崔炳林+++趙云聰

摘 要：汽車電動(dòng)滑門（PSD）系統(tǒng)是在滑門系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，集成電子智能控制技術(shù)和傳感器防夾技術(shù)的高級(jí)滑門系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于高檔豪華商務(wù)車，兼具了滑門側(cè)開啟方便性和人機(jī)智能控制性，越來越受到消費(fèi)者的青睞。文章介紹了汽車電動(dòng)滑門系統(tǒng)的技術(shù)構(gòu)成和主要子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)滑門系統(tǒng)的自主開發(fā)。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)滑門（PSD）；滑門滑軌；電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；持續(xù)供電系統(tǒng)；電子控制系統(tǒng)

前言

汽車滑門因側(cè)開啟方式與傳統(tǒng)車門相比，具有易泊車、開啟寬度大和方便乘員貨物進(jìn)出的優(yōu)點(diǎn)，很受消費(fèi)者的青睞。汽車市場(chǎng)上，無(wú)論是面向高端的商務(wù)豪華MPV，還是面向城市物流的輕型客車和低端客運(yùn)微型車都采用了汽車機(jī)械滑門系統(tǒng)。

汽車電動(dòng)滑門系統(tǒng)PSD（Power Slide Door）是在機(jī)械滑門的基礎(chǔ)上，集成智能控制和執(zhí)行技術(shù)的高級(jí)滑門系統(tǒng)，主要技術(shù)難點(diǎn)為：（1）電動(dòng)滑門ECU控制系統(tǒng)與車外遙控系統(tǒng)、車內(nèi)控制系統(tǒng)、整車電子控制系統(tǒng)的集成。（2）獨(dú)立的供電系統(tǒng)，保證滑門系統(tǒng)持續(xù)供電，不影響滑門開啟。（3）車體精度的更高要求，保證滑門系統(tǒng)開閉平順性。

文章介紹了電動(dòng)滑門系統(tǒng)的關(guān)鍵零件設(shè)計(jì)要點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)選擇、供電系統(tǒng)布置、邏輯控制要點(diǎn)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)滑門系統(tǒng)的創(chuàng)新開發(fā)及智能化控制技術(shù)。

1 電動(dòng)滑門系統(tǒng)主要構(gòu)成

電動(dòng)滑門系統(tǒng)主要包括以下子系統(tǒng)，如圖1所示：（1）車門本體系統(tǒng)；（2）車門運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)（鉸鏈、滑軌、限位組件）（3）車門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；（4）鎖系統(tǒng)；（5）車門供電系統(tǒng)；（6）車門控制系統(tǒng)；（7）安全防夾系統(tǒng)。

圖1 電動(dòng)滑門系統(tǒng)構(gòu)成

2 電動(dòng)滑門系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)

2.1 運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)的開發(fā)

滑門運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)包括滑門鉸鏈、滑門滑軌、滑門限位組件，涉及運(yùn)動(dòng)軌跡、力學(xué)性能、操作平順性、附件布置、耐久疲勞等，具體如下。

2.1.1 滑門鉸鏈及滑軌設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）滑門鉸鏈的布置形式

常用的滑門按鉸鏈形式有兩種：A.上鉸鏈為旋轉(zhuǎn)式，中鉸鏈為旋轉(zhuǎn)式，下鉸鏈為固定式；B.上鉸鏈為固定式，中鉸鏈為旋轉(zhuǎn)式，下鉸鏈為旋轉(zhuǎn)式。本車型考慮滑門運(yùn)動(dòng)平順性，選用B類形式，圖1所示。鉸鏈懸臂盡可能短、如過長(zhǎng)時(shí)應(yīng)分成兩個(gè)部件，盡可能增加加強(qiáng)筋，提高鉸鏈剛度，避免車門下沉風(fēng)險(xiǎn)。一般來說，鉸鏈懸臂長(zhǎng)度應(yīng)該小于150mm，如圖2所示。

圖2 滑門鉸鏈

（2）在設(shè)計(jì)滑門滑軌前，先要確定與滑門鉸鏈滾輪大小、滑門滑軌斷面、造型相關(guān)的典型斷面，斷面如圖3。

（3）滑門滑軌設(shè)計(jì)

中、下鉸鏈支架中心和上鉸鏈滾輪中心的全關(guān)和全開位置設(shè)計(jì)法則為幾何三角形法則，即AB=A'B'，AC=A'C'，BC=B'C'，設(shè)計(jì)順序如圖4：

a.根據(jù)典型斷面1定義A點(diǎn)位置；b.根據(jù)典型斷面2和內(nèi)飾造型，調(diào)整鉸鏈懸臂長(zhǎng)度和內(nèi)飾造型與車身外側(cè)的間隙，確認(rèn)車門全開位置的推出量，確定A'點(diǎn)；c.根據(jù)典型斷面3初步定義C點(diǎn)位置；d.根據(jù)典型斷面4、C點(diǎn)和A點(diǎn)、A'點(diǎn)來確定C'點(diǎn)；e.參照以上方法，根據(jù)內(nèi)外造型定義B'點(diǎn)；f.根據(jù)A點(diǎn)、A'點(diǎn)、C點(diǎn)、C'點(diǎn)和B'點(diǎn)確定B點(diǎn)；g.根據(jù)內(nèi)外造型、車體和車身附件確定中滑軌軌跡和下滑軌軌跡；h.根在確定中滑軌軌跡及中支架中心和下滑軌及下支架中心后，確定上滑軌軌跡；i.完成滑軌軌跡設(shè)計(jì)后，進(jìn)行上中下滑軌的設(shè)計(jì)，按照經(jīng)驗(yàn)值確定上下滑軌的前傾和內(nèi)傾角度分別為0.3°和0.2°，調(diào)整中滑軌的前傾和內(nèi)傾角度分別為0.7°和0.3°。

（4）運(yùn)動(dòng)模型建立

上、中、下滑軌、中鉸鏈支架中心及下鉸鏈支架中心完成設(shè)計(jì)后，通過CATIA DMU Kinematijianyi建立車門運(yùn)動(dòng)模型，對(duì)相關(guān)運(yùn)動(dòng)間隙進(jìn)行檢查。

（5）鉸鏈滑軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在整車典型斷面支持下，進(jìn)行鉸鏈和滑軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.1.2 滑門限位組件的設(shè)計(jì)

就B類型鉸鏈布置形式，下鉸鏈為主要承重輪，主限位設(shè)計(jì)在下鉸鏈。滑門開啟到主限位時(shí)，由于慣性，車門存在向后翻轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，上鉸鏈也需要一個(gè)輔助限位。設(shè)計(jì)時(shí)，先接觸主限位，再接觸輔助限位，以上都為開啟限位。

關(guān)門時(shí)限位組件主要有滑門緩沖塊，滑門制動(dòng)塊，此外車門鎖系統(tǒng)也能起到關(guān)閉限位的作用。

2.2 電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的開發(fā)

按照驅(qū)動(dòng)電機(jī)所處位置，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有兩種布置方式，即側(cè)圍驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)布置在車身側(cè)圍中，地板驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)布置在迎賓踏步下方。

兩種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)劣點(diǎn)見表1。

表1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)比

2.3 門鎖系統(tǒng)

如圖3所示，電動(dòng)滑門鎖系統(tǒng)主要包括前鎖，后鎖，全開位置鎖、外開把手、外開解鎖拉桿、內(nèi)把手、中央控制機(jī)構(gòu)、兒童保護(hù)鎖、自動(dòng)上鎖及解鎖模塊、半鎖到全鎖的驅(qū)動(dòng)模塊。電動(dòng)滑門鎖系統(tǒng)信號(hào)通過ECU控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)遙控，解鎖，閉鎖、車門開關(guān)動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)功能的邏輯控制。按照滑門的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行鎖體的初步布置，重點(diǎn)關(guān)注鎖體鎖扣嚙合角度和后鎖的半鎖位置。

圖5 鎖系統(tǒng)

2.4 持續(xù)供電系統(tǒng)

電動(dòng)滑門在非全閉狀態(tài)下，全開鎖解鎖電機(jī)、防夾條、滑門玻璃升降器、揚(yáng)聲器等部件需要有常電接入。按照供電方式分為硬線束和超級(jí)電容兩種。硬線束通常布置在下滑軌區(qū)域，與車門下鉸鏈連接，通過類坦克鏈或類卷收器的結(jié)構(gòu)隨滑門運(yùn)動(dòng)即時(shí)改變線束的位置狀態(tài)。超級(jí)電容布置在車門內(nèi)，非全閉狀態(tài)下提供電源，關(guān)閉狀態(tài)下進(jìn)行充電。由圖6分別為類坦克鏈和類卷收器的硬線束總成。

圖6 持續(xù)供電系統(tǒng)

2.5 電子控制系統(tǒng)及CAN網(wǎng)絡(luò)

如圖7所示，電動(dòng)滑門電子控制系統(tǒng)（PSDECU）與整車總線及發(fā)動(dòng)機(jī)的電子通信交互及邏輯控制定義，確保電動(dòng)滑門各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)。車門內(nèi)外把手的控制矩陣圖如表2所示。endprint

圖7 電子控制管理圖

表2 內(nèi)外把手控制矩陣圖

2.6 安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電動(dòng)滑門系統(tǒng)的防夾安全設(shè)計(jì)通常包括三種，即驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流反轉(zhuǎn)防夾、感應(yīng)條防夾和全域速度制御。

2.6.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流反轉(zhuǎn)防夾

由圖8可知，當(dāng)車門關(guān)閉和開啟過程中有物體位于滑門運(yùn)動(dòng)路徑上時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流[1]達(dá)到一定值時(shí)，ECU發(fā)出電流方向改變指令，驅(qū)動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)滑門防夾。

圖8 電流防夾原理

2.6.2 觸控感應(yīng)器

車門關(guān)閉過程中，滑門前側(cè)邊緣的觸控感應(yīng)器受到障礙物擠壓時(shí)，感應(yīng)元件電阻變化轉(zhuǎn)化為電流變化，通過PCB檢知，轉(zhuǎn)化為指令信號(hào)給PSD電機(jī)反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)滑門反向運(yùn)動(dòng)。

2.6.3 全域速度制域

速度制域是指車輛在臨近全開和全關(guān)位置時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)根據(jù)指令調(diào)整車門運(yùn)動(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)滑門緩起動(dòng)和緩?fù)Ｖ构δ?；特別是在坡路動(dòng)時(shí)，能有效降低車門加速度引起的作動(dòng)感覺變化，提高車門高檔感和乘員安全性。主要原理是霍爾傳感器的檢知識(shí)別當(dāng)前位置，通過適時(shí)電流變動(dòng)來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到速度制域，其原理如下：

圖9 全域速度制域示意圖

2.6.4 加油口蓋安全互鎖機(jī)構(gòu)

左側(cè)電動(dòng)滑門需要設(shè)計(jì)一個(gè)互鎖機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)加油口蓋與滑門開啟互鎖。邏輯關(guān)系如下：加油口蓋完全或小角度開啟時(shí)，電動(dòng)滑門受到互鎖機(jī)構(gòu)限制而無(wú)法開啟車門；車門全開時(shí)，加油口蓋可以小角度開啟，但不影響車門關(guān)閉。互鎖機(jī)構(gòu)一般布置在車門下滑軌區(qū)域。特別指出，為更高安全性考慮，盡可能為電動(dòng)加油口蓋。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

電動(dòng)滑門包含零部件試驗(yàn)、系統(tǒng)試驗(yàn)。零部件試驗(yàn)有鎖體[2]強(qiáng)檢試驗(yàn)、內(nèi)外把手等力學(xué)功能試驗(yàn)、防水等級(jí)試驗(yàn)、防塵等級(jí)試驗(yàn)、高低溫試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、耐久試驗(yàn)；系統(tǒng)試驗(yàn)有滑門系統(tǒng)的強(qiáng)檢試驗(yàn)、坡路試驗(yàn)、連續(xù)工作試驗(yàn)、防夾試驗(yàn)、路譜振動(dòng)試驗(yàn)、EMC試驗(yàn)。此外，還需要進(jìn)行專業(yè)試驗(yàn)場(chǎng)的實(shí)車試驗(yàn)、高溫高寒高濕三高試驗(yàn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

電動(dòng)滑門系統(tǒng)開發(fā)的核心是運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)的高度集成和開發(fā)。

文章通過某種車型電動(dòng)滑門系統(tǒng)的研究與開發(fā)，掌握了關(guān)鍵子系統(tǒng)的開發(fā)流程和設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)電動(dòng)滑門的創(chuàng)新和技術(shù)突破。

參考文獻(xiàn)

[1]周守昌.電路原理（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2]GB15086-2006汽車門鎖及車門保持件的性能要求和測(cè)試方法[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.endprint

圖7 電子控制管理圖

表2 內(nèi)外把手控制矩陣圖

2.6 安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電動(dòng)滑門系統(tǒng)的防夾安全設(shè)計(jì)通常包括三種，即驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流反轉(zhuǎn)防夾、感應(yīng)條防夾和全域速度制御。

2.6.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流反轉(zhuǎn)防夾

由圖8可知，當(dāng)車門關(guān)閉和開啟過程中有物體位于滑門運(yùn)動(dòng)路徑上時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流[1]達(dá)到一定值時(shí)，ECU發(fā)出電流方向改變指令，驅(qū)動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)滑門防夾。

圖8 電流防夾原理

2.6.2 觸控感應(yīng)器

車門關(guān)閉過程中，滑門前側(cè)邊緣的觸控感應(yīng)器受到障礙物擠壓時(shí)，感應(yīng)元件電阻變化轉(zhuǎn)化為電流變化，通過PCB檢知，轉(zhuǎn)化為指令信號(hào)給PSD電機(jī)反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)滑門反向運(yùn)動(dòng)。

2.6.3 全域速度制域

速度制域是指車輛在臨近全開和全關(guān)位置時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)根據(jù)指令調(diào)整車門運(yùn)動(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)滑門緩起動(dòng)和緩?fù)Ｖ构δ埽惶貏e是在坡路動(dòng)時(shí)，能有效降低車門加速度引起的作動(dòng)感覺變化，提高車門高檔感和乘員安全性。主要原理是霍爾傳感器的檢知識(shí)別當(dāng)前位置，通過適時(shí)電流變動(dòng)來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到速度制域，其原理如下：

圖9 全域速度制域示意圖

2.6.4 加油口蓋安全互鎖機(jī)構(gòu)

左側(cè)電動(dòng)滑門需要設(shè)計(jì)一個(gè)互鎖機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)加油口蓋與滑門開啟互鎖。邏輯關(guān)系如下：加油口蓋完全或小角度開啟時(shí)，電動(dòng)滑門受到互鎖機(jī)構(gòu)限制而無(wú)法開啟車門；車門全開時(shí)，加油口蓋可以小角度開啟，但不影響車門關(guān)閉。互鎖機(jī)構(gòu)一般布置在車門下滑軌區(qū)域。特別指出，為更高安全性考慮，盡可能為電動(dòng)加油口蓋。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

電動(dòng)滑門包含零部件試驗(yàn)、系統(tǒng)試驗(yàn)。零部件試驗(yàn)有鎖體[2]強(qiáng)檢試驗(yàn)、內(nèi)外把手等力學(xué)功能試驗(yàn)、防水等級(jí)試驗(yàn)、防塵等級(jí)試驗(yàn)、高低溫試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、耐久試驗(yàn)；系統(tǒng)試驗(yàn)有滑門系統(tǒng)的強(qiáng)檢試驗(yàn)、坡路試驗(yàn)、連續(xù)工作試驗(yàn)、防夾試驗(yàn)、路譜振動(dòng)試驗(yàn)、EMC試驗(yàn)。此外，還需要進(jìn)行專業(yè)試驗(yàn)場(chǎng)的實(shí)車試驗(yàn)、高溫高寒高濕三高試驗(yàn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

電動(dòng)滑門系統(tǒng)開發(fā)的核心是運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)的高度集成和開發(fā)。

文章通過某種車型電動(dòng)滑門系統(tǒng)的研究與開發(fā)，掌握了關(guān)鍵子系統(tǒng)的開發(fā)流程和設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)電動(dòng)滑門的創(chuàng)新和技術(shù)突破。

參考文獻(xiàn)

[1]周守昌.電路原理（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2]GB15086-2006汽車門鎖及車門保持件的性能要求和測(cè)試方法[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.endprint

圖7 電子控制管理圖

表2 內(nèi)外把手控制矩陣圖

2.6 安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電動(dòng)滑門系統(tǒng)的防夾安全設(shè)計(jì)通常包括三種，即驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流反轉(zhuǎn)防夾、感應(yīng)條防夾和全域速度制御。

2.6.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流反轉(zhuǎn)防夾

由圖8可知，當(dāng)車門關(guān)閉和開啟過程中有物體位于滑門運(yùn)動(dòng)路徑上時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流[1]達(dá)到一定值時(shí)，ECU發(fā)出電流方向改變指令，驅(qū)動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)滑門防夾。

圖8 電流防夾原理

2.6.2 觸控感應(yīng)器

車門關(guān)閉過程中，滑門前側(cè)邊緣的觸控感應(yīng)器受到障礙物擠壓時(shí)，感應(yīng)元件電阻變化轉(zhuǎn)化為電流變化，通過PCB檢知，轉(zhuǎn)化為指令信號(hào)給PSD電機(jī)反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)滑門反向運(yùn)動(dòng)。

2.6.3 全域速度制域

速度制域是指車輛在臨近全開和全關(guān)位置時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)根據(jù)指令調(diào)整車門運(yùn)動(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)滑門緩起動(dòng)和緩?fù)Ｖ构δ?；特別是在坡路動(dòng)時(shí)，能有效降低車門加速度引起的作動(dòng)感覺變化，提高車門高檔感和乘員安全性。主要原理是霍爾傳感器的檢知識(shí)別當(dāng)前位置，通過適時(shí)電流變動(dòng)來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到速度制域，其原理如下：

圖9 全域速度制域示意圖

2.6.4 加油口蓋安全互鎖機(jī)構(gòu)

左側(cè)電動(dòng)滑門需要設(shè)計(jì)一個(gè)互鎖機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)加油口蓋與滑門開啟互鎖。邏輯關(guān)系如下：加油口蓋完全或小角度開啟時(shí)，電動(dòng)滑門受到互鎖機(jī)構(gòu)限制而無(wú)法開啟車門；車門全開時(shí)，加油口蓋可以小角度開啟，但不影響車門關(guān)閉。互鎖機(jī)構(gòu)一般布置在車門下滑軌區(qū)域。特別指出，為更高安全性考慮，盡可能為電動(dòng)加油口蓋。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

電動(dòng)滑門包含零部件試驗(yàn)、系統(tǒng)試驗(yàn)。零部件試驗(yàn)有鎖體[2]強(qiáng)檢試驗(yàn)、內(nèi)外把手等力學(xué)功能試驗(yàn)、防水等級(jí)試驗(yàn)、防塵等級(jí)試驗(yàn)、高低溫試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、耐久試驗(yàn)；系統(tǒng)試驗(yàn)有滑門系統(tǒng)的強(qiáng)檢試驗(yàn)、坡路試驗(yàn)、連續(xù)工作試驗(yàn)、防夾試驗(yàn)、路譜振動(dòng)試驗(yàn)、EMC試驗(yàn)。此外，還需要進(jìn)行專業(yè)試驗(yàn)場(chǎng)的實(shí)車試驗(yàn)、高溫高寒高濕三高試驗(yàn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

電動(dòng)滑門系統(tǒng)開發(fā)的核心是運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)的高度集成和開發(fā)。

文章通過某種車型電動(dòng)滑門系統(tǒng)的研究與開發(fā)，掌握了關(guān)鍵子系統(tǒng)的開發(fā)流程和設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)電動(dòng)滑門的創(chuàng)新和技術(shù)突破。

參考文獻(xiàn)

[1]周守昌.電路原理（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2]GB15086-2006汽車門鎖及車門保持件的性能要求和測(cè)試方法[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.endprint