汽车电动车顶天窗的结构与工作原理.pdf

收稿日期 2000 11 17 作者简介 吴基安 1949 男 安徽人 副教授 主要从事汽车电器与电子设备的教学与研究工作 主要著作有 汽车电工自学读本 汽车电子技术 汽车电子电器维修指南 汽车实用电子电路444 等 董素荣 1967 女 内蒙古人 硕士 讲师 主要从事汽车电子控制系统和车用传感器的教学和研究工作 发表多篇相关方面的学术论文 汽车电动车顶 天窗 的结构与工作原理 吴基安 董素荣 中国人民解放军军事交通学院 天津 300161 摘要 汽车电动车顶 天窗 主要由月牙形玻璃 遮阳板 驱动电动机及齿轮 滑动螺杆 ECU及继电器等 组成 分析了车顶玻璃打开 关闭 斜升 斜降等动作的工作原理 介绍了电子控制系统的控制过程 关键词 月牙形车顶玻璃 基本结构 电子控制 中图分类号 U463183 5 文献标识码 B 文章编号 1003 8639 2001 01 0023 04 The Structure and Working Principle of Auto Electric Top Window WU Ji2an DONG Su2rong The War Communication College of The People s Liberation Army of China Tianjing 300161 China Abstract The auto electric top window is mainly divided into crescent glasses overshadow driving motor gear sliding screw ECU and relay This paper analyses the working principle of opening closing oblique rise and fall and the control process of electric control system are introduced Key words crescent top window basic structure electric control 目前 日本丰田 Toyota 汽车公司已在轿车 上较为广泛地应用了一种可以任意打开与关闭的电 动车顶 天窗 以便车内乘员采光 通风 遮阳 取暖等 该车顶的基本结构如图1所示 它主要由 月牙形车顶玻璃 遮阳板 驱动电动机及齿轮 滑 动螺杆 ECU及继电器等组成 图1 电动车顶 天窗 的基本结构 月牙形车顶玻璃是一种染色玻璃 它具有3种 颜色 青铜色 蓝色和灰色 车顶本身具有滑动和 倾斜 斜升 斜降 2 种功能 当其斜升到车顶玻 璃的后端约45 mm 118英寸 时 便会显现出遮 阳板 遮阳板随着车顶玻璃的完全关闭 可以用手 随意地打开和关闭 1 电动车顶的基本结构与工作原理 111 滑动机构 如图2所示 主要由驱动电动机 驱动齿轮 滑动螺杆 前 后枕座等构成 工作时 驱动电 动机所产生的转矩由驱动齿轮传送给滑动螺杆 直 至后枕座 根据驱动电动机的正转和反转 来决定 向前滑动还是向后滑动 也就决定了车顶玻璃打开 还是关闭 图2 滑动机构 112 连接机构 如图3所示 主要由 前 后枕座 连杆 导 向块 托架等组成 2个导向销安装在连杆的两侧 并可在导向槽内移动 32 汽车电器 2001年第1期 使用 维修 图3 连接机构 11211 斜升 当后枕座向前移动时 导向销 也沿导向槽向前滑动 连杆即按箭 头A方向移动 从而斜升起车顶 玻璃 11212 斜降 当车顶玻璃斜降开始时 后枕 座按箭头B的方向收回与合拢 于是车顶玻璃便斜降下来 此项工 作完成之后 车顶玻璃才可按常规 进行滑动打开 113 驱动机构 如图4所示 车顶的驱动机构由电动机 驱动 齿轮 凸轮 限位开关等组成 电动机通过蜗轮 中间齿轮1和中间齿轮2进行减速 将动力传递给 驱动齿轮后移动滑动螺杆 由驱动齿轮再作一次减 速 将动力传送给凸轮 图4 驱动机构 114 限位开关 如图5所示 有限位开关1和限位开关2二个 限位开关 它们的闭合与断开靠凸轮来检测车顶玻 璃所处的位置 然后将此检测信号送给电子控制器 ECU 限位开关1检测车顶玻璃停止的位置 即 在全关闭位置前约200 mm 719英寸 处和在斜降 过程中的全关闭位置 限位开关2检测车顶玻璃在 滑动过程中的全关闭位置 115 车顶开关 车顶开关包括滑动开关和倾斜开关 见图6 工作中它们将开关信号送至电子控制器 ECU 滑动开关推向打开一侧 车顶玻璃便滑动打 开 推向关闭一侧时它就作滑动关闭 在滑动关闭 中 即使滑动开关处于关闭一侧 但一旦运行至全 图5 限位开关图6 车顶开关 关闭位置前约200 mm 719英寸 时 车顶玻璃的 滑动便会立即停止 限位开关作用 一旦放松或 再次推动滑动开关时 车顶玻璃便会完全关闭 当倾斜开关推向斜升 UP 一侧时 车顶玻 璃便会斜升 推向斜降 DOWN 一侧时 车顶玻 璃就会斜降 车顶玻璃是不会在同时既作倾斜又作 滑动运动的 限位开关 滑动开关和倾斜开关的工作状态见 表1 表1 限位开关 滑动开关和倾斜开关的工作状态 车顶玻 璃位置 斜升 斜降全关闭暂停位置全打开 倾斜期间 滑动期间 暂停期间 滑动期间 暂停期间 限位 开关1 ON OFF 限位 开关2 ON OFF 车 顶 开 关 滑 动 打开 关闭 倾 斜 斜升 斜降 工作 不工作 2 电子控制系统及其工作过程 汽车电动车顶 天窗 的电子控制系统主要由 电源及电源继电器 车顶开关 滑动和倾斜 限 位开关 限位开关1和限位开关 2 电子控制器 42 华北石油利德集团公司 蓄 电 池 用 水 设 备 厂 祝贺 汽车电器 改版一周年 汽车电器 2001年第1期 使用 维修 ECU 执行器 驱动电动机 等组成 工作原理 见图7 该系统的工作共有9种状态 或过程 即 滑动打开 滑动关闭 全关闭前200 mm处停止 从停止到全关闭 全关闭时的停止 斜升 斜升提 醒 斜降 斜降至全关闭位置时的停止 图7 电动车顶 天窗 的电子控制系统的工作原理图 211 滑动打开 注意 此时限位开关1和限位开关2均保持闭 合 即接通 另外 只要玻璃处于全开与全闭之 间 限位开关2就保持闭合 a1 当滑动开关推至打开位置时 0信号就由与 门A的a b两端输入 其输出为0 与非门A的 输出则为1 b1 由于滑动开关置于打开位置 故有0信号输 入到与非门B的b端 从而使该门输出1信号 或 门B的输出为1 使三极管T2有基极电流 T2导 通 c1 当T2导通时 继电器2线圈通电 其触点 闭合 驱动电动机电路接通 电流方向由下至上 驱动电动机正转 使车顶玻璃滑动打开 212 滑动关闭 a1 由于限位开关1和限位开关2闭合 或门C 的两端输入均为0信号 其输出为0 当此信号输 送给触发器时 触发器的输出亦为0 与此同时 0 信号也送至与非门C的a端 b1 当滑动开关推至关闭时 由1 0的信号输 送至双稳态触发器的S端 触发器输出的0信号送 至其R端 故使双稳态触发器输出为1 c1 与非门D的输入端a端为0 b端为1 其 输出为1 与此相类似 与非门C的输入端a为0 b为1 其输出亦为1 d1 此时 与门B的两输入端a b均为1 其 输出为1 e1 由于或门A输入1信号 其输出亦为1 三 极管T1有基极电流 T1导通 f1 当T1导通时 继电器1线圈通电 其触点 闭合 驱动电动机电路接通 电流方向由上至下 驱动电动机反转 使车顶玻璃滑动关闭 213 全关闭 位置 前200 mm处停止 a1 当车顶玻璃滑动到全关闭位置前200 mm处 时 限位开关1断开 或门C的输出由0变到1 0 1 并将1信号送至触发器 触发器的输出立刻 变为1 然后又回到0 b1 由于滑动开关一直置于关闭位置 0信号送 至双稳态触发器的S端 因此 双稳态触发器的输 出端Q由1 0 与非门D 与非门C 与门B和或 门A的输出均由1 0 这便使三极管T1的基极电 流中断 T1截止 c1 当T1截止时 继电器1线圈断电 其触点 断开 直接搭铁 驱动电动机电路被切断而停止 转动 从而使车顶玻璃的滑动停止 214 从停止到全关闭 a1 由上所述 车顶玻璃在关闭过程中自动停止 之后 滑动开关应被断开 OFF 见图8a 此时 1信号既送至双稳态触发器的S端 又送给与非门 D的输入端a 触发器输出的0信号送至双稳态触 52 汽车电器 2001年第1期 华北石油利德集团公司 蓄 电 池 用 水 设 备 厂 祝 汽车电器 广大读者吉祥如意 使用 维修 图8 车顶玻璃从停止到全关闭过程中滑动开关的状态图 发器的R端 因而使其Q端输出信号为1 故使与 非门D输出0信号 当滑动开关再次推至关闭位置时 即滑动开关 接通 见图8b 0信号送至双稳态触发器的S端和 与非门D的输入端a 触发器的0输出送至双稳态 触发器的R端 使其Q端输出信号为1 故使与非 门D输出1信号 b1 由于上述结果 与非门C的a端由限位开关 2输入0信号 b端由与非门D输入1信号 因而 其输出则为1 这样 与门B的输出信号亦为1 此信号送给或门A c1 由于或门A的输出为1 使得三极管T1有 基极电流通过 T1导通 继电器1线圈通电 其触 点闭合 驱动电动机电路接通而恢复反转 使车顶 玻璃全关闭 215 全关闭位置时的停止 a1 如果车顶玻璃滑动到全关闭之后 滑动开关 仍保持在关闭位置 限位开关2就会自动断开 此 时或门C的输入由0 1 输出也为0 1 b1 触发器的输入同样由0 1 而其输出立刻 由0 1 然后又变为0 由于滑动开关保持在关闭 位置 双稳态触发器S端为0 故使其输出端Q则 由1 0 与非门D 与非门C 与门B 或门A的 输出均为1 0 引起三极管T1的基极电流从有 无 最后使T1截止 c1T1截止 继电器1线圈断电 其触点断开 直接搭铁 使驱动电动机电路切断而停转 车顶 玻璃便在全关闭位置完全停止 216 斜升 a1 车顶玻璃在斜升和全关闭位置之间 限位开 关2处于断开状态 此结果引起与门C的输入端b 获得1信号 其a端也为 1 来自与非门E的输 出 因而与门C的输出也为1 而其中与非门E 的输入是倾斜开关置于斜升 UP 后送出0信号 给a端的 b端直接与电源正极1信号相连 这样 一来 或门A的输入 来自与门 C 和输出均为1 b1 此时 三极管T1的基极有电流 T1导通 继电器1线圈通电 其触点闭合 驱动电动机电路 接通而驱动车顶玻璃作斜升运动 217 斜升提醒 a1 由于在斜升过程中限位开关1和限位开关2 均处于断开 OFF 状态 因而与门D的输入端a b均为1 其输出亦为1 故使与非门G的输入端a 也为1 b1 在斜升期间 如果驾驶员要下车 将点火开 关由ON位置转至ACC或OFF位置 与非门G的 输入端b立即由1 0 其输出信号为1 此信号既 送给双稳态触发器的S端 又送至定时器输入端 于是 定时器输出的1信号又送给双稳态触发器的 R端 使其输出端Q为1 c1 由于此时三极管T3获得正向偏压 所以T3 导通 蜂鸣器 BUZZER 电路接通而发出蜂鸣声 响 以作车顶玻璃斜升时提醒 该提醒时间为8 s 其波形可参见图9 它由定时器控制 也即蜂鸣器 响过8 s之后 双稳态触发器的R端就由0 1 Q 端也就由1 0 使三极管T3截止 蜂鸣器的蜂鸣 声响停止 图9 斜升提醒信号波形 218 斜降 a1 当倾斜开关置于斜降位置时 与非门F的a 端为0 b端为 1 来自与门D的输出 因为限位 开关1和限位开关2均断开 或门B的输入和输 出均为1 b1 由于或门B的输出为1 所以三极管T2有 基极电流 T2导通 继电器2线圈通电 其触点闭 合 驱动电动机电路接