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