一种新型汽车车门升降玻璃夹缝除尘装置的设计

2014-12-06姜继文孟亚东蒋继伟

长春工程学院学报（自然科学版） 2014年4期

姜继文，孟亚东，蒋继伟

（1.天津职业技术师范大学，天津300222；2.安徽国防科技职业学院；3.安徽长乐新能源汽车有限公司，安徽六安237011）

0 引言

随着人们生活水平的日益提高，人们对汽车的安全性、耐用性和舒适性等使用性能要求越来越高。汽车车门玻璃升降器几乎是车身附件中利用率最高的一种功能部件［1］，然而汽车车门升降玻璃与密封条的夹缝里经常会进入漂浮物、树叶，卡入纸屑或灰尘颗粒等情况，导致玻璃升降器出现卡滞等故障，最终使得升降器中玻璃不能正常升降，影响驾乘人员的舒适性，降低车门玻璃升降器的耐用性。若能在窗机玻璃升降器装置中引入一种除尘装置，根据落入升降玻璃与密封条夹缝灰尘的颗粒大小，及时自动调节驱动风扇电机的速度，并将灰尘等脏物吹出，解决前述中玻璃升降器卡滞的故障，将提高乘车的舒适性和玻璃升降器的耐用性。

1 除尘装置的总体设计方案

本文设计的一种新型汽车车门升降玻璃的夹缝除尘装置集手动、自动操作，自动报警为一体，主要由感应检测装置、控制装置、报警装置、除尘装置及驱动电机组成，采用传感器技术、单片机技术、电机驱动技术于一体的闭环电路控制系统，实现玻璃夹缝除尘装置的自动感应检测和除尘处理控制。

除尘装置硬件结构设计采用灰尘传感器、压力传感器等感应检测设备，采用51型单片机、除尘条刷、驱动电机、报警器等控制执行机构实行自动调控。软件设计采用模块化设计方法实现信号的采集、传输、比较、控制［2］。系统总体设计框图，如图1所示。

图1 除尘装置的总体设计框图

2 除尘装置的结构设计

车门是车身的一个独立总成，通常有壳体、附件和内外装饰3部分构成。车门壳体的骨架部分包括内板、外板、窗框和加强板等［3］。壳体的内外板合成一个车门腔体，腔体内主要是满足车门刚度和功能简洁、外表美观的加强板、车门闭锁机构、窗机玻璃升降器等设施。本设计的除尘装置主要部件安装于车门腔体内，由除尘条刷、除尘传感器、压力传感器、控制单元、除尘风扇及驱动电机和报警装置构成，如图2所示。

图2 一种新型汽车车门升降玻璃的夹缝除尘装置结构示意图

除尘条刷布置于升降玻璃夹缝上端的窗框内壁上；除尘传感器和压力传感器沿除尘条刷下方的窗框内壁均匀分布安装，通过线束与控制单元相连；控制单元位于车门壳体的加强板上，采用51系列单片机，并通过线束与除尘风扇及驱动电机和报警装置连接；风扇及驱动电机和报警装置安装在车门壳体内外板合成的腔体加强板上。整个除尘装置在设计中，各部件之间的安装位置和尺寸应符合车型的车门产品技术要求，以保证该装置在运行过程工作可靠。

3 除尘装置的控制电路设计

除尘装置的控制系统以51系列的AT89C51型单片机为核心，对整个系统进行集中控制，同时具备感应检测、控制处理、自动报警功能，如图3所示。

系统中感应检测装置采用DSM501A灰尘传感器和HM10高精度压力传感器。DSM501A灰尘传感器是基于光散射原理的粒子计数灰尘传感器［4］，采用PWM脉宽调制输出方式，具有结构简单、体积小、重量轻、易安装特点；HM10高精度压力传感器介质兼容性好，可测量范围：－0.1MPa～0～10kPa…70MPa，具有恒源供电、可靠性好、精度高特点。2种传感器主要用于感应检测落入玻璃夹缝中的灰尘颗粒及颗粒杂物产生的阻力。

图3 除尘装置的控制电路原理图

控制单元采用AT89C51型单片机，AT89C51是一种64kB寻址空间的高效微控制处理器，具有运行稳定、可靠性强、性价比高的特点。主要用于接受感应检测装置信号和控制除尘装置工作。

除尘装置中除尘条刷主要用于阻拦较大杂物，底座材质选用镀锌板，毛刷选用PP丝材质、长度10mm，钢带底设计厚2.5mm、侧高3mm×3mm，条刷长度根据车门升降玻璃与密封条的夹缝边缘长度适当调整。除尘装置中驱动电机采用B2418M直流电机，通过接收AT89C51信号来调控除尘风扇的转速。

报警装置采用有源电磁式蜂鸣器，AT89C51对感应检测装置输入的信号进行分析处理并关闭或触发报警装置。

本设计装置中的除尘条刷可以阻拦一些较大的赃物进入升降玻璃的夹缝里，如漂浮物、纸屑、树叶等杂物。对于较小的颗粒，落入夹缝内［5］，安装在除尘条刷下方窗框内壁的DSM501A灰尘传感器和HM10高精度压力传感器将车窗玻璃条缝内感知检测到的灰尘颗粒和压力转化成电压信号快速传送给AT89C51单片机，AT89C51根据感应检测装置输送的信号，内部进行运算、分析、处理后控制有源电磁式蜂鸣器发出报警信号，同时作为控制系统的执行元件B2418M直流电机，接收来自AT89C51单片机的控制信号，改变输出电源的频率控制驱动电机的转速，使除尘风扇运转，将灰尘颗粒等赃物从车窗玻璃的夹缝里吹出。