汽车电动天窗系统的结构及工作原理

汽车电动天窗主要由滑动机构、驱动机构、开关、控制系统（主要包括ECU、限位开关或传感器）、电动机、传动机构等组成。图2-10所示为老款丰田轿车曾用到过的电动天窗结构图。现新款丰田轿车则多采用同步传送带取代原来的滑动螺杆结构。

现以2009款丰田锐志轿车的滑动天窗系统为例，说明新款丰田轿车滑动天窗系统的一般结构原理。

1.控制功能与原理

2009款丰田锐志轿车的滑动天窗系统采用具有一触式自动功能、防夹机构等各种功能的“带倾斜和滑动功能的电动滑动天窗”。从点火钥匙断开操作功能开始，设置了警告用户忘记关闭滑动天窗的警告功能、车门钥匙连动/发射器（灵敏锁）连动开闭功能，使用性能极佳。滑动天窗开关安装在地图灯内。用脉冲传感器（霍尔IC）检测进行系统控制所必需的滑动天窗玻璃位置和移动的方向。另外，在实施检查、调整之后的情况下，有必要进行初始化操作。滑动天窗玻璃采用深灰色隐私玻璃。

（1）滑动天窗系统组成部件（图2-11）

（2）初始化滑动天窗玻璃位置的必要性 该系统用脉冲传感器，通过电动机的旋转运动，以电子方式读取和滑动天窗玻璃的当前位置有关的信息，并根据该位置信息来控制各种功能。

当检查及保养后重新连接蓄电池（初次接通+B电源时）时，或滑动天窗控制ECU的连接器断开后重新连接时，系统所存储的当前滑动天窗玻璃的位置信息就会丢失。对此，必须初始化系统，让系统“学习”滑动天窗玻璃的位置。

需要注意的是，如果系统不能“学习”当前的滑动天窗玻璃位置，防夹机构等一部分功能就不会启动。

当系统不能“学习”当前的滑动天窗玻璃位置时，对系统有以下影响：

1）防夹保护功能不起作用。当滑动天窗玻璃与天窗开口部之间夹入异物等，导致滑动天窗玻璃上的负载超过规定值时，滑动天窗玻璃就会停止移动，但不会返回。

图2-11 2009款丰田锐志轿车的滑动天窗系统的组成部件

2）一触式自动功能、点火钥匙断开操作以及车门钥匙连动等功能不起作用。

3）当按下滑动天窗开关时，不能开启滑动天窗玻璃。但是，关闭时即使滑动天窗玻璃到达全闭位置，也不会自动停止。

初始化操作如下：

当滑动天窗玻璃处于打开的位置时，开始时把滑动天窗玻璃开到全闭位置附近。打开点火开关，按住滑动天窗滑动闭合/倾斜上升侧开关不放。在持续按下开关期间，滑动天窗玻璃会以上升（约停顿1s）→下降→滑动打开→滑动闭合的顺序操作。此后，滑动天窗玻璃停止在全闭位置上。这样就完成了初始化。图2-12为初始化操作时天窗玻璃移动情况示意图。

图2-12 初始化操作时天窗玻璃移动情况示意图

在初始化操作中手如果离开开关，则应重新从头开始进行初始化操作。在初始化操作后，务必检查滑动天窗系统功能。

（3）一触式自动上升（下降）功能 滑动天窗关闭状态下，点火开关置于ON位置，如果按滑动天窗开关的倾斜上升/滑动闭合开关约0.3s，滑动天窗玻璃就会自动进行倾斜上升操作，直至到达全开位置。滑动天窗倾斜打开状态下，点火开关置于ON位置，如果按滑动天窗开关的滑动打开/倾斜下降开关约0.3s，滑动天窗玻璃就会自动进行倾斜下降操作，直至到达全闭位置。

当滑动天窗玻璃处于自动倾斜操作时，如果按下滑动天窗的倾斜上升/滑动闭合开关或滑动打开/倾斜下降开关，就能中断自动倾斜操作。

（4）一触式自动滑动打开/滑动闭合功能 滑动天窗关闭状态下，打开点火开关，按滑动天窗的滑动打开/倾斜下降开关约0.3s，滑动天窗玻璃就会自动进行滑动打开操作，直至滑动天窗玻璃到达全开位置。滑动天窗滑动打开状态下，打开点火开关，按滑动天窗的倾斜上升/滑动闭合开关约0.3s，滑动天窗玻璃就会自动进行滑动闭合操作，直至滑动天窗玻璃到达全闭位置。

当滑动天窗玻璃正在自动滑动时，如果按下滑动天窗的倾斜上升/滑动闭合开关或滑动打开/倾斜下降开关，就能中断自动滑动操作。

（5）手动调整功能 打开点火开关，如果在0.3s内操作各个滑动天窗开关的话，就能手动操作滑动天窗玻璃的各个操作方向。

在自动操作时，按下滑动天窗开关，如果自动操作停止，靠按滑动天窗开关0.3s以内，就能手动操作滑动天窗玻璃的各个操作方向，调整天窗的开启程度。

（6）滑动天窗防夹机构 倾斜下降或滑动闭合时，如果探测到天窗开口部当中夹入异物，就会自动进行反向操作（倾斜上升或滑动开启操作）。防夹机构是靠电动机转速的变化来探测夹入状况的，所以有时候在侧面夹有薄小东西会探测不出，因为它们的夹入不影响电动机的转速。

当传感器发生异常情况等任何原因，系统不能探测到夹入异物时，一触式自动功能不起作用。

倾斜下降时的防夹：不管检测出夹入的位置如何，进行倾斜上升操作直到到达全开（上升到顶）位置。

滑动闭合时的防夹：进行滑动打开操作直至距离检测出夹入的位置约218mm或全开（滑动开足）位置。

（7）点火钥匙断开操作功能 该功能可以使滑动天窗在点火开关从打开到关闭之后，在45s内或在驾驶人侧车门从打开到关闭的过程中，就像点火开关置于ON时一样能够操作滑动天窗。另外，当45s后或使驾驶人侧车门由打开到关闭的过程中，操作滑动天窗时，则在操作结束前，会保持点火钥匙断开功能。

（8）车门钥匙联动开关功能 从驾驶人侧车门钥匙孔中插入钥匙，转到锁定侧或开启侧并保持约2.5s的话，当转到锁定侧时，活动天窗进行关闭操作（防夹机构也进行操作），而当转到开启侧时，活动天窗进行打开操作。

车门钥匙联动功能因为是在把钥匙保持在锁止侧或开启侧时才持续操作的手动操作，所以如果钥匙扳回到中间位置上，操作就会停止。

滑动天窗系统的车门钥匙联动开关功能与电动车窗系统的车门钥匙联动车窗玻璃上升和下降功能联动。

（9）发射器联锁开关功能（配备智能进入和起动系统的车型） 如果持续按发射器的“锁止”或“开启”按钮约2.5s，在按住“锁止”按钮时，滑动天窗进行关闭的操作（防夹机构也进行操作）；在按下“开启”按钮时，滑动天窗进行开启的操作。另外，在操作开始时，无线蜂鸣器会发出声音。

由于发射器联锁操作是在持续按住按钮时的手动操作的操作，因此一旦手松开按钮，该操作就会停止。

滑动天窗系统的发射器联锁开关功能与电动车窗系统的发射器联动车门玻璃上升和下降功能。

（10）滑动天窗忘记关闭警告功能 滑动天窗玻璃在开启状态时，如果IG从接通到切断而且打开驾驶人侧车门，靠组合仪表内多功能蜂鸣器发出的1次衰减音，发出滑动天窗玻璃忘记关闭的警告。

（11）智能进入和起动系统联动关闭功能 智能车门上锁操作完成后，如果持续按住锁紧开关约4s，就会与电动车窗上升操作联动，滑动天窗开始进行下降或滑动闭合操作。

进行智能进入和起动系统联动关闭操作时，在持续按下锁止开关的过程中，其实是一个手动操作，因此松开开关后，即会停止该操作。

（12）超载停止功能 在上升或滑动打开时，当滑动天窗玻璃碰到障碍物等、探测到超过规定负载时就会自动停止操作。

在系统还没有初始化时，超载停止功能包括下降或滑动闭合中起作用。

（13）滑动天窗系统控制 滑动天窗控制ECU靠从霍尔IC1及霍尔IC2输入的脉冲信号，把上升侧的机械锁紧位置作为起始点，如图2-13所示那样来识别滑动天窗玻璃位置。靠把该位置信息与来自滑动天窗开关的操作信号相认证，来对滑动天窗控制电动机进行控制。

图2-13 滑动天窗玻璃位置识别原理

初始化操作：因为滑动天窗控制ECU已设别的滑动天窗玻璃位置信息是以上升到顶（机械锁紧位置）作为起始点0记忆的，所以当该位置的信息丢失时，有必要进行上升操作使ECU重新识别起始点，“学习”滑动天窗玻璃位置信息，进行初始化。

2009款丰田锐志轿车电路原理图如图2-14所示。后述的原理说明可参见此图。

图2-14 2009款丰田锐志轿车滑动天窗系统电路原理图

（14）一触式自动上升（下降）操作 在滑动天窗控制ECU检测全闭范围（倾斜范围）时，如果输入滑动天窗开关的“TILT UP”ON（“SLIDE OPEN”ON）约0.3s，接通继电器A（继电器B），使滑动天窗电动机朝关闭方向（打开方向）转动。(www.xing528.com)

滑动天窗控制ECU处理来自霍尔IC的脉冲信号，如果从电动机转速的变化中探测到滑动天窗玻璃到达上升到顶停止位置（全闭停止位置），就关闭继电器A（继电器B），使滑动天窗电动机停止转动。另外，在自动操作时，输入了滑动天窗开关“TILT UP”接通（“SLIDE OPEN”接通）时，也同样切断继电器A（继电器B）。

（15）一触式自动滑动打开（滑动闭合）操作 滑动天窗控制ECU正在检测全闭范围（滑动范围）时，如果输入滑动天窗开关“SLIDE OPEN”接通（“TILT UP”接通）约0.3s，接通继电器B（继电器A），使滑动天窗电动机朝开启方向（关闭方向）转动。

滑动天窗控制ECU处理来自霍尔IC的脉冲信号，如果从电动机转速变化中探测到滑动天窗玻璃已到达滑动打开停止位置（全闭停止位置），就关闭继电器B（继电器A），使滑动天窗电动机停止转动。另外，在自动操作中，当输入滑动天窗开关“TILTUP”接通（“SLIDE OPEN”接通）时，也同样切断继电器B（继电器A）。

（16）电动车窗防夹机构 在下降/滑动闭合操作中（除了滑动天窗开关操作在手动控制当中），滑动天窗控制ECU检测出来自霍尔IC的脉冲信号的变化（在检测出电动机转速降低时，或者检测出电动机锁紧时），判断滑动天窗玻璃已夹入了异物，要把实时接通的继电器切断，把切断的继电器接通，使滑动天窗电动机反转。

滑动天窗控制ECU如果检测到上升到顶位置（下降夹入时）、由于霍尔IC的脉冲信号检测出有218mm反转的位置或检测到滑动打开到顶位置（滑动闭合夹入时）之中任何一种情况时，会切断继电器，使滑动天窗电动机停止转动。

（17）点火钥匙断开操作 当IG由接通到切断后，约45s中或驾驶人侧车门控灯开关从接通到切断变化期间，靠来自MPX车身ECU的双向车身多路通信，“点火钥匙断开操作许可”信号被传给滑动天窗控制ECU。

滑动天窗控制ECU在接收“点火钥匙断开操作许可”信号时，进行与IG接通时一样的控制。但是，当信号接收结束时，如果自动操作在进行中或夹物反转操作在进行中，会继续控制直至该操作结束为止。

（18）车门钥匙联动开关操作 如果输入门锁控制开关（钥匙联锁用）的开启侧（锁紧侧）接通约2.5s，MPX总开关就会靠双向车身多路通信，把“车门钥匙开启（关闭）”信号送给滑动天窗控制ECU。

滑动天窗控制ECU在接收“车门钥匙连动开启（关闭）操作”信号时，靠接通适当的继电器，来实施开启（关闭）控制。

（19）发射器连锁开关功能（配备智能进入和起动系统的车型） MPX总开关如果接收来自MPX车身1号ECU的车门开启信号（车门关闭信号）约2.5s，靠双向车身多路通信，把“滑动天窗开启（关闭）操作”信号传给滑动天窗控制ECU。

滑动天窗控制ECU在输入开启信号（关闭信号）时，靠接通适当的继电器，来实施开启（关闭）控制。

（20）有关检测车门玻璃位置信息的失效保护 滑动天窗玻璃位置信息异常时：当滑动天窗控制ECU判断出滑动天窗玻璃的机械锁紧位置或电动机锁紧检测位置，与来自霍尔IC的脉冲计数所记忆的位置信息之间有超过规定的误差时（判断出在异常范围内），应抹去记忆的位置信息，转移到不能“学习”状态的控制上。

传感器（霍尔IC）异常判断：检测滑动天窗玻璃位置、速度及方向的两个霍尔IC当中，无论哪一个发生异常时，应转移到与不能“学习”位置信息时同样的控制上。另外，当两个霍尔IC都发生异常时，进行把超载检测功能转换成靠电动机锁紧判断的控制。

（21）电动车窗电动机驱动控制的失效保护 连续操作限制功能：由滑动天窗控制ECU控制的电动机驱动时间（继电器接通时间）长时，如果经过约20s（滑动操作时）或约3.5s（倾斜操作时），会自动切断继电器来保护电动机及电路。

强制学习操作（取消防夹机构的操作）：万一因防夹机构发生异常，发生滑动天窗玻璃关不紧（在全闭位置不停止）的故障时，可持续按滑动天窗开关“TILT UP”侧约10s，可强制转移到位置信息不能“学习”状态的控制上。其后，靠进行初始化操作，能进行位置信息的修改。

2.主要部件结构

（1）滑动天窗玻璃以及侧面装饰（图2-15） 装饰可减少滑动天窗玻璃与防风条之间的明显差别，使车辆外观漂亮。

图2-15 滑动天窗玻璃以及侧面装饰

在滑动天窗玻璃的侧面部位上，设置了侧挡板和侧遮蔽屏（侧饰件），减少倾斜时产生的风噪，保持车内美观。

（2）套管 采用塑料驱动拉索套管以求减少重量。套管的结构如图2-16所示。

图2-16 套管的结构

套管的固定方法，是把它嵌入位于前盖侧上设置为上下交错结构的凸缘上，以求简化安装。

（3）滑动天窗电动机总成和驱动拉索 滑动天窗电动机总成由滑动天窗电动机、驱动齿轮（蜗轮组件）及滑动天窗控制ECU等组成，如图2-17所示。

图2-17 滑动天窗电动机总成和驱动拉索

驱动拉索上采用塑料带，提高了它的滑动性能，以求减少滑动阻力及操作噪声。另外，靠提高转矩传递效率，可降低电动机的转矩，实现了电动机的小型化。

在把齿轮盖与前盖一体化的同时，还把驱动齿轮与蜗轮一体化，以求结构简单化。

霍尔IC的安装位置如图2-18所示。2个霍尔IC分别把与滑动天窗电动机转动同步的脉冲信号，输出到滑动天窗控制ECU内的CPU里。

如图2-19所示，CPU是靠计算霍尔IC1输出的电动机旋转轴每转1周期的脉冲，来检测滑动天窗玻璃的移动量。与此同时，它靠检测因霍尔IC2输出的电动机转动方向不同而不同的脉冲HI/LO周期，来检测滑动天窗玻璃的旋转方向，靠那些记忆信息来识别当前滑动天窗玻璃的位置。CPU以来自这2个霍尔IC的位置信息为基础，来进行各种功能的控制。

图2-18 用于滑动天窗电动机转动同步信号检测的霍尔IC

图2-19 滑动天窗玻璃移动量及移动方向的检测原理

需要注意的是，因为滑动天窗玻璃的位置信息是由+B电源支持的，所以如果滑动天窗控制ECU的+B电源被切断的话，必须重新进行初始化操作。

同时，CPU是靠霍尔IC1输出的脉冲间隔来检测电动机转速的变化，从而检测到滑动天窗玻璃移动速度的变化情况，如图2-20所示。因此它能识别滑动天窗玻璃所受的负重，进行防夹机构及超载停止功能的控制。

图2-20 滑动天窗玻璃移动速度的检测原理

（4）功能支架、后滑块及雨滴通路 功能支架、后滑块及雨滴通路在结构上应谋求减少功能支架及后滑块零件的数量，简化它们的结构。功能支架把一般的位于滑动天窗的前滑块做成塑料一体结构，而后滑块是无连接部的结构，同时保证雨滴通道的小型化和轻型化。2009款丰田锐志轿车滑动天窗的功能支架、后滑块及雨滴通路结构如图2-21所示。

图2-21 功能支架、后滑块及雨滴通路结构

带动滑动天窗玻璃上升、下降及滑动的传动机构动作原理如图2-22所示。

图2-22 滑动天窗玻璃上升、下降及滑动动作原理

如果后滑块从滑动天窗关闭状态开始向前方移动，后滑块的导销就会沿着功能支架的导槽滑动。功能支架利用导销滑动导槽的形状，举起滑动天窗玻璃。此时，连接在功能支架上的雨滴通道也同时升起。

如果后滑块从滑动天窗关闭状态开始向后方移动，那么与向前方移动一样，后滑块的导销会沿着功能支架的导槽滑动。功能支架利用导销滑动导槽的形状，拉下滑动天窗玻璃后，使它滑动。