崔炳林+++趙云聰

摘 要：汽車電動滑門（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)開啟方便性和人機智能控制性，越來越受到消費者的青睞。文章介紹了汽車電動滑門系統(tǒng)的技術(shù)構(gòu)成和主要子系統(tǒng)的設(shè)計方法，實現(xiàn)了電動滑門系統(tǒng)的自主開發(fā)。

關(guān)鍵詞：電動滑門（PSD）；滑門滑軌；電動驅(qū)動系統(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，很受消費者的青睞。汽車市場上，無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微型車都采用了汽車機械滑門系統(tǒng)。

汽車電動滑門系統(tǒng)PSD（Power Slide Door）是在機械滑門的基礎(chǔ)上，集成智能控制和執(zhí)行技術(shù)的高級滑門系統(tǒng)，主要技術(shù)難點為：（1）電動滑門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。

文章介紹了電動滑門系統(tǒng)的關(guān)鍵零件設(shè)計要點，驅(qū)動結(jié)構(gòu)選擇、供電系統(tǒng)布置、邏輯控制要點、系統(tǒng)設(shè)計方法，實現(xiàn)了電動滑門系統(tǒng)的創(chuàng)新開發(fā)及智能化控制技術(shù)。

1 電動滑門系統(tǒng)主要構(gòu)成

電動滑門系統(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）車門運動導(dǎo)向系統(tǒng)（鉸鏈、滑軌、限位組件）（3）車門驅(qū)動系統(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 電動滑門系統(tǒng)構(gòu)成

2 電動滑門系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)

2.1 運動導(dǎo)向系統(tǒng)的開發(fā)

滑門運動導(dǎo)向系統(tǒng)包括滑門鉸鏈、滑門滑軌、滑門限位組件，涉及運動軌跡、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)計要點

（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。本車型考慮滑門運動平順性，選用B類形式，圖1所示。鉸鏈懸臂盡可能短、如過長時應(yīng)分成兩個部件，盡可能增加加強筋，提高鉸鏈剛度，避免車門下沉風(fēng)險。一般來說，鉸鏈懸臂長度應(yīng)該小于150mm，如圖2所示。

圖2 滑門鉸鏈

（2）在設(shè)計滑門滑軌前，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

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)計法則為幾何三角形法則，即AB=A'B'，AC=A'C'，BC=B'C'，設(shè)計順序如圖4：

a.根據(jù)典型斷面1定義A點位置；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；c.根據(jù)典型斷面3初步定義C點位置；d.根據(jù)典型斷面4、C點和A點、A'點來確定C'點；e.參照以上方法，根據(jù)內(nèi)外造型定義B'點；f.根據(jù)A點、A'點、C點、C'點和B'點確定B點；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)計后，進(jìn)行上中下滑軌的設(shè)計，按照經(jīng)驗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）運動模型建立

上、中、下滑軌、中鉸鏈支架中心及下鉸鏈支架中心完成設(shè)計后，通過CATIA DMU Kinematijianyi建立車門運動模型，對相關(guān)運動間隙進(jìn)行檢查。

（5）鉸鏈滑軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計

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。

2.1.2 滑門限位組件的設(shè)計

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

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

2.2 電動驅(qū)動系統(tǒng)的開發(fā)

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

兩種驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)劣點見表1。

表1 驅(qū)動系統(tǒng)對比

2.3 門鎖系統(tǒng)

如圖3所示，電動滑門鎖系統(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、中央控制機構(gòu)、兒童保護鎖、自動上鎖及解鎖模塊、半鎖到全鎖的驅(qū)動模塊。電動滑門鎖系統(tǒng)信號通過ECU控制驅(qū)動機構(gòu)的執(zhí)行，實現(xiàn)遙控，解鎖，閉鎖、車門開關(guān)動作，從而實現(xiàn)電動功能的邏輯控制。按照滑門的運動軌跡進(jìn)行鎖體的初步布置，重點關(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)

電動滑門在非全閉狀態(tài)下，全開鎖解鎖電機、防夾條、滑門玻璃升降器、揚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)隨滑門運動即時改變線束的位置狀態(tài)。超級電容布置在車門內(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，電動滑門電子控制系統(tǒng)（PSDECU）與整車總線及發(fā)動機的電子通信交互及邏輯控制定義，確保電動滑門各項功能的實現(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

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

2.6.1 驅(qū)動電機電流反轉(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動路徑上時，驅(qū)動電機的電流[1]達(dá)到一定值時，ECU發(fā)出電流方向改變指令，驅(qū)動電機反轉(zhuǎn)，實現(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，感應(yīng)元件電阻變化轉(zhuǎn)化為電流變化，通過PCB檢知，轉(zhuǎn)化為指令信號給PSD電機反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)滑門反向運動。

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，驅(qū)動電機根據(jù)指令調(diào)整車門運動速度，實現(xiàn)滑門緩起動和緩?fù)Ｖ构δ?；特別是在坡路動時，能有效降低車門加速度引起的作動感覺變化，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別當(dāng)前位置，通過適時電流變動來改變電機轉(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構(gòu)

左側(cè)電動滑門需要設(shè)計一個互鎖機構(gòu)，實現(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，電動滑門受到互鎖機構(gòu)限制而無法開啟車門；車門全開時，加油口蓋可以小角度開啟，但不影響車門關(guān)閉?；ユi機構(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，盡可能為電動加油口蓋。

3 試驗驗證

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

4 結(jié)束語

電動滑門系統(tǒng)開發(fā)的核心是運動導(dǎo)向系統(tǒng)的合理設(shè)計，驅(qū)動系統(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)計方法，實現(xiàn)了國產(chǎn)電動滑門的創(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試方法[S].北京：中國標(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

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

2.6.1 驅(qū)動電機電流反轉(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動路徑上時，驅(qū)動電機的電流[1]達(dá)到一定值時，ECU發(fā)出電流方向改變指令，驅(qū)動電機反轉(zhuǎn)，實現(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，感應(yīng)元件電阻變化轉(zhuǎn)化為電流變化，通過PCB檢知，轉(zhuǎn)化為指令信號給PSD電機反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)滑門反向運動。

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，驅(qū)動電機根據(jù)指令調(diào)整車門運動速度，實現(xiàn)滑門緩起動和緩?fù)Ｖ构δ?；特別是在坡路動時，能有效降低車門加速度引起的作動感覺變化，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別當(dāng)前位置，通過適時電流變動來改變電機轉(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構(gòu)

左側(cè)電動滑門需要設(shè)計一個互鎖機構(gòu)，實現(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，電動滑門受到互鎖機構(gòu)限制而無法開啟車門；車門全開時，加油口蓋可以小角度開啟，但不影響車門關(guān)閉?；ユi機構(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，盡可能為電動加油口蓋。

3 試驗驗證

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

4 結(jié)束語

電動滑門系統(tǒng)開發(fā)的核心是運動導(dǎo)向系統(tǒng)的合理設(shè)計，驅(qū)動系統(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)計方法，實現(xiàn)了國產(chǎn)電動滑門的創(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試方法[S].北京：中國標(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

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

2.6.1 驅(qū)動電機電流反轉(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動路徑上時，驅(qū)動電機的電流[1]達(dá)到一定值時，ECU發(fā)出電流方向改變指令，驅(qū)動電機反轉(zhuǎn)，實現(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，感應(yīng)元件電阻變化轉(zhuǎn)化為電流變化，通過PCB檢知，轉(zhuǎn)化為指令信號給PSD電機反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)滑門反向運動。

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，驅(qū)動電機根據(jù)指令調(diào)整車門運動速度，實現(xiàn)滑門緩起動和緩?fù)Ｖ构δ?；特別是在坡路動時，能有效降低車門加速度引起的作動感覺變化，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別當(dāng)前位置，通過適時電流變動來改變電機轉(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構(gòu)

左側(cè)電動滑門需要設(shè)計一個互鎖機構(gòu)，實現(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，電動滑門受到互鎖機構(gòu)限制而無法開啟車門；車門全開時，加油口蓋可以小角度開啟，但不影響車門關(guān)閉?；ユi機構(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，盡可能為電動加油口蓋。

3 試驗驗證

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

4 結(jié)束語

電動滑門系統(tǒng)開發(fā)的核心是運動導(dǎo)向系統(tǒng)的合理設(shè)計，驅(qū)動系統(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)計方法，實現(xiàn)了國產(chǎn)電動滑門的創(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試方法[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.endprint