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049 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 03

2 機(jī)器人視覺抓件技術(shù)應(yīng)用中的問題及原因分析

很多汽車廠商在推進(jìn)機(jī)器人視覺抓件技術(shù)的時候感到阻力，

主要顧慮點(diǎn)在于機(jī)器人抓件技術(shù)成本太高或者故障率太高，無法

正常生產(chǎn)或者大規(guī)模推廣使用，導(dǎo)致機(jī)器人視覺技術(shù)應(yīng)用的整體

效果大打折扣。通過日常使用的數(shù)據(jù)綜合來看，抓件技術(shù)應(yīng)用中

的問題可以歸納為以下 3 種情況，筆者對這些問題的內(nèi)在原因也

進(jìn)行了分析。

2.1 機(jī)器人視覺抓件成功率低，精度不足

機(jī)器人視覺抓件技術(shù)的應(yīng)用過程中，視覺識別的精度經(jīng)常是

影響正常運(yùn)行的主要問題之一。造成這種原因的主要原因可以分

為 2 類 ：一類是硬件設(shè)置的問題，如相機(jī)選型、光源布置以及相

機(jī)安裝方式等不合理，導(dǎo)致視覺成像精度差，從而影響坐標(biāo)值輸

出的準(zhǔn)確度，影響到機(jī)器人抓件精度 ；另一類是視覺本身的算法

問題、設(shè)備參數(shù)的調(diào)試以及特征點(diǎn)選取等問題，導(dǎo)致輸出的坐標(biāo)

參數(shù)與實際的零件坐標(biāo)差異大，從而影響機(jī)器人的抓件精度，頻

繁出現(xiàn)零件不進(jìn)銷或者被擠壓變形等問題。

2.2 機(jī)器人視覺抓件故障率高，穩(wěn)定性不足

機(jī)器人視覺抓件的穩(wěn)定性問題主要集中在機(jī)器人抓手、零件

和零件料框三者之間的尺寸配合問題上，這也往往是機(jī)器人視覺

抓件集成過程中難度最大的地方。外協(xié)件的料框尺寸在實際投入

使用過程中一致性通常較差，主要由于零件料框由鈑金供應(yīng)商提

供，其尺寸和前期設(shè)計均由供應(yīng)商負(fù)責(zé)。料框最基本的要求也僅

僅是滿足零件的包裝運(yùn)輸要求，同時由于成本的控制，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)

度不會控制在較高的水平，所以運(yùn)輸過程中經(jīng)常會出現(xiàn)碰撞變形。

工裝抓手的設(shè)計往往也僅考慮零件的定位和抓取問題。

所以料框和工裝抓手的設(shè)計要求出現(xiàn)了脫節(jié)，而機(jī)器人視覺

抓件技術(shù)又需要兩者相互配合。這就造成這兩者之間的尺寸經(jīng)常

會出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致抓件時抓手與料框干涉、零件與料框干涉等問

題，安全距離設(shè)置不足，甚至在后期應(yīng)用時，抓件識別成功率不

高或者故障率高。

2.3 機(jī)器人視覺抓件故障恢復(fù)時間長

在機(jī)器人視覺抓件項目調(diào)試或者生產(chǎn)過程中，由于視覺系統(tǒng)

識別失敗或人為操作失誤等原因，導(dǎo)致機(jī)器人沒有按照預(yù)設(shè)好的

行走軌跡進(jìn)行零件抓取，造成機(jī)器人抓手與料框或零件發(fā)生碰撞，

故障嚴(yán)重時抓手完全變形無法進(jìn)繼續(xù)進(jìn)行正常生產(chǎn)。在故障恢復(fù)

過程中，除了需要重新校準(zhǔn)抓手外，還需要對視覺系統(tǒng)進(jìn)行重新

校準(zhǔn)和標(biāo)定，整個故障恢復(fù)時間相比傳統(tǒng)的抓件模式多出 2 h。

長時間的停線影響整體產(chǎn)線的產(chǎn)量輸出，對于許多汽車廠商來說

是無法接受的損失。為了應(yīng)對這種情況的出現(xiàn)，許多汽車廠商在

建設(shè)機(jī)器人視覺抓件的同時，設(shè)有臨時人工吊運(yùn)的旁路。這雖然

能夠臨時解決停線的問題，但多投入的這些設(shè)備和人，在機(jī)器人

視覺抓件正常工作時又是一種資源浪費(fèi)。

3 汽車焊裝產(chǎn)線的機(jī)器人視覺抓件的優(yōu)化

針對傳統(tǒng)機(jī)器人視覺抓件系統(tǒng)存在的問題，要對整個機(jī)器人

視覺抓件系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，需要從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、硬件選擇、流程

控制以及料框精度和定位等多個方面進(jìn)行提升，從而實現(xiàn)機(jī)器人

視覺抓件系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3.1 機(jī)器人視覺抓件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

為了提升機(jī)器人視覺抓件的成功率和故障率，減少因視覺識

別失敗或者料框及零件出現(xiàn)偏差導(dǎo)致設(shè)備碰撞引起大的設(shè)備故障

停線，需對現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。在傳統(tǒng)的機(jī)器人抓件視覺系統(tǒng)

的基礎(chǔ)上，增加 2D 的平面相機(jī)，融合 2 個傳感器數(shù)據(jù)，建立一

個統(tǒng)一的坐標(biāo)系，通過融合數(shù)據(jù)實現(xiàn)軌跡的糾偏，同時也能夠?qū)?/p>

現(xiàn)視覺系統(tǒng)的快速標(biāo)定和恢復(fù)（圖 4）。

整個工藝流程中，當(dāng)料框到位后，單目相機(jī)對料框的標(biāo)識點(diǎn)

進(jìn)行拍照，計算出料框的實際中心位姿，并與示教位姿進(jìn)行對比，

計算出機(jī)器人進(jìn)出料框的軌跡補(bǔ)償量。同時每次抓件前，單目相

機(jī)拍照進(jìn)行車型的式樣差檢查，并判斷料框物料的托塊是否打開

圖 3 視覺抓件故障停線占比

螺栓以及小支架自動抓取等。雖然機(jī)器人視覺抓件技術(shù)的應(yīng)用范

圍越來越廣，但實際應(yīng)用過程中仍然存在著抓件精度不足、故障

率頻次高以及故障恢復(fù)時間長等問題（圖 3），導(dǎo)致整線的生產(chǎn)效

率降低，這對于焊裝產(chǎn)線推廣應(yīng)有機(jī)器人視覺抓件技術(shù)存在著很

大的困擾。如何提升機(jī)器人視覺抓件系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性，成為

各個汽車廠商焊裝車間急需要解決的難題 [4]。

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到位，零件是否為可抓取狀態(tài)，以避免抓手與料架的干涉。機(jī)器

人根據(jù)視覺系統(tǒng)的補(bǔ)償量調(diào)整軌跡進(jìn)入料框，在料框內(nèi)利用 3D

相機(jī)對物料進(jìn)行近距離拍照，獲取待抓取物料的位姿，計算出機(jī)

器人的軌跡補(bǔ)償值。機(jī)器人調(diào)整軌跡抓取物料，抓取零件后機(jī)器

人再按照料框的偏差值修正軌跡行走出料框。新的視覺抓件系統(tǒng)

能夠降低對零件料框的定位精度以及尺寸一致性的要求，從而降

低零件料框的開發(fā)成本。同時，能夠最大限度降低故障碰撞發(fā)生

的概率，提升機(jī)器人視覺抓件系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.2 機(jī)器人抓件視覺相機(jī)的硬件選型

3.2.1 視覺相機(jī)參數(shù)選擇

視覺相機(jī)的選取需要根據(jù)需要檢測對象的視野范圍大小，然

后根據(jù)現(xiàn)場的工況條件確認(rèn)拍照距離，以此為基礎(chǔ)來確定相機(jī)和

鏡頭的型號。對于汽車焊裝產(chǎn)線來說，主要有小件抓取、大件抓

取和測量等的視覺應(yīng)用場景。其主要應(yīng)用 3D 結(jié)構(gòu)光相機(jī)的選擇[4]，

常用的相機(jī)配置選擇參數(shù)推薦如表 1。

3.2.2 機(jī)器人視覺抓件光源和布置方式選擇

光源的選擇應(yīng)根據(jù)不同的應(yīng)用場景選擇不同的型號，常用

的有 LED、熒光燈和鹵素?zé)簟Ｆ渲?，LED 照射形狀、大小和顏

色種類豐富，轉(zhuǎn)換特性良好，壽命約 3 萬 h ；熒光燈可實現(xiàn)大

范圍照射、較為便宜，使 10 kHz 以上的高頻型式，壽命約為

2 000 h ；鹵素?zé)艟哂懈咻x度、光纖傳導(dǎo)和冷光照明等特性，壽

命約為 1 000 h。

機(jī)器人視覺光源布置的方式，不同的光照類型對視覺拍照成

像的影響比較大。機(jī)器人視覺一般有以下幾種常見的光源布置方

式 ：第一種將平面發(fā)光的擴(kuò)散光線通過半反射鏡進(jìn)行反射后，照

射到與 CCD 相機(jī)光軸相同的軸上，有利于著重提取凹凸和平行

度等的變化情況 ；第二種是通過從斜側(cè)方照射以拍攝到陰影的對

比度，有利于對邊緣或表面凹凸的識別時 ；第三種是當(dāng)進(jìn)行工件

背影寬度等尺寸檢測時，使用背光照射方式可得到穩(wěn)定的檢測 [5]。

3.2.3 機(jī)器人視覺抓件的安裝方式選擇

機(jī)器人視覺系統(tǒng)的安裝常選擇以下 2 種方式。

第一種是相機(jī)固定的方式，這種方式優(yōu)勢是可以在機(jī)器人運(yùn)

動時拍照，相機(jī)連接電纜鋪設(shè)簡易，但該方式的檢測區(qū)域固定，

如果因外界因素導(dǎo)致相機(jī)和機(jī)器人間相對位置變更，必須重新示

教標(biāo)定。

第二種方式是相機(jī)固定在機(jī)器人上，檢測區(qū)域可以隨機(jī)器人

變化，整體檢測范圍增加。這種方式可以使用較大范圍的相機(jī)焦

距，可以提升檢測精度，且容易拓展再檢測功能。但是這種方式下，

機(jī)器人無法在運(yùn)動過程中實現(xiàn)拍照，需要先降速穩(wěn)定后進(jìn)行拍照，

拍完照之后再加速運(yùn)動。同時，這種方式下還須注意光源是否被

機(jī)器人或外圍設(shè)備干涉，注意照相機(jī)連接電纜的磨損現(xiàn)象，避免

線纜出現(xiàn)拉扯和磨損影響生產(chǎn)效率。

在實際的機(jī)器人抓件場景的使用中，相機(jī)安裝在機(jī)器人六軸

上的應(yīng)用方式最廣，適用性更強(qiáng)，可滿足多車型共用，不隨抓手

切換。

3.3 料框定位系統(tǒng)精度的提升

為了能夠避免料框和機(jī)器人抓手在配合上的誤差，機(jī)器人抓

手在設(shè)計初期要同步開始設(shè)計料框的形式。抓手設(shè)計和料架建議

采用模塊化的設(shè)計方式，零件的變化僅需要改變部分結(jié)構(gòu)，這樣

序號 應(yīng)用場景 分辨率 視野（長×寬×高）/mm 推薦拍照距離/mm 點(diǎn)云精度 安裝方式

1

大目標(biāo)定位引導(dǎo)，小視野無序抓取引導(dǎo) 2M

460.0×460.0×200.0 1 200.0

0.04～0.08 固定/移動

750.0×750.0×400.0 2 000.0

2

中大視野無序抓取引導(dǎo) 2M

460.0×460.0×200.0 1 200.0

0.20～0.50 固定

1 200.0×1 200.0×1 200.0 4 000.0

表 1 3D 結(jié)構(gòu)光視覺應(yīng)用參數(shù)推薦

圖 4 新型機(jī)器人視覺抓件系統(tǒng)

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【參考文獻(xiàn)】

作者簡介 :

韋俊尤，碩士，工程師，研究方向為汽車車身制造。

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[5] 楊人豪 . 工業(yè)機(jī)器人視覺定位抓取技術(shù)的研究 [D]. 廣州 : 廣東工業(yè)大

學(xué) ,2021.

能夠快速實現(xiàn)設(shè)計到制造的過程，同時也減少很多不必要的變量

影響。對于整個料框的設(shè)計有一些最基本的參數(shù)要求，例如物料

擺放位置度容差范圍 ：X、Y ≤ ±70.0 mm(z 向偏差 )，傾斜角

度≤ ±5°。料框的框架的立柱垂直度需要控制在≤ ±3°的偏差范圍

內(nèi) ；料框與抓手立柱以及零件支撐塊的安全距離設(shè)置＞ 50.0 mm，

避免抓手在抓取過程中出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致與料框發(fā)生碰撞。

3.4 優(yōu)化機(jī)器人視覺抓件系統(tǒng)的處理流程

對以前定點(diǎn)拍照的處理流程進(jìn)行優(yōu)化。原流程機(jī)器人視覺抓

件的成功率大多需要依靠零件料框定位系統(tǒng)的精度（料框相對機(jī)

器人以及零件相對料框的精度）。根據(jù)上述分析，料框定位系統(tǒng)

的精度一致性在抓件過程中很難得到保證。所以在零件抓取作業(yè)

的整個流程中，如果料框系統(tǒng)的定位精度高，機(jī)器人可直接進(jìn)入

拍照位進(jìn)行識別抓取 ；但當(dāng)出現(xiàn)料框系統(tǒng)的定位精度不足時，固

定位置拍照很有可能無法識別到零件的位置，從而影響機(jī)器人抓

件成功率。

通過增加對料框位置實時檢測識別，可以避免這一情況的出

現(xiàn)（圖 5）。機(jī)器人需要在高位先對料框的位置進(jìn)行識別判定，找

到料框的位置后再運(yùn)動至料框的零件拍照位置，拍照識別零件在

料框中的位置，并判斷零件有無、是否為可抓取狀態(tài)后再進(jìn)行定

位識別，這樣可大幅度提升機(jī)器人抓件成功率。

4 機(jī)器人視覺抓件系統(tǒng)的測試驗證

按優(yōu)化后的機(jī)器人視覺抓件系統(tǒng)對某車型的前地板焊合總成

抓件工位改進(jìn)，同時對機(jī)器人視覺系統(tǒng)進(jìn)行布置的同時，需要對

系統(tǒng)精度、檢測時間以及系統(tǒng)故障率進(jìn)行操作測試。以某車型前

圖 5 機(jī)器人視覺抓件技術(shù)處理流程優(yōu)化

表 2 視覺抓件系統(tǒng)優(yōu)化后測試結(jié)果

組號/偏差 ±0.5

mm

±0.4

mm

±0.3

mm

±0.2

mm

±0.1

mm

第1組 98.9% 98.2% 97.3% 96% 72.2%

第2組 100% 100% 99.8% 99.6% 77.8%

第3組 95.9% 93.4% 90.4% 86.3% 56.9%

地板焊合總成作為測試樣件，針對測試目標(biāo)搭建測試平臺。要求：

視覺檢測的點(diǎn)云模型與數(shù)模設(shè)計圖的尺寸偏差為 ±0.5 mm（孔、邊、

面的精度）；定位銷的配合公差為 ±0.5 mm，用于檢測視覺識別精

度 ；工作距離（即相機(jī)的拍照距離）為 1 300.0 ～ 1 600.0 mm ；相

機(jī)視野選擇 800.0 mm×800.0 mm。選取一塊固定位置作為定位

識別區(qū)域，以此為基準(zhǔn)引導(dǎo)抓取。整個測試分 3 組進(jìn)行，拍照距離

分別為 1 300.0 mm、1 450.0 mm 和 1 600.0 mm，測試結(jié)果如表 2

所示。試驗抓件引導(dǎo)共進(jìn)行 733 次，成功 732 次 ；在 ±0.3 mm 的

識別精度要求下，抓件成功率達(dá) 99.8%，滿足機(jī)器人視覺抓件識

別的成功率要求。

5 結(jié)束語

機(jī)器人視覺抓件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通過優(yōu)化后，能以較低的成本提升

整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低系統(tǒng)故障的風(fēng)險，降低機(jī)器人抓件視覺

的故障率。同時，能夠縮短其故障恢復(fù)時間，保障整個系統(tǒng)的穩(wěn)

定性和裝產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。隨著機(jī)器人視覺抓件技術(shù)的發(fā)展，機(jī)

器人會越來越智能化、視覺識別的精度越來越高、算法越來越成

熟，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷的優(yōu)化下，穩(wěn)定性也會越高。由此可見，機(jī)

器人視覺抓件技術(shù)在汽車焊裝線將會被廣泛應(yīng)用，不斷提升汽車

制造廠商的無人化和智能化水平，在智能制造的舞臺上發(fā)揮著不

可替代的積極作用。

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052 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 03

（東風(fēng)柳州汽車有限公司，柳州 545005）

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007）

蔣常林、李鐘波

摘要 ：文章介紹了新能源汽車裝配過程中，由于電機(jī)控制器的高壓線束緊固螺母間隙過?。?.5 mm），導(dǎo)致普通工具無法完成緊固，需開發(fā)特殊

工具滿足裝配。文中詳細(xì)闡述了工具設(shè)計過程，包含分析零件結(jié)構(gòu)、制定設(shè)計需求及開發(fā)工具三個階段。在工具開發(fā)后進(jìn)行實際應(yīng)用跟蹤，分別

從裝配空間、扭矩精度、操作節(jié)拍以及產(chǎn)品需求上進(jìn)行小批量驗證，通過產(chǎn)品變更及工具優(yōu)化解決了扭矩衰減問題，該工具已投入車間使用。

關(guān)鍵詞 ：電機(jī)控制器控制單元 ；小空間 ；擰緊工具 ；扭矩精度 ；操作節(jié)拍

中圖分類號 ：u468.2+3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ：A

一種應(yīng)用于新能源車型的小空間電動擰緊工具

0 引言

電機(jī)控制器控制單元（MCU）作為電動汽車動力總成的核心

部件，直接控制車輛的扭矩和車速，如果發(fā)生失效，將危及到整

車、駕駛員和行人的安全 [1]。汽車總裝裝配過程主要為緊固擰緊

操作，而 MCU 擰緊的質(zhì)量及空間是產(chǎn)品工程師和工藝工程師關(guān)

注的重點(diǎn)，其擰緊質(zhì)量直接影響了整車行駛安全。本文針對 MCU

高壓線束小空間、非常規(guī)的擰緊空間，介紹了如何開發(fā)新型的非

標(biāo)準(zhǔn)擰緊工具，并對工具的實際應(yīng)用做了說明。

1 開發(fā)背景

1.1 現(xiàn)有工具分類

在選擇螺栓擰緊工具時，應(yīng)首先了解螺栓擰緊工具的基本原

理及相關(guān)參數(shù)，再考慮產(chǎn)品結(jié)構(gòu)空間特性及裝配效率要求，選擇

合適的擰緊工具 [2]。目前市場上銷售以及工廠內(nèi)使用的擰緊工具

從形狀上區(qū)分主要分為 3 類（圖 1）。

（1）如緊固普通的緊固件，空間開闊則可采用槍式擰緊工具，

緊固件軸向 L 空間要求為 230.0 mm 以上（圖 1a）。

（2）如緊固件的軸向空間受限，可考慮使用彎頭工具，一般

軸向 L 空間需求為 80.0 mm 以上（圖 1b）。

（3）如軸向空間小于 80.0 mm，一般會考慮使用棘輪工具。

開口棘輪工具軸向空間要求小，但是緊固件包裹面工具的 B 空間

要求在 15.0 mm 以上（圖 1c）。

1.2 現(xiàn)有工具分析

某新能源車電機(jī)控制器高壓線束與 MCU 連接后，線束外部采

用了密封螺母與 MCU 緊固 , 以使其具有更好的密封性能。螺母對邊

尺寸為 30.0 mm，且螺母與螺母之間距離很小，僅為 9.5 mm（圖 2）。

從工具使用方法上分析，槍式擰緊工具和彎頭擰緊工具的擰

緊方向為緊固件的軸向方向，這 2 類工具適合螺栓與螺母的緊固。

針對廠內(nèi) MCU 零件的特殊擰緊結(jié)構(gòu)，擰緊的軸向方向有高壓線

束，槍式和彎頭工具肯定無法使用。開口棘輪工具本體與緊固件

為垂直方向，滿足 MCU 高壓線束的出線，但是由于該工具包裹

面的 B 空間為 15.0 mm，不滿足 MCU 緊固螺母間距為 9.5 mm

的要求，因此該工具尺寸也不滿足零件的裝配需求。

2 擰緊工具設(shè)計

2.1 簡易工具設(shè)計

由于本零件緊固暫未開發(fā)合適的電動工具，為滿足生產(chǎn)造車，

廠內(nèi)臨時使用削薄加工的開口扳手完成手動擰緊（圖 3）。因為手

動擰緊不能連續(xù)旋轉(zhuǎn)，每一顆螺母需要經(jīng)過約 8 次擰緊過程（進(jìn)

入——旋轉(zhuǎn)——退出）才能達(dá)到扭矩要求。每一顆密封螺母最

圖 1 工廠常用擰緊工具

圖 2 MCU 結(jié)構(gòu)示意圖

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053 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 03

終完成時間約為 24 s，

MCU 需 要 擰 緊 5 根 高

壓線，總共需要約 120

s 完成操作。僅密封螺

母擰緊過程就需要 1 人

/ 班，完成 MCU 所有操

作需要 2 人 / 班。該工

具成本低，但是效率慢，

圖 4 電動擰緊工具示意圖

圖 3 簡易擰緊工具結(jié)構(gòu)

需增加生產(chǎn)人員才能滿足裝配，因此需要根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)設(shè)計效率

較高的擰緊工具。

2.2 電動工具設(shè)計需求

為了提升擰緊效率，公司決定開發(fā)非標(biāo)的小空間電動擰緊工

具，設(shè)計需解決以下問題。

（1）解決零件裝配小空間及零件結(jié)構(gòu)特殊性問題。

（2）解決擰緊頭快速復(fù)位（初始位）問題。

（3）解決擰緊扭矩、復(fù)位精度問題，即動態(tài)扭矩標(biāo)定精度為

±1.0 N · m。

（4）解決快速維修問題或切換其他型號擰緊頭問題。

（5）解決節(jié)拍效率問題，操作者能在節(jié)拍內(nèi)完成裝配。

2.3 電動工具設(shè)計

按照電動工具的設(shè)計需求，對工具進(jìn)行設(shè)計如下。

（1）該工具重點(diǎn)解決的是小空間擰緊，因此需要設(shè)計特殊擰

緊頭。特殊擰緊頭是在普通工具的基礎(chǔ)上，延伸一段壁厚小于空

間要求的特殊擰緊頭。在套筒上開口，開口尺寸根據(jù)高壓線束的

大小以及方便線束進(jìn)入和退出等需求，最終確定為 15.8 mm。另

（5）電動擰緊工具相比開口扭矩扳手效率明顯提升。電動

擰緊工具是比較成熟的結(jié)構(gòu)，因此滿足基本的擰緊、提醒等功

能即可。

綜合以上設(shè)計及實際應(yīng)用場景，整體的工具設(shè)計如圖 4 所示。

工具分為 8 部分，其中，特殊擰緊頭用于螺母端的擰緊 ；工具開

關(guān)不僅包含正常擰緊，也包含復(fù)位功能，即達(dá)到擰緊扭矩后，再

按開關(guān)則使擰緊頭逆時針復(fù)位到初始狀態(tài) ；工具電池有 2 塊，一

用一備，方便充電和日常使用 ；擰緊頭的連接螺栓可以將擰緊頭

和槍身快速連接在一起。另外，該工具還具備扭矩調(diào)整，工具的

最大扭矩量程為 35.0 N · m，因此可以根據(jù)設(shè)計要求在量程內(nèi)進(jìn)

行調(diào)整。扭矩調(diào)整以及日常標(biāo)定工作由工具管理者負(fù)責(zé)，在廠內(nèi)

維修間進(jìn)行，產(chǎn)線裝配操作人員不能隨意調(diào)整。

LED燈號與聲響 工具狀態(tài) 處置方式

紅、黃、綠同時亮1 s，伴隨長聲響1 s 驅(qū)動電機(jī)已通電 ——

紅燈亮1 s，伴隨長聲響1 s

未達(dá)到預(yù)緊力（NOK） 重新執(zhí)行擰緊作業(yè)

重復(fù)鎖緊（NOK） 重新執(zhí)行擰緊作業(yè)

綠燈恒亮 擰緊作業(yè)已完成，扭力已達(dá)到

默認(rèn)值（OK） ——

黃燈閃爍5下，伴隨短聲響5聲 電池即將沒電 準(zhǔn)備充電

黃燈亮5下，伴隨長聲響5聲 電池已經(jīng)沒電，工具無法運(yùn)轉(zhuǎn) 立即更換充好電的電池

藍(lán)燈恒亮 工具處于逆轉(zhuǎn)狀態(tài) ——

紅燈閃爍2下 驅(qū)動電機(jī)溫度過高 取出電池，待驅(qū)動冷卻后重新

插入電池即可使用

紅燈閃爍3下 驅(qū)動電機(jī)異常 請聯(lián)系特約經(jīng)銷商

紅燈閃爍4下 訊號線異常 請聯(lián)系特約經(jīng)銷商

外根據(jù)該零件螺母間的間隙（9.5 mm），套筒壁厚 表 1 LED 顯示燈顏色和蜂鳴器響聲對應(yīng)的工具狀態(tài)

＜ 9.5 mm。

（2）在擰緊槍內(nèi)部裝傳感器實現(xiàn)復(fù)位，使其擰緊

頭無論旋轉(zhuǎn)在任何位置都能快速復(fù)位，而且能快速完

成取出并進(jìn)入下一輪操作。

（3）由于 MCU 的高壓線束擰緊為關(guān)鍵控制扭

矩（PF1），因此該工具在擰緊扭矩精度上需滿足

±1.0 N · m 內(nèi)。擰緊槍采用齒輪方式傳輸動力，可

解決扭矩精度高、復(fù)位精確高的問題。

（4）擰緊頭與槍身采用精細(xì)的螺栓連接，如有

損壞需要更換備件或更換不同尺寸型號的擰緊頭時，

可實現(xiàn)快速更換。

該電動擰緊工具還配備了 LED 顯示燈以及蜂鳴器，顯示燈

根據(jù)不同的情況會顯示綠、紅、黃、藍(lán) 4 種不同的顏色。通過手

指按下電源開關(guān)，伴隨蜂鳴器的響聲，LED 顯示燈會馬上亮起且

工具開始轉(zhuǎn)動 ；放開時，工具內(nèi)的驅(qū)動電機(jī)動力停止，工具會立

刻停止運(yùn)作，但 LED 燈仍會停留 5 s 才關(guān)閉。不同 LED 顯示燈顏

色和蜂鳴器響聲，將對應(yīng)不同的工具狀態(tài)（表 1）。

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3 工具實際應(yīng)用跟蹤

3.1 工具操作步驟

電動擰緊工具設(shè)計完成后，在 MCU 零件裝配崗位進(jìn)行實際

操作。按照工具設(shè)計的特點(diǎn)，操作過程主要分為 5 個步驟（圖 5）。

（1）準(zhǔn)備工作。將工具的擰緊頭通過開口放入高壓線束處，

因為開口尺寸為 15.8 mm，工具需要先從高壓線束端進(jìn)入。

（2）將工具擰緊頭從線束端平移至螺母端，確保特殊擰緊頭

部嚙合螺母。

（3）按下開關(guān)，特殊頭套筒帶動螺母順時針旋轉(zhuǎn)緊固，達(dá)到

設(shè)定的扭矩后，LED 顯示燈顯示為綠色，此時操作者則可松開開關(guān)。

（4）將工具從螺母端平移至線束端，與工具進(jìn)入的操作步驟

相反，為工具退出零件做準(zhǔn)備。

（5）按下開關(guān)，特殊頭套筒逆時針旋轉(zhuǎn)至初始位置。此時工

具通過開口部位則可退出線束端，工具脫離零件，表示一次擰緊

操作完成。如進(jìn)行下一個螺母擰緊，則重復(fù)如上的操作。

操作節(jié)拍 ：該工位熟練員工使用該工具進(jìn)行螺母擰緊，操作

過程通過秒表計算操作時間。每顆螺母擰緊時間為 8 s，每臺車

的 MCU 總共需要擰緊 5 根高壓線束，擰緊時間總共為 40 s，在

廠內(nèi) 30 節(jié)拍（114 s）的操作范圍內(nèi)。工具滿足節(jié)拍需求，因此

可將工具交付到車間進(jìn)行小批量使用。

3.3 產(chǎn)品驗證

在小批量車輛驗證過程中，對產(chǎn)品的扭矩信息等各方面進(jìn)

行綜合確認(rèn)。按照 MCU 高壓線束螺母扭矩值 10.0 ～ 13.0 N·m，

工具設(shè)定的扭矩中心值為 11.5 N · m，對 MCU 零件擰緊后的

5 min 內(nèi)進(jìn)行靜態(tài)扭矩測量。靜態(tài)扭矩是指緊固件被擰緊的螺栓

停止后，再繼續(xù)沿著擰緊方向克服靜態(tài)摩擦所達(dá)到的最大扭矩為

靜態(tài)扭矩。一般使用表盤式扭矩扳手測量的扭矩值為靜態(tài)扭矩 [4]。

按照靜態(tài)扭矩公式，對 30 組靜態(tài)扭矩進(jìn)行分析，計算結(jié)果靜態(tài)

扭矩不合格（圖 6），因此需要進(jìn)一步分析。

使用關(guān)鍵扭矩控制圖表的過程中，要不斷對于擰緊的過程進(jìn)

行優(yōu)化與調(diào)整 [5]，因此組織產(chǎn)品工程師（PE）、機(jī)械工程師（ME）、

車間主管以及供應(yīng)商質(zhì)量管控（SQ）對其靜態(tài)扭矩進(jìn)行討論。經(jīng)

分析，扭矩衰減的主要原因是由于 MCU 高壓線束螺母及內(nèi)部特

圖 5 電動擰緊工具操作過程

圖 6 優(yōu)化前靜態(tài)扭矩計算結(jié)果

表 2 擰緊扭矩測量數(shù)據(jù)

序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

動態(tài)扭矩

/（N.m） 11.2 10.8 11.4 11.7 12.1 10.9 10.9 11.1 11.5 12.8

10 次測量標(biāo)定，標(biāo)定臺顯示的數(shù)據(jù)均在 ±1.0 N · m 內(nèi)，工具滿

足扭矩精度需求。具體測量數(shù)據(jù)如表 2 所示。

圖 7 MCU 高壓線束緊固螺母內(nèi)

部結(jié)構(gòu)

3.2 工具操作驗證

針對工具的設(shè)計需求，對工具在現(xiàn)場應(yīng)用的情況進(jìn)行跟蹤，

從裝配空間、扭矩精度、操作節(jié)拍上進(jìn)行驗證。

裝配空間 ：工具通過間接式擰緊滿足空間要求。由于在普通

工具的基礎(chǔ)上開發(fā)特殊擰緊頭，滿足了 MCU 緊固螺母 9.5 mm

的空間要求，現(xiàn)場驗證滿足裝配空間要求。

扭矩精度 ：動態(tài)扭矩是指設(shè)計人員根據(jù)設(shè)計的需求和技術(shù)的

角度給扭矩設(shè)定一個范圍值，在汽車裝配工具上加設(shè)扭矩傳感器，

從而對扭矩的峰值進(jìn)行測量，即為動態(tài)扭矩測量值 [3]。在維修間

測試，按照前期的設(shè)計要求動態(tài)扭矩為 10.0 ～ 13.0 N · m，工具

設(shè)定的扭矩中心值為 11.5 N · m。測試中維修管理員對工具進(jìn)行

殊結(jié)構(gòu)所致。螺母內(nèi)布置了一個密

封襯墊（圖 7），因此在電動工具擰

緊的過程瞬間可以滿足 11.5 N · m，

擰緊完成后該螺母扭矩又會發(fā)生衰

減。針對其特殊性，經(jīng)各區(qū)域討論

及驗證，制定以下改進(jìn)措施進(jìn)行小

批量驗證。

（1） 產(chǎn) 品 工 程 師（PE） 更 改

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055 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 03

線規(guī)劃及各產(chǎn)線班次，廠內(nèi)涉及 9 條生產(chǎn)線，按照 2 班次計算，

此工具方案可節(jié)約 36 人 / 年，節(jié)約運(yùn)行成本約為 432 萬元 / 年。

（4）廠內(nèi)原有 MCU 產(chǎn)品密封采用螺釘式壓板結(jié)構(gòu)，每臺比現(xiàn)

有螺母密封結(jié)構(gòu)高 20 元 / 臺。開發(fā)該工具后，既能滿足生產(chǎn)制造中

的快速操作，并在產(chǎn)品密封要求的前提下還能降低 20 元 / 臺的成本。

4.3 工具進(jìn)一步優(yōu)化方向

該電動擰緊工具在裝配空間、扭矩精度以及操作節(jié)拍上滿足

MCU 高壓線束螺母的裝配需求，并通過設(shè)計變更以及增加扭矩扳

手復(fù)扳等操作滿足設(shè)計和質(zhì)量需求，但是工具仍有部分功能需進(jìn)

一步優(yōu)化。如工具只能順時針擰緊，不能反轉(zhuǎn)退松螺母，返修時

需要使用開口扳手，影響返修效率，后續(xù)改進(jìn)會考慮增加反轉(zhuǎn)功

能。另外，該工具質(zhì)量約為 2.5 kg，為增加操作靈活性，后續(xù)將

在工具重量方面做優(yōu)化。

5 結(jié)束語

本文介紹了一種應(yīng)用于小空間操作特殊電動擰緊工具的設(shè)計

背景、設(shè)計過程及應(yīng)用情況，并對工具在使用過程出現(xiàn)的問題做了

說明及改進(jìn)。工具設(shè)計的最終目的是滿足裝配、設(shè)計及質(zhì)量需求，

無論什么類型的工具都離不開用戶的需求。希望讀者通過閱讀本文，

能夠了解到特殊工具的開發(fā)思路，在實際應(yīng)用上有一定的幫助。

【參考文獻(xiàn)】

作者簡介 :

蔣常林，本科，工程師，研究方向為機(jī)械電子工程。

李鐘波，本科，工程師，研究方向為機(jī)械設(shè)計制造及其自動化。

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電器 ,2018(09):13-15.

[2] 李柏樂 , 張志存 , 陳榮 . 淺談螺栓擰緊工具（動力類）選型指導(dǎo) [J].

裝備制造技術(shù) ,2019(01):137-140.

[3] 李益民 . 動態(tài)扭矩和靜態(tài)扭矩在汽車裝配扭矩控制中的應(yīng)用 [J]. 科學(xué)與

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[5] 李同科 , 簡學(xué)利 . 動、靜態(tài)扭矩在汽車裝配扭矩控制中的應(yīng)用 [J]. 汽車

工藝與材料 ,2010(4):33-37.

圖 8 優(yōu)化后靜態(tài)扭矩計算結(jié)果

設(shè)計扭矩，從 10.0 ～ 13.0 N · m 更改為 11.0 ～ 13.0 N · m，設(shè)

計中心值為 12.0 N · m。

（2）機(jī)械工程師（ME）結(jié)合產(chǎn)品設(shè)計更改電動工具扭矩設(shè)

定值，工具扭矩從 11.5 N · m 更改為 12.0 N · m。

（3）PE 聯(lián)合零件供應(yīng)商對 MCU 高壓線束螺母進(jìn)行密封實驗。

實驗結(jié)果表明，密封螺母靜態(tài)扭矩在 5.0 N · m 以上可以滿足密

封需求，因此靜態(tài)扭矩抽檢按照不小于 5.0 N · m。

（4）為減少靜態(tài)扭矩衰減，總裝車間在使用電動擰緊工具緊

固后，外加開口定扭扳手進(jìn)行一次復(fù)扳操作。

以上措施通過小批量驗證并重新收集 30 組靜態(tài)扭矩。經(jīng)過

靜態(tài)扭矩公式分析，扭矩穩(wěn)定合格（圖 8），因此以上措施定為長

期措施執(zhí)行。

4 工具創(chuàng)新分析及推廣

4.1 工具創(chuàng)新分析

特制的電動擰緊工具相對于傳統(tǒng)普通的擰緊工具有如下創(chuàng)新點(diǎn)。

（1）工具空間要求小，特制擰緊頭開口尺寸，既滿足線束進(jìn)

出要求，也滿足擰緊需求。

（2）擰緊速度快，可實現(xiàn)電動擰緊操作代替手動擰緊。

（3）操作方便，設(shè)有復(fù)位功能，可快速完成擰緊并復(fù)位。

（4）精度高，采用齒輪方式傳輸動力，扭矩精度高、復(fù)位精確。

（5）維修方便，可快速完成備用擰緊頭或其他車型尺寸擰緊

頭的更換。

4.2 效益及推廣應(yīng)用

（1）該工具應(yīng)用更廣泛。通過間接擰緊，該工具可適用于更

小范圍空間的特殊零件裝配，如線束端或管路端小空間的緊固，

不僅在產(chǎn)線上可以使用，返修及售后維修亦可應(yīng)用。

（2）該工具采用齒輪傳輸動力，扭矩精度比棘輪工具高，也

適合關(guān)鍵控制點(diǎn)的應(yīng)用。

（3）該工具復(fù)位精確，操作方便，擰緊速度快，可提升節(jié)拍。

相比手動擰緊扳手（120 s），每臺緊固時間可減少 80 s。按照產(chǎn)

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056 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 03

（東風(fēng)柳州汽車有限公司，柳州 545005）

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007 ；2 . 武漢理工大學(xué)，武漢 430070）

張艷 1

、鐘毅 2

、劉輝 2

摘要 ：汽車電動車窗現(xiàn)在能實現(xiàn)一鍵升降、物體防夾等功能，汽車廠商為提高集成度，對于使用電機(jī)電流紋波信號實現(xiàn)防夾功能的需求日益增加。

然而電機(jī)電流紋波信號包含較多噪聲，為有效提取紋波信號作為車窗防夾的判斷依據(jù)并保留細(xì)節(jié)特征，本文提出一種基于改進(jìn)小波閾值去噪和麻

雀搜索算法優(yōu)化變分模態(tài)分解的聯(lián)合去噪算法。針對紋波信號包含較多噪聲的問題，提出一種改進(jìn)小波閾值去噪算法。該研究使用變分模態(tài)分解

對紋波信號進(jìn)行分解，改善流分量削弱小波閾值去噪效果的問題。同時，利用麻雀搜索算法優(yōu)化變分模態(tài)分解的參數(shù)尋優(yōu)過程，對于高噪的模態(tài)

分量使用改進(jìn)小波閾值去噪算法進(jìn)行去噪，以改善含直流分量紋波信號的去噪效果。

關(guān)鍵詞 ：車窗防夾 ；電機(jī)電流紋波 ；小波閾值去噪 ；麻雀搜索算法 ；變分模態(tài)分解

中圖分類號 ：U463.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ：A

車窗防夾電機(jī)電流紋波降噪檢測算法仿真分析

0 引言

汽車良好的駕乘體驗包括安全性、舒適性等多方位的要求 [1]。

目前市售車型的電動車窗在正常工作過程中的最大推力可達(dá)

500 N，車窗在如此大的推力下若不帶有防夾功能，對于兒童

而言更易發(fā)生誤操作導(dǎo)致的窒息等危險。

目前市場主流防夾方法主要依靠霍爾傳感器實現(xiàn)，但需要額

外安裝霍爾傳感器用于檢測車窗電機(jī)運(yùn)動狀態(tài)，并且每個車門需

要獨(dú)立的防夾控制器模塊。李超提出了電機(jī)電流和紋波相結(jié)合的

防夾策略，基于電流紋波的防夾控制器能夠?qū)崿F(xiàn)多個車窗的防夾

功能的集中控制，成本更低、集成度更高 [2]。然而車窗電機(jī)換向

過程中產(chǎn)生的紋波包含大量干擾噪聲，無法直接使用。

綜合上述問題，本文主要研究車窗電機(jī)電流紋波信號去噪算

法，提出了基于改進(jìn)小波閾值去噪和麻雀搜索算法優(yōu)化變分模態(tài)

分解的聯(lián)合去噪算法，有效提取紋波信號作為車窗防夾的判斷依

據(jù)并保留細(xì)節(jié)特征。

1 基于車窗防夾的改進(jìn)小波閾值去噪算法分析

對直流電機(jī)運(yùn)動過程進(jìn)行分析以研究防夾工作原理，提出

一種以樣本熵為參數(shù)的改進(jìn)小波閾值去噪算法。

1.1 車窗直流電機(jī)的防夾分析

機(jī)電機(jī)脈動頻率的計算公式如公式（1）所示。

f = pnkc/60 （1）

式中 ：f 為紋波頻率，p 為電機(jī)極對數(shù)，n 為電機(jī)轉(zhuǎn)速，k 為

換向器數(shù)，c 為奇偶系數(shù)。

p、k、c 可視為固定參數(shù)，則電流脈動頻率正比于電機(jī)轉(zhuǎn)速。

根據(jù)電流脈沖個數(shù)可計算出車窗的運(yùn)動距離，這是紋波防夾方案

的理論基礎(chǔ)。

車窗防夾功能關(guān)鍵在于判斷車窗位置以及車窗是否發(fā)生加

持。根據(jù)上述分析，電機(jī)轉(zhuǎn)速與電流紋波頻率成正相關(guān)，因此紋

波信號可以進(jìn)行防夾判別。但紋波信號幅值相對直流分量較小，

且存在大量噪聲，易受外界環(huán)境干擾，需要對原始紋波信號進(jìn)行

去噪處理才能使用。

1.2 小波閾值去噪原理與影響因素分析

實際工程中采集到的信號一般包含白噪聲，并且存在很多

突變或者尖刺。利用 Mallat 算法對其進(jìn)行小波變換之后呈現(xiàn)

不同的特性 ：真實信號的小波系數(shù)模值比較大，噪聲或者突變

的小波系數(shù)模值比較小。因此小波閾值去噪的主要思想是，對

Mallat 分解后每一分解尺度細(xì)節(jié)分量中的小波系數(shù)做處理。在

這一過程中，目前比較常用的是 Donoho 提出的閾值法，其中

影響小波閾值去噪效果的因素包括 ：小波基、分解層數(shù)、閾值

以及閾值函數(shù)等。

一般認(rèn)為，選取的小波基在時域上與實際采集信號越相似，

處理效果越好。分解層數(shù)一般取決于對最低頻率區(qū)間的要求，

Mallat 算法分解最后得到一個近似分量和分解層數(shù)個細(xì)節(jié)分量。

選擇合適的閾值，對大于閾值的系數(shù)視為真實信號保留，對小于

閾值的系數(shù)視為噪聲。確定閾值之后選擇合適的閾值函數(shù)，經(jīng)典

的閾值處理函數(shù)如公式（2）硬閾值函數(shù)和公式（3）軟閾值函數(shù)

所示。

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根據(jù)圖 1 可知，硬閾值函數(shù)在閾值 λ 處跳變，導(dǎo)致重構(gòu)后的

信號中存在額外振蕩，信號平滑度下降。而軟閾值函數(shù)處理后的

小波系數(shù)恒小于原系數(shù)，這與小波系數(shù)大于閾值時視為有效信號

的原則相違背，也使重構(gòu)后的信號易丟失細(xì)節(jié)信息、重構(gòu)誤差較大。

1.3 基于樣本熵的改進(jìn)小波閾值去噪算法分析

本文在閾值函數(shù)中引入樣本熵，提出了一種改進(jìn)的小波閾值

去噪方法（Improved Wavelet Threshold，IWT)。得到如公式（4）

所示閾值函數(shù)。其中α 表示每一尺度下細(xì)節(jié)分量小波系數(shù)的歸一

化樣本熵。

（4）

對于改進(jìn)的小波閾值函數(shù)分析可得 ：大于閾值 λ 的部分采

用硬閾值處理。在小于閾值 λ 的部分 ：當(dāng)所求小波系數(shù)樣本熵較

大時，信號包含噪聲較多，利用指數(shù)函數(shù)閾值內(nèi)側(cè)小波系數(shù)迅速

收縮，以保證噪聲的濾除 ；反之，信號噪聲較小，閾值函數(shù)收縮

變緩，以最大程度保留信號?；跇颖眷馗倪M(jìn)的小波閾值去噪算

法如圖 2 所示。

圖 1 閾值 λ=0.5 軟硬閾值函數(shù)

圖 2 改進(jìn)小波閾值去噪算法

圖 3 變分模態(tài)分解算法

（2）

（3）

式中 ： 是經(jīng)過處理的小波系數(shù)，ωj，k 為第j 層分解的第k

個小波系數(shù)，λ 表示設(shè)置的閾值，sgn 為符號函數(shù)。

設(shè)置閾值λ 為 0.5，繪制軟硬閾值函數(shù)如圖 1 所示。

2 基于車窗防夾的優(yōu)化變分模態(tài)分解和改進(jìn)小波閾值

聯(lián)合去噪算法分析

Dragomiretskiy[3] 提出了變分模態(tài)分解（Variational Mode

Decomposition，VMD）?？紤]到 VMD 分解復(fù)雜信號的性能和麻

雀搜索算法搜尋優(yōu)化問題最優(yōu)解的特性，使用麻雀搜索算法優(yōu)化

變分模態(tài)分解。

2.1 變分模態(tài)分解算法原理分析

變分模態(tài)分解處理信號的過程中，將一個實值輸入信號

f（t）分解為一系列子信號，即本征模態(tài)函數(shù)（Intrinsic Mode

Function，IMF）。這些 IMF 在保證能夠重構(gòu)信號的同時擁有一定

的稀疏性特征，并且每個 IMF 緊密圍繞著各自的一個中心頻率。

VMD 的中心思想是構(gòu)造一個變分模型，通過尋找變分問題的最優(yōu)

解以實現(xiàn)輸入信號的分解。變分模態(tài)分解算法如圖 3 所示。

2.2 麻雀搜索算法優(yōu)化變分模態(tài)分解算法分析

VMD 需要人為設(shè)定模態(tài)個數(shù)和懲罰因子，無法自適應(yīng)分解，

因此本文考慮引入麻雀搜索算法（Sparrow Search Algorithm，

SSA）。SSA 是 2020 年提出的群優(yōu)化方法 [4]，具有較強(qiáng)的尋優(yōu)能

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力，在收斂速度和收斂精度上表現(xiàn)較好，在迭代初期就能夠迅速

向全局最優(yōu)值移動，并且具有一定跳出局部最優(yōu)解的能力。因此，

本文將該搜索算法應(yīng)用于變分模態(tài)分解的參數(shù)確定過程中，選取

樣本熵作為適應(yīng)度函數(shù)，將麻雀搜索算法應(yīng)用于 VMD 分解，即

SSA-VMD，以實現(xiàn)自適應(yīng)分解。

麻雀搜索算法的主要流程為，首先假設(shè)麻雀種群中有 n 只麻

雀，需要解決一個包含 d 維變量的優(yōu)化問題。按照公式（5）求

適應(yīng)度值。

（5）

其次，發(fā)現(xiàn)者按照公式（6）進(jìn)行位置更新。

（6）

式中 ：t 為 當(dāng) 前 迭 代 次 數(shù)，j 為 變 量 維 數(shù)，α ∈（0，1.0]，

imax 為最大迭代次數(shù)，Q 為一個正態(tài)分布隨機(jī)數(shù)。R2 ∈ [0，1.0]

為預(yù)警值，ST ∈ [0.5，1.0] 為安全值。

接著，對于加入者，按照公式（7）執(zhí)行位置更新。

（7）

式中 ： 為當(dāng)前全局最差位置， 為（t+1）代發(fā)現(xiàn)者

的最優(yōu)位置， 為當(dāng)前全局最優(yōu)位置。

最后，由于設(shè)置了偵查預(yù)警機(jī)制，按照公式（8）進(jìn)行位置更新。

（8）

式中 ：β 為隨機(jī)數(shù)，K ∈ [-1.0，1.0]，ε 為極小常數(shù)，fi 為當(dāng)

前麻雀的適應(yīng)度值，fg 為當(dāng)前全局最佳適應(yīng)度值，fw 為當(dāng)前全局

最差適應(yīng)度值 [5]。

2.3 基于 SSA-VMD 和 IWT 的聯(lián)合去噪算法原理分析

結(jié)合改進(jìn)的小波閾值去噪算法，對分解得到的模態(tài)分量設(shè)定規(guī)

則 ：當(dāng)相關(guān)系數(shù)r ＜ 0.2 時，利用改進(jìn)小波閾值去噪算法處理 ；當(dāng)相

關(guān)系數(shù)r ≥ 0.2 時，保留分解得到的 IMF ；利用去噪后模態(tài)分量和有

效分量重構(gòu)信號。將該處理過程總結(jié)為麻雀搜索算法優(yōu)化變分模態(tài)

分解和改進(jìn)小波閾值聯(lián)合去噪算法（SSA-VMD-IWT），如圖 4 所示。

圖 4 SSA-VMD-IWT 聯(lián)合去噪算法

圖 5 直流有刷電機(jī)紋波信號

3 實驗結(jié)果與分析

3.1 基于五菱某車型改進(jìn)小波閾值去噪算法對電流紋波信號去

噪測試結(jié)果

為了本測試及仿真實驗是基于上汽通用五菱某車型的電動車

窗升降電機(jī)，在同一工況條件的電機(jī)電流紋波信號測量采集和對

比分析 , 用于驗證小波閾值去噪算法的去噪效果。采集的信號如

圖 5 所示，由于電機(jī)固有特性及電壓波動等因素，電流紋波信號

尖刺明顯、噪聲較多。

選擇 db3 小波進(jìn)行 3 層分解，選擇硬閾值、軟閾值，采用

文獻(xiàn) [6] 提出的對比方法 [6]，以及本文改進(jìn)閾值的方法，4 種不同

閾值處理結(jié)果如圖 6 和圖 7 所示。

通過觀察 4 種閾值函數(shù)對電機(jī)紋波信號的去噪結(jié)果發(fā)現(xiàn)，硬

閾值、軟閾值和對比方法閾值去噪效果相同。而使用本文提出的

改進(jìn)閾值函數(shù)進(jìn)行去噪處理時，分層自適應(yīng)閾值對于不同分解尺

度的細(xì)節(jié)系數(shù)設(shè)置與其值有關(guān)的閾值，使得即使信號中包含幅值

較大直流分量，也能夠在去除噪聲的同時保留有效信號。表現(xiàn)在

波形上就是，去噪后信號平滑度不及其他 3 種方法。

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取對比方法提出的閾值去噪后信號以及本文方法去噪后信

號，分別計算其與原始信號的差值，該差值即表示被去除的噪聲。

計算結(jié)果如圖 8 所示。從圖中可以看出，使用本文提出方法去除

的部分，在整個采樣時間內(nèi)分布比較均勻 ；對比方法明顯更多地

去除了電機(jī)在換向過程中產(chǎn)生的尖刺，然而該行為丟失了一定的

頻率信息。對于 2 個電機(jī)紋波信號，設(shè)置嵌入維度為 2，容限取 0.2

倍信號標(biāo)準(zhǔn)差，計算原始信號、使用對比方法去噪后信號以及使

用本文改進(jìn)小波閾值去噪后信號的樣本熵，結(jié)果如表 1 所示。

由表 1 可知，使用 2 種小波閾值去噪后的信號樣本熵都明顯

下降，并且使用本文提出的方法去噪后，信號樣本熵大于對比方

法的結(jié)果。這表明本文提出的方法在去除信號噪聲基礎(chǔ)上，能夠

有效保留信號細(xì)節(jié)特征。

綜合考慮噪聲去除能力和信號細(xì)節(jié)保留能力，本文提出的改

進(jìn)小波閾值去噪算法對于信號中的噪聲去除效果，優(yōu)于傳統(tǒng)方法

和文獻(xiàn) [6] 提出的方法。去除的部分更接近白噪聲，不會丟失原

信號的細(xì)節(jié)特征。

3.2 基于五菱某車型 SSA-VMD 和 IWT 的聯(lián)合去噪算法對電流

紋波信號去噪測試結(jié)果

使用上一節(jié)采集到的信號，分別使用文獻(xiàn) [7] 中提出的 VMD

表 1 2 個電機(jī)紋波信號不同方法樣本熵

原始信號 對比方法閾值去噪 本文改進(jìn)閾值去噪

1.075 3 0.343 9 0.366 0

和 SG 濾波方案 [7]、文獻(xiàn) [8] 提出的 VMD 和軟閾值小波去噪方案 [8]

以及本文提出的 SSA-VMD-IWT 聯(lián)合去噪方案，實驗過程中統(tǒng)一

采用 SSA 尋優(yōu)結(jié)果確定的參數(shù)。設(shè)定種群數(shù)量為 20，最大迭代

次數(shù) 20 次，最終得到模態(tài)分解個數(shù)為 4，懲罰因子為 2 483.64。

然后將這 2 個參數(shù)代入 VMD 分解（圖 9），對分解結(jié)果進(jìn)行采用

3 種不同方法進(jìn)行去噪，得到去噪結(jié)果如圖 10 ～圖 12 所示。

分析不同的去噪結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，VMD+SG 去噪方案得到的結(jié)

果中仍然包含直流分量，并且其波形是 3 種去噪結(jié)果中信號波形

最平滑的。實際電機(jī)紋波信號分解得到的 4 個分量，與原信號的

圖 6 軟硬閾值函數(shù)去噪結(jié)果

圖 7 對比方法與本文改進(jìn)閾值函數(shù)去噪結(jié)果

圖 8 被去除的噪聲

圖 9 VMD 分解結(jié)果與頻譜

圖 10 VMD+SG 去噪結(jié)果

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【參考文獻(xiàn)】

作者簡介 :

張艷，碩士，工程師，研究方向為汽車電子技術(shù)及數(shù)字信號處理。

通信作者 ：

鐘毅，博士，教授，研究方向為嵌入式技術(shù)及數(shù)字信號處理。

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的應(yīng)用 [J]. 中國農(nóng)村水利水電 ,2021(06):164-168.

相關(guān)系數(shù)分別為 0.0315、0.1294、0.9576 和 0.4984，其中直流

分量即分解結(jié)果中 IMF4 與原信號的相關(guān)系數(shù)為 0.4984，表明其

與原信號相似程度較高，大于設(shè)計的相關(guān)系數(shù)閾值 0.2。

故 VMD+SG 去 噪 方 案 對 IMF2、IMF3 和 IMF4 進(jìn) 行 SG 濾

波處理，使得最終結(jié)果包含直流分量且波形最為平滑。而采用

VMD+SWT 去噪方案和本文提出算法得到的去噪結(jié)果，均能在去

噪的基礎(chǔ)上保留紋波信號的局部特征，且本文算法得到的去噪后

信號在局部表現(xiàn)上略好于 VMD+SWT 方案。

同樣，計算不同方法所得信號的樣本熵如表 2 所示?？梢?/p>

看出，3 種方案所得信號樣本熵與原始信號相比明顯減少，其中

VMD+SG 方案減小程度最大，與該方案所得信號波形最平滑的表

現(xiàn)相符。本文提出的方案減小程度介于 VMD+SG 和 VMD+SWT 方

案之間。進(jìn)一步與 3.1 小節(jié)結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，采用 VMD 和小波閾值

去噪結(jié)合的方式，去噪后樣本熵分別降低 0.020 3、0.029 0。說

明對于含噪較多的紋波信號，VMD 與小波閾值聯(lián)合去噪方法一定

圖 11 VMD+SWT 去噪結(jié)果

圖 12 VMD+IWT 去噪結(jié)果

表 2 4 種去噪方法比較

去噪方法 樣本熵

VMD+文獻(xiàn)對比方法 0.327 6

VMD+SG 0.314 6

VMD+SWT 0.873 4

VMD+IWT 0.337 0

程度上能夠改善改進(jìn)小波閾值去噪算法對包含直流分量的信號去

噪效果變差的問題。

4 試驗結(jié)論

試驗結(jié)果表明，麻雀搜索算法優(yōu)化的變分模態(tài)分解和改進(jìn)小

波閾值聯(lián)合去噪算法，能夠在有效去除信號噪聲的基礎(chǔ)上，保留

信號的局部特征。在實際使用中，需要根據(jù)實際使用需求選擇合

適的去噪算法。如果只需得到紋波信號的主要頻率成分，可以直

接根據(jù) VMD 分解結(jié)果選擇合適的模態(tài)分量，如圖 9 中的 IMF3。

若需要在去噪基礎(chǔ)上保留更多的局部信息，則本文提出的 SSAVMD-IWT 聯(lián)合去噪算法能有效滿足需求。

5 結(jié)束語

本文提出了基于麻雀搜索算法優(yōu)化的變分模態(tài)分解和改進(jìn)小

波閾值聯(lián)合去噪算法，在實現(xiàn)變分模態(tài)分解自適應(yīng)分解的基礎(chǔ)上，

利用相關(guān)系數(shù)區(qū)分含噪程度，以進(jìn)行改進(jìn)小波閾值去噪處理。該算

法在保留紋波信號細(xì)節(jié)特征的同時有效去除噪聲，使去噪后的紋波

信號可以用于車窗防夾系統(tǒng)，并設(shè)計了車窗紋波防夾測試系統(tǒng)的軟

硬件部分進(jìn)行測試。但由于本文提出的算法引入群優(yōu)化算法的隨機(jī)

性，該算法的魯棒性、適用性還需要大量數(shù)據(jù)進(jìn)行更深層次的研究。

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汽車星空頂電動天窗結(jié)構(gòu)設(shè)計

（東風(fēng)柳州汽車有限公司，柳州 545005）

（蕪湖莫森泰克汽車科技股份有限公司，蕪湖 241000）

邵文彬

摘要 ：為提升汽車天窗配置多樣化，增加整車內(nèi)飾氛圍效果，滿足年輕人對天窗功能的多樣化需求，在現(xiàn)有天窗的基礎(chǔ)上增加星空氛圍效果，星

空頂天窗應(yīng)用而生。本文簡要從汽車星空頂電動天窗的結(jié)構(gòu)組成、星空玻璃的結(jié)構(gòu)設(shè)計、星空頂實現(xiàn)的效果呈現(xiàn)、實現(xiàn)功能及控制策略等方面，

對汽車星空頂電動天窗的設(shè)計結(jié)構(gòu)原理、實現(xiàn)功能進(jìn)行了梳理，并對作了論述。

關(guān)鍵詞 ：汽車星空頂電動天窗 ；結(jié)構(gòu)設(shè)計 ；實現(xiàn)功能 ；控制策略

中圖分類號 ： U463.83 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ：A

棚上依次預(yù)穿 800 ～ 1 600 個孔，每一個孔內(nèi)都需要裝入獨(dú)立光

纖，發(fā)光光纖需要通過獨(dú)立多顆光柱進(jìn)行效果呈現(xiàn)，在制造及成

本極其昂貴，工藝復(fù)雜，不利于返修，在配置有天窗的車型上，

呈現(xiàn)區(qū)域只能在汽車頂棚上面，天窗玻璃區(qū)域無法進(jìn)行呈現(xiàn)。

本設(shè)計方案在可開啟汽車天窗的車型基礎(chǔ)上，對天窗玻璃進(jìn)

行覆合處理。通過油墨印刷工藝，將設(shè)計好的圖案提前印刷在玻

璃上面，通過燈光呈現(xiàn)圖案。相比植入光纖方案，本方案結(jié)構(gòu)和

制造工藝簡單，在不改變天窗匹配的情況下，可以通過天窗玻璃

的互換方式進(jìn)行配置加裝，維修便捷 [3]。

1.2 星空天窗主要實現(xiàn)功能

星空頂具有關(guān)閉或隨整車背光控制功能、單色定義、單色呼

吸、變色呼吸、隨音樂變化以及亮度調(diào)節(jié)等功能，如表 1 所示。

2 天窗布置星空頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 星空頂結(jié)構(gòu) LED 布置方案

在傳統(tǒng)的全景天窗上基礎(chǔ)上，不改變整車裝配，將前活動玻

圖 1 星空頂天窗結(jié)構(gòu)示意圖

0 引言

隨著國內(nèi)外汽車零部件產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車天窗市場的競

爭也逐漸多元化，消費(fèi)者對汽車天窗的功能配置的價值感在提升，

對生活品質(zhì)的要求越來越高。尤其年輕人對時尚的追求及個性化

功能的需求井噴發(fā)展，因此像星空電動天窗等新型產(chǎn)品應(yīng)用開始

逐步發(fā)展。但傳統(tǒng)的星空頂系統(tǒng)中需要將每根光纖插入頂棚并固

定，并且光纖只能固定在沒有天窗的部分，而有天窗的部分無法

布置。這對于全景天窗的車型來說，會出現(xiàn)車頂大部分面積都因

無法布置光纖而不能呈現(xiàn)星空圖案的問題 [1]。本文從天窗玻璃結(jié)

構(gòu)方面進(jìn)行開發(fā)，解決了天窗無法呈現(xiàn)星空效果的困難，同時以

星空頂電動天窗系統(tǒng)開發(fā)為切入點(diǎn)，詳細(xì)闡述其結(jié)構(gòu)及功能邏輯

等方面的開發(fā)設(shè)計。

1 汽車星空天窗的主要組成及實現(xiàn)功能

1.1 星空頂天窗的主要組成

星空頂天窗是通過對汽車天窗設(shè)計增加照明發(fā)光元件組成氛

圍燈光系統(tǒng)，暗光環(huán)境下可以在車內(nèi)形成非常獨(dú)特的高級光暈，

從而提升車內(nèi)的檔次 [2]。其主要由星空玻璃總成、前后玻璃燈帶

總成、框架總成、接觸開關(guān)總成和遮陽簾導(dǎo)風(fēng)簾等零部件組成，

結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

星空頂天窗的前后玻璃需在傳統(tǒng)玻璃上覆合星空圖案，在前

后玻璃側(cè)邊位置增加玻璃燈條，通過兩側(cè) LED 燈光映射實現(xiàn)漫天

星空效果。星空圖案可根據(jù)客戶要求進(jìn)行定制，其主要技術(shù)集中

在前后玻璃圖案的集成設(shè)計 - 玻璃覆合。

此方案與傳統(tǒng)星空頂天窗方案對比 ：傳統(tǒng)方案需要在汽車頂

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采取梯度排布，中間網(wǎng)點(diǎn)不能過于稀疏。通過光譜分析，對車內(nèi)

環(huán)境光照的一般要求如下。

（1）功能照明 ：10 ～ 80 cd/m2

。

（2）背景照明 ：4 ～ 15 cd/m2

。

（3）功能照明亮度 ：≥ 2 倍的背景照明。

（4）星空頂光照建議值 ：4 ～ 15 cd/m2

。

2.2 星空頂星空玻璃復(fù)合設(shè)計

2.2.1 印刷星空效果圖案

星空效果圖案主要為復(fù)合在原玻璃上的白玻自帶印刷圖案，

通過反光油墨進(jìn)行印刷。其印刷方案如下。

（1）圖案需印刷在白玻上。白玻是一種超透明低鐵玻璃，是

一種高品質(zhì)、多功能的新型高檔玻璃品種，透光率可達(dá) 91.5% 以上。

（2）印刷圖案根據(jù)客戶要求進(jìn)行定制開發(fā)，開發(fā)印刷網(wǎng)板，

網(wǎng)板上面呈現(xiàn)圖案。LED 直接將能量光束傳遞至導(dǎo)光玻璃，通過

絲印網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行折射和反射后，實現(xiàn)整個天窗均勻發(fā)光，光能利用

率高，整體亮度高。

（3）將印刷網(wǎng)板與白玻進(jìn)行貼合，將反光油墨均勻上漿，再

通過干燥、曬版等流程生產(chǎn)成成品（圖 3）。

圖 2 星空燈帶光源示意圖

界面 功能說明 技術(shù)要求

開關(guān)

界面

（1）背光控制擋：星空頂開關(guān)受組

合開關(guān)上的背光開關(guān)控制

（2）強(qiáng)制擋：此擋位時星空頂打

開，不受背光開關(guān)控制

（3）關(guān)閉擋：此擋星空頂關(guān)閉，不

受背光開關(guān)控制

（4）星空頂亮度調(diào)節(jié)功能：星空頂

的亮度隨著拖動的光標(biāo)位置變化

當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)或一鍵起動

開關(guān)為“OFF”擋時，選中“強(qiáng)

制擋”的星空頂為熄滅狀態(tài)

靜態(tài)

設(shè)置

（1）單色靜態(tài)擋：星空頂?shù)念伾o

態(tài)顯示為采樣色

（2）單色呼吸擋：亮度由暗漸變

到亮，再從亮漸變到暗，中間停0.75 s，

反復(fù)循環(huán)

（3）變色呼吸擋：顏色循環(huán)變化

（1）單色呼吸：明暗變

化需平順

（2）變色呼吸：3種以上

的顏色變化

（3）單色呼吸或變色呼

吸與采樣色一致

動態(tài)

設(shè)置

（1）關(guān)閉擋：顏色隨藍(lán)牙或USB接

口播放的音樂節(jié)奏變化

（2）色條：可選藍(lán)綠紅或藍(lán)紫紅

色條，顏色會分別隨著音樂節(jié)奏的高

低進(jìn)行變化

（3）動態(tài)速度：可調(diào)節(jié)需要的星空

頂顏色變化速度

（1）顏色變化需與音樂

節(jié)奏變化同步

（2）顏色變化需較平順，

不可閃爍

（3）星空頂動態(tài)效果

不隨音量大小調(diào)節(jié)的變化

而變化

表 1 星空頂主要功能列表

璃及后固定玻璃設(shè)計成復(fù)合帶有圖案的白玻。然后在白玻玻璃上

印刷圖案，通過白玻兩側(cè)的 LED 燈帶向內(nèi)側(cè)照射光源。兩端的

LED 模塊提供各種顏色的光源，然后將燈光導(dǎo)入夾層玻璃的內(nèi)層

中。在夾層玻璃的底部，印刷處可以散射光線的圖案層。光線在

玻璃內(nèi)部經(jīng)過多次折射散射，最終在玻璃的內(nèi)表面呈現(xiàn)整面發(fā)光

的效果，白玻反射光源顯現(xiàn)圖案。

LED 燈帶需布置在白玻的兩側(cè)，燈源選擇為多色 RGB 燈珠。

其布置結(jié)構(gòu)如圖 2 所示，以側(cè)邊的 RGB 燈源為基礎(chǔ)，照射在圖

案玻璃上面，呈現(xiàn)星空效果。LED 是利用發(fā)光二極管把電能直接

轉(zhuǎn)換為光能 [4]。因 LED 發(fā)射的能量光束在導(dǎo)光玻璃傳遞具有衰減

性，折射次數(shù)越多，損耗越大。所以在設(shè)計印刷網(wǎng)點(diǎn)的時候一般

圖 3 星空頂選配圖案示例（菱形圖案和天使翅膀）

2.2.2 復(fù)合成星空玻璃總成

將印刷后的白玻通過復(fù)合工藝與天窗灰玻進(jìn)行復(fù)合，生產(chǎn)成

星空玻璃總成，其復(fù)合方案如下。

（1）將帶圖案的白玻及天窗原始玻璃通過復(fù)合設(shè)備進(jìn)行結(jié)合，

兩玻璃在結(jié)合中間層放置 SGP 復(fù)合膠片（SGP 是美國杜邦公司

研發(fā)的夾層玻璃離子聚合物中間膜）。

（2）SGP 膠片厚度為 0.75 mm。在玻璃膠合前，將玻璃切割

成所需尺寸及形狀，SGP 膠片的尺寸亦需切割成所需尺寸及形狀，

避免膠合完成后再進(jìn)行切割。復(fù)合的白玻尺寸比原始天窗玻璃尺

寸小，Y 向尺寸相差 60.00 mm，主要是白玻的側(cè)邊需安裝 LED 燈帶。

（3）復(fù)合抽真空。將 SGP 膠片疊加在一起，夾在玻璃中間，

采用真空袋工藝進(jìn)行抽真空。合成后的夾層玻璃也可以當(dāng)作玻璃

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基片，再深加工成其他各種配置的玻璃，以滿足各項性能要求。

2.3 星空頂玻璃與整車線束導(dǎo)通觸點(diǎn)設(shè)計

因天窗前玻璃為活動玻璃，在天窗打開后，前玻璃星空頂此

時處于斷電狀態(tài)，不呈現(xiàn)放光效果。在前玻璃運(yùn)行關(guān)閉后，此時需

要將前燈條進(jìn)行導(dǎo)通，即需要導(dǎo)通 LED 燈帶和主線束的連接。設(shè)

計方案為接觸式觸點(diǎn)導(dǎo)通結(jié)構(gòu)，即前玻璃 LED 線束需要與主線束

為活動式接觸點(diǎn)進(jìn)行導(dǎo)通（圖 4）。接觸式導(dǎo)通結(jié)構(gòu)設(shè)計方案如下。

星空頂模塊與 BCM 通過 LIN 控制可以實現(xiàn)顏色同步調(diào)節(jié)。

RGB LIN 模塊主要由“RGB LED+LIN 通信模塊 + 單片機(jī)控制”

組成，該模塊與傳統(tǒng)的 LED 燈控制不同（圖 5）。

圖 4 星空玻璃觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）天窗滑軌上設(shè)計觸點(diǎn)固定點(diǎn)。將觸點(diǎn)開關(guān)布置在 LED

滑軌 U 型槽位置，當(dāng)前玻璃關(guān)閉后，前玻璃線束觸點(diǎn)與滑軌上觸

點(diǎn)接觸，起導(dǎo)通作用。

（2）觸點(diǎn)座集成彈性觸點(diǎn)。彈性觸點(diǎn)設(shè)計有彈簧，在觸點(diǎn)導(dǎo)

通時，觸點(diǎn)被擠壓收縮，滑軌觸點(diǎn)座需要天窗總線束進(jìn)行連接。

（3）觸點(diǎn)實現(xiàn)功能 ：在前玻璃關(guān)閉位置，觸點(diǎn)和前玻璃 LED

燈線束銅片接觸，前玻璃 LED 點(diǎn)亮，反之?dāng)嚅_。

（4）觸點(diǎn)開關(guān)為彈片接觸，材料為黃銅，可保證產(chǎn)品壽命

和接觸力。理論上彈片的預(yù)壓量設(shè)計為 3.00 mm，預(yù)壓力設(shè)計

為 2.0 ～ 3.5 N。彈片接觸方向為 Z 向接觸，X、Y 軸方向接觸面

有 4.50 mm 的空間可調(diào)整，可保證天窗前玻璃有 2.00 mm 的調(diào)

整余量。

（5）彈片的性能耐久。通過 CAE 機(jī)構(gòu)分析及實際試驗驗證，

彈片可滿足 10 萬次的循環(huán)耐久試驗。試驗后彈片的性能衰減在

5% 之內(nèi)，滿足正常的衰減要求。

（6）天窗布置的星空頂線束與整車線束通過插接器連接，傳

遞信息通過 LIN 線與 BCM 相互通訊。

3 星空頂與車身控制單元（BCM）控制策略設(shè)置方案

星空頂燈帶通過 LIN 線與 BCM 進(jìn)行通信，掛載在 BCM 的網(wǎng)

絡(luò)下，遵循 LIN 功能規(guī)范。在星空頂天窗左右的后側(cè)各設(shè)置 1 個

模塊——星空頂控制模塊，使用布置設(shè)計的線束進(jìn)行導(dǎo)光連接 [5]。

圖 5 獨(dú)立控制器通過 LIN 線控制

3.1 RGB 顏色控制

RGB LIN 模塊可以直接作為 BCM 或者 ALM 的通信節(jié)點(diǎn)，相

關(guān) 指 令 對 應(yīng) 紅（R）、 綠（G）、 藍(lán)（B）3 個 顏 色 通 道 的 變 化。

RGB LIN 模塊還具有溫度補(bǔ)償功能，保證 RGB 混光顏色保持在定

義的色坐標(biāo)范圍內(nèi)。RGB 配色顏色計算方式如下。

（1）根據(jù)三基色配色原理，只有三角形區(qū)域內(nèi)的顏色才能通

過 RGB 三基色配色實現(xiàn)。

（2）合成光的顏色取決于紅光、綠光和藍(lán)光的亮度比例。

（3）合成光的總亮度等于紅光、綠光、藍(lán)光各自亮度值的總和。

基于目前的半導(dǎo)體技術(shù)，LED 燈珠都以 bin 來區(qū)分顏色坐標(biāo)，

某一個 bin 則表示色坐標(biāo)在某個范圍，而所有顏色都是由紅、綠、

藍(lán)三種基色混光出來。以某款 LED 燈珠為例，紅光有 3、4 和 5 這

3 個 bin，綠光有 2、3、4、5、6、7、8 和 9 共 8 個 bin，藍(lán)光有 H、J、

K、L、M、N、O、P、Q 和 R 共 11 bin，所以理論上不考慮亮度的

情況下，這款 LED 燈珠有 3×8×11=264 種顏色組合。

3.2 在電子防盜報警系統(tǒng)（IHU）設(shè)置功能

在 IHU 中可設(shè)置“星空頂功能”，包括開啟和關(guān)閉。其設(shè)置

邏輯關(guān)系如下。

（1）整車初次上電后，“星空頂功能”默認(rèn)設(shè)置為“開啟”；

BCM 發(fā)送周期型信號。

（2）當(dāng)“星空頂功能”為“開啟”時，若在 IHU 中設(shè)置為“關(guān)

閉”，IHU 發(fā)送事件型信號給 BCM，BCM 更新設(shè)置后立即反饋周

期型信號給 IHU。

（3）IHU 進(jìn)行設(shè)置后不會立即更新狀態(tài)，只有收到 BCM 反

饋的狀態(tài)信號，IHU 才會更新顯示狀態(tài)。

（4）整車重新上電后，記憶上一個點(diǎn)火循環(huán)設(shè)置狀態(tài)。整車

電源切換至 OFF，IHU 不記憶設(shè)置狀態(tài)，BCM 記憶當(dāng)前“星空頂

學(xué)術(shù) | 制造研究

ACADEMIC

064 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 03

【參考文獻(xiàn)】

作者簡介 :

邵文彬，專科，工程師，研究方向為汽車零部件設(shè)計。

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器 ,2017,No.387(06):35-37.

功能”（開啟 / 關(guān)閉）設(shè)置狀態(tài)。重新上電后，BCM 將記憶的設(shè)

置狀態(tài)發(fā)送給 IHU 用于顯示。

3.3 星空燈 LIN 節(jié)點(diǎn)判斷邏輯

若星空燈收到 LIN 信號，則根據(jù) LIN 音樂音頻信號，由控制

器控制動態(tài)改變星空燈的亮度和顏色。星空燈的 RGB 燈按照開

啟“動態(tài)設(shè)置 - 音樂律動”的設(shè)置狀態(tài)點(diǎn)亮。例如，開啟“音樂

律動”前，星空燈 RGB 燈設(shè)置為紅色 ；開啟“音樂律動”后 ；

顏色和亮度隨音樂發(fā)生變化 ；當(dāng)沒有音樂輸出時，星空燈的 RGB

燈則按照之前設(shè)置的狀態(tài)執(zhí)行。

音頻信號根據(jù)整車要求的音頻信號屬性執(zhí)行，星空燈的 RGB

燈根據(jù)標(biāo)定狀態(tài)將 64 色進(jìn)行賦值匹配，實現(xiàn)音樂律動時的顏色變化。

4 結(jié)束語

汽車星空頂配置天窗，主要是在可開啟天窗的基礎(chǔ)上增加

LED 燈及星空效果，起到裝飾和烘托車內(nèi)氛圍作用。按實現(xiàn)功能

的效果分為氛圍燈效果及呈現(xiàn)圖案效果，二者相互結(jié)合，可以達(dá)

到車輛配置以及體現(xiàn)感的提升 [6]。

目前，國內(nèi)汽車天窗的需求越來越大，本文簡述設(shè)計的星空

頂天窗在整車上已經(jīng)得到充分的實測及應(yīng)用。測試結(jié)果表明，星

空頂電動天窗完全能夠按照設(shè)計要求進(jìn)行各項功能工作，實際測

試都達(dá)到了設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。本文提出的相關(guān)星空頂開發(fā)的主要結(jié)構(gòu)設(shè)

計及控制策略，希望更夠給更多的汽車設(shè)計者借鑒。

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