Alila

B.02.02—车窗系统

0
阅读(1465)
  第六,专门谈一下防夹本身。
  (2014-12-27 发表于本人QQ空间)欧洲和美国两个标准的关键点不在于其防夹范围和防夹力(其防夹范围略有差别、其防夹力均是不大于100N且未规定很细的测试场景),而在于其测试棒的刚度。国标征求意见稿07年就出来了,未知正式版发布否。
  对于传统的防夹算法来说,其核心是转速差(以电流为基础的没有见到过批量成功案例),通过转速差来计算防夹力,而不同的刚度阻尼在相同的其他条件下会有不同单位时间转速差,所以对于美标和欧标的匹配,难说完全一样,如果完全一样时即使通过标准测试那也必定有一个不是最优。这里所谓最优是指各种条件下的均衡指标是最优的,如响应时间、系统兼容性、老化承受能力,有时不可能每个指标都是最优,便不得不牺牲某一方面的指标,但综合起来可以有个指标函数,该函数当有最优极值。
  永磁直流电机的转速差直接对应到防夹力,但是出于客户体验,法规规定的都是防夹力而非转速差。这种情况下,设计者需要了解不同工况下的转速差与防夹力的不同关系,虽然理论上都是线性,但事实上并非很纯洁的线性关系。
  电压的影响。其他条件不变时电压和转速成正比,扭矩差也即防夹力和转速差成正比,但电压会变化,尤其是启动时,所以很多人索性启动期间不让电机动作,但一个完整的上升行程往往要持续三秒多钟,这个过程中如果负载变化,其实电机端的电压是会立即变化的。
  温度的影响。环境温度会变化,夏天和冬天自然不用说,电机本身效率低、发热大,同一温度下多动几个来回整个回路电阻分配便变了,那么如何确保防夹力仍然在规定范围?几乎不可能所有工作条件都能保证,再者电机也是脆弱的,结合起来做软件保护很有必要。
  外部负载的变化。门框的泥槽、橡胶条历经风吹日晒后,其阻力日趋变化,而事实上客户并不希望防夹力有多大变化,如何让算法来适应变化的负载也是需要考虑的。在此基础上延伸下,因为客户使用原因(如门被撞过),导致负载曲线发生很大畸变,是否算法在学习一遍后仍能有效应对?值得琢磨和验证。
  特殊工况。如颠簸路面上博世也只能保证10%以下的误防夹率,而不是更低,事实上我从来没看到过颠簸路面的具体定义,这个场景下的纵向力(更确切的说应该是振幅和加速度)在可能极少有整车厂会以数据形式输出给供应商,所以一般都是供应商到具体路市场来匹配和验证。不过现在看来国外的工程师多少有点故意隐瞒和投机取巧—因为他们明知整车厂只会在自己的路试场测试,对于单一场景还只做90%的承诺。
  电机本身的制造公差。理论上电机的n-T曲线是线性的(不同电压相互平行),但实际上即使同一批材料、同一时间、同一地点、同一批人所连续生产的任意两个电机的特性曲线也很难100%完全一样,这和其他很多产品一样,只不过普通机构件是尺寸不同,而电机是性能特性不同。总的来说一些较好的企业的性能公差可以达到3个西格码,但这里所说的“性能”本身就已经是一个范围了。也即可以与电机厂商约定其性能曲线的范围,但好的厂家可以承诺99.73%的合格率,要更高的合格率则这个范围必须加大,而算法能否兼容更大的范围则是做控制的时候要考虑的。
  基于以上五点,要在车上所有可能出现的所有场景下要求防夹力完全满足法规要求的小于100N、且要求不会有任何误防夹,这一条几乎是不可能达到的。故目前也没有任何正规的厂商可以做100%的承诺。从这五点的反面出发,也可以思考出对于防夹功能的测试方向,这些就不细述了。而对于普通用户来说,由于他们极少去关注各种异常的情况、且在异常情况下又极少会进行自动升窗动作、即使进行了此操作又更少会出现防夹的需求,所以在客户的实用中出现异常的情况是极少极少的。
  第七,系统电气概述。
  从单个车窗的驱动电路而言,芯片级的厂商倾向于将更多功能集成到一起以提升自己的竞争优势(这种思路也可用到主机厂,但不便举例)。如下图为单个车窗驱动示意,在传统的方案中12V转5V的器件、MCU、LSD驱动等并不是集成的,而此方案全集成到了一块芯片中,这样简化了产品BOM表、节省了PCB面积又同时能保证乃至提升产品质量。

  而对于整车来说,下图为一个不带防夹的四门电动车窗电路示意(由于网上电路找、就没找其他类型的电路示意了)。事实上目前的电气框架有很多类型,远不只这一种。

  对整车厂而言,可以有很多选择:根据车型配置需求看是否要防夹,对于带通讯的车窗系统是采用LIN(市面上此种占绝大多数)还是CAN,MCU放在开关里还是电机里,采用LIN的时候以左前窗控做主节点还是BCM做主节点。选择的灵活性很大,细分出来有超过20种情况,就不一一再述。
  最后是车窗系统的保险配备和线径设计,调查分析后可以发现各车厂似乎都有着自己的想法,但又全都不一定最优,如果说已经是最优,那么各自的评判标准是有所差异的。这里仅仅指出某些车厂在线束设计上还有必要好好分析和队标一番。
  第八,畅想一下尚未普及的一些功能。
  车窗虽是个极传统和大众化的系统,但相信设计者仍可不断创新,不久后便能继续做出一些当前尚未普及的功能,下面简述一下个人对此系统的想法。
  纹波防夹。这项技术能节省磁环和霍尔传感器、有利于降低成本。虽然一直以来有不少论文都讲述此法是完全可实现防夹的,但几年前仅听说有巴西人做出并量产且不知是真是假,而诸如博世等汽车电子的巨擘却一直采用霍尔式的速度检测来实现、故当时也就没往这方面考虑,不过相信有人一直在研究用于量产,或许不久后便成真了。
  车速感应。这是一个功能,即结合车内外温差、空调目标温度等参数,在低车速时自动开启车窗、车速变高后自动关闭车窗,期间如有用户中断则退出本次循环。貌似有人做过尝试,但不清楚是否有量产车型实现否。
  空调内外循环联动。外循环时开窗,内循环时自动关窗。一些欧洲厂家有配备,但所配并不很广。
  电变色车窗玻璃。曾做过一个Demo项目,这个项目仅仅采用新型的玻璃来实现车窗的变色、同时改变其透光率,实现方法是向其加压。当时改车改得蛮累,最终自然是未量产,玻璃成本也十分高,或许某天会变成现实也不一定。
  远程启动附加功能。有些车远程启动后可根据车内外温差对车辆进行相差操作,如在夏天将车内降温,在冬天升温。我想如果夏天降温时,将车窗降下一段距离是否有利于更快的降温以节能?但有人提出如果车里有东西被人拿走怎么办,其实这个问题是有技术途径解决的。
  显示功能。之前看到一家公司广告在车窗上做了显示屏(然后就能在此基础上实现很多其他功能了),并非不可能、只是路途还蛮远。