有那么幾年，在主機(jī)廠新車的宣傳視頻中，我們經(jīng)?？梢圆蹲降竭@樣一個(gè)鏡頭：一位光鮮亮麗的都市麗人在商場一番酣暢淋漓的購物后，左手右手提滿了戰(zhàn)利品。此時(shí)的都市麗人疲憊中帶著些許興奮，邁著碎花的步子來到座駕停放處，用腳優(yōu)雅的在車尾輕掃，座駕尾門便靜悄悄的舒暢開，宛如都市麗人的知心“閨蜜”。

這位知心“閨蜜”在汽車行業(yè)的專業(yè)叫法是電動(dòng)尾門，而隨著電動(dòng)化、智能化的發(fā)展，電動(dòng)尾門逐漸成為一個(gè)非常常見的配置。想要追到單身的都市麗人，最好從討好她閨蜜處著手。車身域黑話第三期，作者通過明察暗訪，將都市麗人的這位知心“閨蜜”愛吃的、愛玩的、愛看的匯總出來無私分享給各位看到下圖在流口水的看官。期望學(xué)習(xí)之后可以投都市麗人所好，早日捕獲其芳心。

一、尾門電機(jī)控制原理

電動(dòng)尾門的系統(tǒng)框圖如下所示。

當(dāng)尾門控制器識(shí)別到用戶的開關(guān)門意圖時(shí)，驅(qū)動(dòng)撐桿電機(jī)以一定的速度（一般開/關(guān)門時(shí)間5秒左右）進(jìn)行開/關(guān)門。當(dāng)關(guān)門過程檢測到障礙物時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)一定的安全距離。

現(xiàn)在的電動(dòng)尾門系統(tǒng)可用雙側(cè)電撐桿，或者單側(cè)電撐桿加一側(cè)氣撐桿組成。采用H橋控制電撐桿中電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，輔以PWM控制電機(jī)的運(yùn)行速度。如下圖所示，要使尾門開門，需要把MOS管Q1和Q4導(dǎo)通，此時(shí)電流從VCC流經(jīng)Q1，之后通過電機(jī)，再經(jīng)過Q4回到電源地。要使尾門關(guān)門，需要把Q2和Q3導(dǎo)通，此時(shí)電流從VCC流經(jīng)Q2，之后通過電機(jī)，再經(jīng)過Q3回到電源地。在進(jìn)行H橋驅(qū)動(dòng)時(shí)，一定要注意不可讓同側(cè)的MOS管同時(shí)導(dǎo)通。假如Q1和Q2導(dǎo)通，此時(shí)電流直接從VCC流經(jīng)Q1和Q2，再回到電源負(fù)極，由于MOS管導(dǎo)通的內(nèi)阻非常小，此時(shí)會(huì)使得該條回路的電流特別大，燒壞MOS管。

H橋電路可使用4個(gè)MOS管進(jìn)行搭建，如下圖所示，再搭配一片全橋驅(qū)動(dòng)芯片亦或兩個(gè)半橋驅(qū)動(dòng)芯片。全橋或半橋驅(qū)動(dòng)芯片可直接輸出不同占空比的PWM，占空比越大則電機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度越快，反之亦然。

二、尾門速度控制算法

每一輛車的尾門造型都不一樣，一般情況下SUV電動(dòng)尾門的開/關(guān)門時(shí)間在5秒左右。汽車售往世界各地的同時(shí)，也就代表著車子要經(jīng)歷各種不同惡劣極端的環(huán)境，如何保證在這些環(huán)境中電動(dòng)尾門的整個(gè)開關(guān)門時(shí)間維持在一個(gè)相對穩(wěn)定的時(shí)間，此時(shí)就要引入一個(gè)在工業(yè)上應(yīng)用特別廣泛的PID控制。

PID其實(shí)是Proportion（比例）、 Integral （積分）、Differential（微分）的縮寫。PID控制算法真的是當(dāng)之無愧的萬能算法，用于閉環(huán)控制的不二選擇，如今在許多的領(lǐng)域都可見到他的身影。一談到算法大家可能很容易聯(lián)想到近幾年火的一塌糊涂的自動(dòng)駕駛相關(guān)算法，算法這個(gè)詞也代表著復(fù)雜、高端，這讓很多人望之卻步。然而這里用到的PID算法簡單到極致，用大道至簡來形容PID控制算法可能是再合適不過了。

上圖中的Error為尾門設(shè)定的運(yùn)行速度與當(dāng)前尾門運(yùn)行速度的差值，在電動(dòng)尾門系統(tǒng)中尾門的速度可通過電機(jī)中的霍爾傳感器轉(zhuǎn)化獲得。

PID算法的一般形式如下：

上式中，

Kp—比例增益，Kp與比例度成倒數(shù)關(guān)系；

Tt—積分時(shí)間常數(shù)；

TD—微分時(shí)間常數(shù)；

u(t)—PID控制器的輸出信號(hào)；

e(t)—給定值r(t)與測量值之差。

PID算法離散化公式可表達(dá)為：

上式中，

Kp——比例參數(shù)；

Ki——積分參數(shù)；

Kd——微分參數(shù)。

比例系數(shù)Kp越小，控制作用越小，系統(tǒng)響應(yīng)越慢；反之，比例系數(shù)Kp越大，控制作用也越強(qiáng)，則系統(tǒng)響應(yīng)越快。但是，Kp過大會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生較大的超調(diào)和振蕩，導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性能變差。因此，不能將Kp選取過大，應(yīng)根據(jù)被控對象的特性來折中選取Kp，使系統(tǒng)的靜差控制在允許的范圍內(nèi)，同時(shí)又具有較快的響應(yīng)速度。

積分環(huán)節(jié)的作用，主要用于消除靜差提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強(qiáng)弱，取決于積分參數(shù)Ki，Ki越大積分作用越強(qiáng)，反之則越弱。只要系統(tǒng)存在著偏差，積分環(huán)節(jié)就會(huì)不斷起作用，對輸入偏差進(jìn)行積分，產(chǎn)生控制作用以減小偏差。在積分時(shí)間足夠的情況下，可以完全消除靜差，這時(shí)積分控制作用將維持不變。

微分環(huán)節(jié)的作用能反映偏差信號(hào)的變化趨勢（變化速率），并能在偏差信號(hào)的值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間。微分環(huán)節(jié)有助于系統(tǒng)減小超調(diào)，克服振蕩，加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間，從而改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，但微分時(shí)間常數(shù)過大，會(huì)使系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定。微分控制作用一個(gè)很大的缺陷是容易引入高頻噪聲，所以在干擾信號(hào)比較嚴(yán)重的流量控制系統(tǒng)中不宜引入微分控制作用。

三、電動(dòng)尾門控制概述

電動(dòng)尾門系統(tǒng)的算法一般情況下采用PI調(diào)節(jié)就能滿足尾門性能的要求。尾門運(yùn)動(dòng)可分為三個(gè)階段。

軟啟動(dòng)階段：電動(dòng)尾門開啟或關(guān)閉時(shí)，可用固定的PWM占空比驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使尾門接近目標(biāo)速度；亦或者可采用線性增長的PWM占空比驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定的時(shí)間，使尾門接近目標(biāo)速度；

勻速階段：采用PI調(diào)節(jié)，使尾門勻速運(yùn)動(dòng)；

軟停階段：當(dāng)開門時(shí)，尾門位置接近最大開度時(shí)，降低PWM占空比，降低尾門運(yùn)動(dòng)速度，使尾門在98%開度左右停下。當(dāng)關(guān)門時(shí)，接近關(guān)門位置，增加PWM占空比，增加尾門運(yùn)動(dòng)速度，使尾門可克服關(guān)門的各種阻力。

四、尾門運(yùn)動(dòng)速度和方向檢測

尾門的運(yùn)動(dòng)速度通過霍爾傳感器進(jìn)行檢測，在電機(jī)中心軸上安裝磁石，一般有兩對磁極，相位差為45度的位置安裝霍爾傳感器。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，每個(gè)霍爾傳感器產(chǎn)生兩個(gè)周期的方波。

（1）電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向檢測

如下圖所示，電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)霍爾傳感器A和B分別產(chǎn)生紅色的霍爾方波，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，霍爾傳感器A和B分別產(chǎn)生紅色的霍爾方波。正常情況下電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，霍爾傳感器A上升沿對應(yīng)霍爾傳感器B的低電平；電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，霍爾傳感器A上升沿對應(yīng)霍爾傳感器B的高電平；通過此方式，可判斷電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向是否符合正常的邏輯。

（2）電機(jī)運(yùn)動(dòng)速度檢測

尾門的運(yùn)動(dòng)速度可以用霍爾方波的脈寬進(jìn)行替代，電機(jī)運(yùn)動(dòng)速度越快，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的方波數(shù)量就越少，對應(yīng)的脈寬越小。t1時(shí)間比t2長，對應(yīng)的速度則比t2的小。

五、尾門防夾策略

電動(dòng)尾門的防夾力可通過兩種方法進(jìn)行判斷：電流值判斷法與霍爾脈沖寬度判斷法。電機(jī)電流與尾門的負(fù)載成正比關(guān)系，電流值越大負(fù)載越大，電流越小，負(fù)載越?。换魻柮}沖寬度與電機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)，尾門遇阻時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，霍爾的脈寬變寬。

電動(dòng)尾門的防夾力目前沒有法規(guī)要求，一般情況下參考車窗的防夾力100N左右。在出現(xiàn)防夾時(shí)，霍爾脈沖的周期變化相對緩慢，電機(jī)的運(yùn)行速度會(huì)變慢，電流會(huì)在增大，霍爾脈沖脈寬不斷增大，脈寬增大到標(biāo)定值時(shí)基本可以判斷為夾住了障礙物，這時(shí)MCU控制電機(jī)進(jìn)行反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)的距離可設(shè)置為100mm。

產(chǎn)生誤防夾的主要原因是突然增加的系統(tǒng)阻力持續(xù)時(shí)間很短、夾力大于防夾力的偽夾力。在尾門的使用過程中隨著尾門系統(tǒng)的老化，可能使得尾門系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)到某個(gè)位置時(shí)阻力突然變大，此情況往往會(huì)產(chǎn)生誤防夾。

這時(shí)可引入加速度算法增加系統(tǒng)的魯棒性。通過檢測后幾個(gè)加速度來判斷夾力是否持續(xù)，如果不是則可能是誤防夾信息。為了減小誤防夾產(chǎn)生的可能性，可以通過增加檢測霍爾信號(hào)的數(shù)量來實(shí)現(xiàn)。比如判斷10個(gè)霍爾信號(hào)來判斷車窗是否遇夾，這個(gè)情況下尾門控制器可以計(jì)算出9個(gè)車窗的加速度，而如果夾力是偽夾力，開始的1、2個(gè)加速度值會(huì)很大，滿足防夾力的要求，而后面計(jì)算出的加速度的值就會(huì)很小，不滿足防夾力的要求，所以通過增加判斷霍爾脈沖的個(gè)數(shù)是防止誤防夾的一個(gè)有效方法。

六、小結(jié)

都市麗人的知心“閨蜜”似乎不是那么熱情好客，越往深了接觸可能還有點(diǎn)無趣。但根據(jù)太極的理論，無趣至極點(diǎn)便是有趣的開始，學(xué)習(xí)、工作、人生皆如此，共勉。