架。系统主要零部件的功能如表1

表1电动车窗系统主要零部件功能

2.2电动车窗的结构原理

电动车窗根据玻璃升降器工作原理的不同，可以分为3种形式：绳轮式、叉臂式和软轴式。这里只介绍双臂式玻璃升降器。双叉臂式玻璃升降器利用四连杆机构的运动原理实现玻璃上下运动，如图5所示。

图5双叉臂式玻璃升降器结构

双叉臂式玻璃升降器（电动式）构成：1，电机、2，扇形齿板、3，主动臂、4、座板转轴、5，下导向槽（固定式）、6，从动臂、7，上导向槽（移动式）、8，滑块。门窗玻璃安装在上导向槽两端的安装孔上，玻璃升降器的电机1固定在座板上，座板通过四个安装点固定在门内钣，下导向槽5通过两个安装点水平固定在门钣上，形成系统下端与门板的固定连接，决定了系统的基准。在使用时，通过电机的转动，输出轴齿轮带动扇形齿板2绕座板转轴4旋转，主动臂6绕座板转轴4旋转的同时带动从动臂以中轴点为动态转动点转动，滑块组件在上、下导槽5、7中作往返运动，使上导向槽总成作上下运动，带动玻璃实现上下升降。

2.3电动车窗的电器控制过程

在电动车窗系统中，当电源接通后通过按动不同的按键开关，来控制不同的车窗电动机的转动，从而实现了不同车窗的升降。以某轿车为例(电动车窗系统电路如图6所示)，说明前车窗电动机的控制原理。

图6某轿车电动车窗系统电路

车窗玻璃上升按下按键开关S41的上升键位时，车窗电机正转，带动右前门车窗玻璃上升，电路为:30路电源→熔断器FU37→电源线P →S41第2掷第1位→车窗电动机M15→S41第1掷第1位→电源线P-→K52触点→搭铁→电源负极。按下按键开关S40的上升键位时，电源线P 和P-经S40分别接至自动继电器K51的输入端2和1，此时自动继电器K51触点1闭合，触点2断开，车窗电动机M14正转，带动左前门玻璃上升，电路为：30路电源→熔断器FU37→电源线P →S40第2掷第1位→车窗电动机M14→K51的常闭触点1→电源线P-→K52触点→搭铁→电源负极。按键开关S40复位时，电路被切断，电机M14停止转动。

2)车窗玻璃下降按下按键开关S41的下降键位时，车窗电动机M15反转，带动右前门车窗玻璃下降。电路为：30路电源→熔断器FU37→电源线P →S41第1掷第3位→车窗电动机M15→S41第2掷第3位→电源线P-→K52触点→搭铁→电源负极。按下按键开关S40的下降键位时，电源线P 和P-经S40分别接至自动继电器K51的输入端2和1。此时自动继电器K51触点2闭合，触点1断开，左前电动机M14反转，左前门玻璃下降。电路为：30路电源→熔断器FU37→电源线P →取样电阻R→K51的触点2→车窗电动机M14→S40第2掷第3位→电源线P-→K52触点→搭铁→电源负极。将手抬起时S40复位，K51的触点也复位，电路切断，左前门电动机M14停止转动。

3.汽车车门防夹功能的结构组成及其工作过程

3.1车门防夹功能的结构组成

汽车车门防夹功能主要是由车门开启传感器、红外线探测器、压力传感器和等传感器、报警装置以及电动插销等执行装置和中央处理器（CPU）组成。

（1）车门开启传感器。车门传感器主要起作用的是安装在车门上的距离传感器，根据车门与门框的距离来判断车门是否开启，并传输放大信号至中央处理器来告知是否启动压力传感器和红外线探测器等一些列传感器。

（2）红外线探测器如图7所示。

图7红外线探测示意图

红外线探测平面系统，是由安装在车门框立柱上的发射装置与之相对门柱上的接收器组成，红外线平面探测器的发射器、接收器通过连接电缆与控制中心相连组成红外线平行光幕，光幕产生的探测信号传输给中央控制器，由车载电脑的运算控制核心处理后进行下一步指令。

（3）压力传感器如图8所示。

图8车门压力传感器示意图

当车门打开时，人的手或者其他部位压在门框上的时候，门框周侧压力传感器会感受到手及其他部位碰触的压力。因此，当乘客的手或者身体其他部位触碰到车门框时，压力传感器就会感受到压力信号，随之将信号和所设定的标准压力值进行评判，通过中央处理器与设定标准值对比，达到标准之后与存储在储存装置中的红外线探测信号相配合，输出给安全报警装置并通过电动插销将车门限制到一定位置，避免夹伤乘客。

（4）锁止车门限位器如图9所示。

图9锁止式车门限位器结构图

车门限位器是安装在车门上下铰链之间，其具有两个方面的功能：一是提供车门开闭档位，式车门开闭过程中有2~3定位点；二是保证当汽车停泊在规定的极限状态时，至少有一个定位能保证车门停住，不自开不自闭。而电插锁，是通过电源信号的接通来开闭插头锁止，安装与车门上与限位器相配合来限制车门的关闭程度。

3.2车门防夹功能设计的工作过程

车门防夹功能的设计过程如图10所示，是由车门开启传感器的启动传输放大信号电路至中央处理器，然后中央处理器根据所传输的信号将启动信号传输给压力传感器和红外线探测器的启动开关，使两个传感器开始工作，然后在启动状态下根据工作环境中所感受到的状态和信号来传输输入信号到中央处理器，中央处理器根据接受的输入信号作出响应，把工作指令分配给执行装置，使安装在车上的报警装置和安装在车门限位器上的电动插销开始工作，限制车门的关闭。但是单独的一个传感器感受到的传感信号对执行装置不起作用，并将其数据储存在存储装置中，另一个传感器感受到传感信号后并将之前的信号配合，使执行装置开始工作，起到防夹的功能。当车门框上的传感器没有感受到感应信号或者感应信号突然中断后就会将车门锁止限位器上的电动插销自动收回，使车门关闭，有效地保护了人们乘车的安全

图10工作过程图

参考文献

[1]曹云翔．电动玻璃升降器及其发展概况[J]．汽车电器，2001，（4）：3-6．

[2]关文达．汽车构造[M]．北京：机械工业出版社，2009：390-395．

[3]马伟泽，张中科，汪宏杰．采用霍尔传感器的汽车电动车窗防夹设计[J]．汽车工程，2008，30（12）：1122-1125．

[4]张玉平，王贺飞．汽车电动车窗防夹控制系统发展现状及前景分析[J]．汽车工程，2014：225-226.

[5]程世龙．汽车车门防夹功能设计[J]．湖南农机，2014：23-24．

4. 研究方案

1.收集和分析相关资料，尤其是关于交叉双臂式玻璃升降器的设计，进行认真研读，进一步了解课题。

2.书本与实践相结合，确定双臂式玻璃升降器结构的关键部位尺寸。

3.利用solidwoks软件进行总体的设计，建模，装配，然后进行运动仿真，并干涉检查，对不符合要求的零件进行修改，优化，最后完善结构设计。

5. 工作计划

第1周完成英文翻译，提交英文翻译给指导老师批阅。英文翻译经指导老师批阅合格并确认后，译文和原文均上传至毕业设计管理系统。译文封面用标准模板。

第2周查阅文献资料，撰写开题报告。学习使用solidworks进行简单的运动仿真。

第3周完成开题报告，经指导老师批阅合格并确认后，上传至毕业设计管理系统。开题报告封面用标准模板。查阅电动车窗升降器的类型并理解双臂式玻璃升降器的基本结构及原理，确立总体设计方案。