一种车门电控限位装置.pdf

本发明公开了一种车门电控限位装置，包括：障碍检测装置，其安装于车体外侧，用于检测车体侧面到障碍物的距离；控制器，其配置成根据所述车体侧面到障碍物的距离，确定车门最大允许开启角度；以及限位执行机构，其安装于车门与车体的铰接处，所述限位执行机构配置成限制车门向外开启角度不超过所述最大允许开启角度，且允许车门自由向内关闭。本发明提供的车门电控限位装置实现了在开门时根据周边障碍物情况限制车门开启角度，而在关门时不影响车门关闭动作的功能，有效防止车门撞上侧方障碍物，减少汽车损失。

1.  一种车门电控限位装置，其特征在于，包括：
障碍检测装置，其安装于车体外侧，用于检测车体侧面到障碍物 的距离；
控制器，其配置成根据所述车体侧面到障碍物的距离，确定车门 最大允许开启角度；
限位执行机构，其安装于车门与车体的铰接处，包括齿形限位杆 和止动杆，所述限位执行机构配置成限制车门向外开启角度不超过所 述最大允许开启角度，且允许车门自由向内关闭；
其中，所述齿形限位杆上设置有矩形限位槽，所述止动杆下部一 侧设置为垂直面，另一侧设置为弧面，所述止动杆下部与所述矩形限 位槽配合，限制所述齿形限位杆的单向移动。

2.  根据权利要求1所述的车门电控限位装置，其特征在于，所 述障碍检测装置包括超声波雷达，所述超声波雷达安装于车门下方的 门槛板上。

3.  根据权利要求1或2所述的车门电控限位装置，其特征在于， 所述限位执行机构还包括：
开启角度检测装置，其用于确定车门的开启角度；
驱动器，其与所述止动杆相连接，带动所述止动杆移动，并与所 述限位槽接合或分离。

4.  根据权利要求3所述的车门电控限位装置，其特征在于，所 述驱动器包括电磁线圈和弹性件，所述电磁线圈通电后产生施加于所 述止动杆上的电磁力，所述弹性件施加于所述止动杆上一弹性力，所 述电磁力和弹性力方向相反。

5.  根据权利要求4所述的车门电控限位装置，其特征在于，所 述矩形限位槽沿所述齿形限位杆布置有5个。

6.  根据权利要求5所述的车门电控限位装置，其特征在于，所 述齿形限位杆上的限位槽呈非等距布置，且所述止动杆每从一个限位 槽内移动到相邻的限位槽内时，车门最远端到汽车侧面的变化距离相 同。

7.  根据权利要求3或4所述的车门电控限位装置，其特征在于， 所述驱动器还包括中空的壳体和上盖，所述止动杆设置于所述壳体内 并相对于所述壳体上下滑动，所述止动杆与所述上盖之间设置有缓冲 簧，以减小所述止动杆对所述上盖的冲击。

8.  根据权利要求1所述的车门电控限位装置，其特征在于，所 述开启角度检测装置包括连接于车门和车体之间的角度传感器，用于 测量车门的开启角度。

9.  根据权利要求1、2、4-8中任一项所述的车门电控限位装置， 其特征在于，所述车门电控限位装置还包括控制按钮和指示灯，用于 控制所述限位装置的开启和指示工作状态。

10.  一种车门电控限位装置，其特征在于，包括：
障碍检测装置，其安装于车体外侧，用于检测车体侧面到障碍物 的距离；
控制器，其配置成根据所述车体侧面到障碍物的距离，确定车门 最大允许开启角度；
限位执行机构，其安装于车门与车体的铰接处，包括齿形限位杆 和止动杆，所述限位执行机构配置成限制车门向外开启角度不超过所 述最大允许开启角度，且允许车门自由向内关闭；
其中，所述齿形限位杆上设置有连续的锯齿，所述止动杆下端具 有一尖部，所述止动杆下端与所述齿形限位杆上的锯齿相配合，构成 可限制所述齿形限位杆单向移动棘条机构。

一种车门电控限位装置
技术领域
本发明涉及汽车车门防护技术领域，具体涉及一种车门电控限 位装置。
背景技术
随着汽车保有量的增加，城市内有限的停车位间距设计虽然可以 满足绝大多数汽车的乘员开启车门上下车的便利性，但是汽车种类的 差异导致车身宽度千差万别，如果按照最大乘用车尺寸设计城市内两 两平行的停车位空间，必然造成资源浪费。为尽可能多的满足停车需 求，目前市内停车位的空间仅为够用，谈不上宽敞。另外，如果再遇 到个别司机不规范停车现象，无法保证实际尽可能的等间距停车，必 然会导致个别车位空间狭小，乘员下车时由于未留意空间大小导致突 然大角度开启车门造成不必要的双方汽车损伤。为此开发替代驾驶员 频繁提醒乘员工作的车门电控限位装置非常有必要。
目前汽车车门上大部分都安装有以下两种简易限位器：1、拉杆 式限位器，2、凸轮装置式限位器；其主要作用是：1、限制车门的最 大开度，防止车门外板与障碍物发生碰撞，2、保持车门的开启状态， 防止车门自动关闭，3、除最大开度外，增加一个中间卡位，适应不 同乘员上下车需求。拉杆式限位器由于结构简单，成本较低而得到广 泛应用，一般轿车上都使用此类，但是它对于制造和装配要求较高， 当装配不良时，容易产生异响，另外，它的档位感不够清晰。凸轮装 置限位器的铰链和限位器是集成在一体的，容易装配，较易满足力矩 要求和开启角度要求，以及实现关门力的要求，缺点是铰链的占用空 间较大，需要充分分析铰链和限位器的空间布置，它的基本原理是用 齿板和滚柱来限位，即在齿板边缘开出每级限位的限位槽，滚柱沿齿 板滚动并卡在相应的槽里，从而控制车门的开度位置。
但是，以上两种限位器只是实现了简单的单级或两级限位功能， 并未充分考虑到安全性、人性化等问题，即无法自动识别车门开启空 间的限制条件，无法自动限制车门开启到恰当角度从而避免开启过大 造成车门与外界障碍物之间的干涉碰撞等安全隐患问题。
发明内容
本发明提供了一种车门限位装置，目的是根据车体两侧的障碍物 位置限制车门的开启角度，同时对关闭车门没有影响，以避免开门时 车门与障碍物发生碰撞损坏。
本发明提供的技术方案为：
一种车门电控限位装置，包括：
障碍检测装置，其安装于车体外侧，用于检测车体侧面到障碍物 的距离；
控制器，其配置成根据所述车体侧面到障碍物的距离，确定车门 最大允许开启角度；
限位执行机构，其安装于车门与车体的铰接处，包括齿形限位杆 和止动杆，所述限位执行机构配置成限制车门向外开启角度不超过所 述最大允许开启角度，且允许车门自由向内关闭；
其中，所述齿形限位杆上设置有矩形限位槽，所述止动杆下部一 侧设置为垂直面，另一侧设置为弧面，所述止动杆下部与所述矩形限 位槽配合，限制所述齿形限位杆的单向移动。
优选的是，所述障碍检测装置包括超声波雷达，所述超声波雷达 安装于车门下方的门槛板上。
优选的是，所述限位执行机构还包括：
开启角度检测装置，其用于确定车门的开启角度；
驱动器，其与所述止动杆相连接，带动所述止动杆移动，并与所 述限位槽接合或分离。
优选的是，所述驱动器包括电磁线圈和弹性件，所述电磁线圈通 电后产生施加于所述止动杆上的电磁力，所述弹性件施加于所述止动 杆上一弹性力，所述电磁力和弹性力方向相反。
优选的是，所述矩形限位槽沿所述齿形限位杆布置有5个。
优选的是，所述齿形限位杆上的限位槽呈非等距布置，且所述止 动杆每从一个限位槽内移动到相邻的限位槽内时，车门最远端到汽车 侧面的变化距离相同。
优选的是，所述驱动器还包括中空的壳体和上盖，所述止动杆设 置于所述壳体内并相对于所述壳体上下滑动，所述止动杆与所述上盖 之间设置有缓冲簧，以减小所述止动杆对所述上盖的冲击。
优选的是，所述开启角度检测装置包括连接于车门和车体之间的 角度传感器，用于测量车门的开启角度。
优选的是，其特征在于，所述车门电控限位装置还包括控制按钮 和指示灯，用于控制所述限位装置的开启和指示工作状态。
一种车门电控限位装置，包括：
障碍检测装置，其安装于车体外侧，用于检测车体侧面到障碍物 的距离；
控制器，其配置成根据所述车体侧面到障碍物的距离，确定车门 最大允许开启角度；
限位执行机构，其安装于车门与车体的铰接处，包括齿形限位杆 和止动杆，所述限位执行机构配置成限制车门向外开启角度不超过所 述最大允许开启角度，且允许车门自由向内关闭；
其中，所述齿形限位杆上设置有连续的锯齿，所述止动杆下端具 有一尖部，所述止动杆下端与所述齿形限位杆上的锯齿相配合，构成 可限制所述齿形限位杆单向移动棘条机构。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
1、本发明所述的汽车车门电控限位装置在开启车门时，通过控 制车门能够转过的角度，有效防止车门撞上侧方障碍物，减少汽车损 失。
2、本发明所述的汽车车门电控限位装置通过对拉杆式限位器结 构的改进，实现了在开门时根据周边障碍物情况限制车门开启角度， 而在关门时不影响车门关闭动作的功能。
3、本发明所述的汽车车门电控限位装置通过在拉杆式限位执行 机构上设置多个卡槽从而达到了多角度精确定位的效果。
4、本发明所述的汽车车门电控限位装置通过在仪表盘上设置仪 表提示灯，方便驾驶员了解系统工作信息，避免迷惑。
5、本发明所述的汽车车门电控限位装置结构简单，安装方便、 成本较低。可用于各种汽车车门，具有较强的市场推广性。
附图说明
图1为本发明所述的车门电控限位装置的结构框图。
图2是本发明所述的障碍检测装置和限位执行机构安装位置示 意图；
图3是本发明所述的限位执行机构与车身的连接示意图；
图4是图3的局部放大图；
图5是本发明所述的限位执行机构工作示意图；
图6是本发明所述的限位执行机构分解结构图；
图7是本发明所述的限位执行机构剖视图；
图8是本发明所述的指示灯示意图图；
图9是本发明所述的汽车车门电控限位装置的控制器电气原理 图；
图10是本发明所述的汽车车门电控限位装置的单片机控制程序 流程图；
图11是本发明所述汽车车门电控限位装置另一实施方式限位执 行机构结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人 员参照说明书文字能够据以实施。
如图1所示，本发明提供了一种汽车车门电控限位装置，其可包 括：障碍检测装置1、控制器20、限位执行机构2。所述障碍检测装 置1安装于车体的外侧，可用于检测位于车体侧面的障碍物到车体的 距离。所述限位执行机构2还包括开启角度检测装置21，所述开启 角度检测装置21用于确定车门的开启角度。所述控制器20配置成根 据车体侧面到障碍物的距离，确定车门最大允许开启角度。限位执行 机构2配置成限制车门向外开启角度不超过所述最大允许开启角度， 且允许车门自由向内关闭。这种设计方式能够根据障碍物的位置，确 定车门的最大允许开启角度，并在控制器20的控制下，限位执行机 构2将车门限制在安全的开启角度下，并且对车门的关闭不做限制， 能实现车门的自由关闭。
如图2所示，上述实施例中，所述障碍检测装置1包括超声波雷 达，其安装于车门下方的门槛板上。超声波雷达通过获取超声波发射 出时与碰到障碍物后返回时的时间差，判断障碍物的距离。
一并参阅图3，限位执行机构2安装于车门铰链处的车门内外门 板之间空腔内。所述限位执行机构2包括齿形限位杆3、止动杆4、 以及驱动器。齿形限位杆沿其长度方向配置有若干限位槽。止动杆4 可选择性地与所述限位槽相配合，限制所述止动杆4相对于所述齿形 限位杆3单侧移动，且允许所述所述止动杆4相对于所述齿形限位杆 3向另一侧移动，以实现限制车门17开启且允许车门17关闭。驱动 器与所述止动杆相连接，带动所述止动杆移动，控制止动杆4与所述 限位槽接合或分离。
如图4-7所示，驱动器包括电磁线圈6和弹性件9，所述电磁线 圈6通电后产生施加于所述止动杆4上的电磁力，所述弹性件9施加 于所述止动杆4上一弹性力，所述电磁力和弹性力方向相反。通过电 磁力和弹性力的作用，实现了止动杆4的上下移动，从而使止动杆4 与限位槽配合或分离。作为一种优选的，弹性件9采用螺旋弹簧。
驱动器还包括中空的壳体7和上盖8，壳体7由铸铝材料制成。 止动杆4嵌入在壳体7中，止动杆4由圆形顶部和矩形杆下部组成， 其材料为铁。止动杆4圆形顶部与壳体7内壁之间留有缝隙，保证止 动杆4可在电磁线圈6的作用下沿轴线方向做直线往复运动。壳体7 由上部大圆柱体、中部小圆柱体和下部类矩形法兰盘5组成，其上部 和中部具有圆柱形内腔，下部法兰盘5中间有一矩形通孔。螺旋弹簧 9放在电磁限位销壳体7中部圆柱形空腔内，螺旋弹簧9外径小于止 动杆4顶部圆形部分外径。止动杆4自螺旋弹簧9中间穿过后从壳体 7上部放入壳体7内部，并从所述壳体7底部矩形孔穿出。螺旋弹簧 9被固定在壳体7内腔底部与止动杆4圆形顶部下表面之间，螺旋弹 簧9上端与限位销4的圆形挡板下表面接触，螺旋弹簧9的下端使用 金属胶与壳体7底部表面粘接在一起，使之无法分离，避免出现振动。 端盖8与止动杆4上部上表面之间设置有缓冲弹簧10，其上端使用 金属胶与端盖8下部圆形凹槽内表面相粘接。缓冲弹簧10为刚度较 大的弹簧，用来减少止动杆4复位时的冲击。端盖8与止动杆4上端 的自然状态时留有一定空间，其可以避免止动杆4回位时与电磁限位 销壳体端盖8发生撞击出现噪音。电磁线圈6被均匀的缠绕在壳体7 中部小圆柱体外侧，当流入电流时，电磁线圈将产生电磁吸力，吸引 止动杆4沿轴线做向下运动。电磁线圈6涂有绝缘胶，起到防水和绝 缘的作用。端盖8与壳体7的上端通过螺纹连接。
壳体7下部设置有法兰盘5，在法兰盘5上设置有4个安装孔， 用以通过螺钉与支撑肋板19固定连接。支撑肋板19焊接在汽车车门 的内侧车门板14和外侧车门板15之间，齿形限位杆3通过内侧车门 板开口16穿过与车身立柱铰接。
齿形限位杆3上的限位槽为矩形槽，止动杆4的矩形杆下端一侧 为垂直面，另一侧为弧面，当止动杆4插入到矩形槽内时，止动杆4 一侧的垂直面与矩形槽侧面相贴合，限制了车门17继续开启，而当 车门17关闭时，止动杆4的矩形杆下端另一侧的弧面与矩形槽侧面 相接处，止动杆4收到一个沿弧形面法线方向的力，该力的大小与关 闭车门的力成正比，当止动杆4收到的力的垂直方向的分力大于电磁 线圈6产生电磁力与螺旋弹簧9产生的弹性力之差时，止动杆4就会 向上移动，从而从矩形槽脱离，接触对车门17的限制，实现车门17 的正常关闭。
齿形限位杆3上设置的多个限位槽呈非等距设置，作为一种优选 的，限位槽的数量为5个。相邻的两个限位槽的间距通过设计计算确 定，使齿形限位杆每拉动一个限位槽的间距车门17最远端到汽车侧 面的变化距离相同。
作为一种优选的，所述开启角度检测21装置包括连接于车门17 和车体之间的角度传感器，用于测量车门17的开启角度。
作为另一种优选的，所述开启角度检测装置21包括设置于所述 限位执行机构2内的位置传感器，用于测量所述止动杆4相对于所述 齿形限位杆3的位置，通过位置信息来确定车门17已开启的角度。
本发明所述的车门电控限位装置还包括控制按钮11和指示灯， 其中指示灯包括4个限位提示灯12和警示灯13。如图8所示，控制 按钮11位于汽车中控台18左侧，当驾驶员需要人为关闭该车门电控 限位装置时，可以按动此按钮关闭系统，实现人为可控。当任一车门 被限位时，与警示灯13和该门对应的车门限位提示灯12通电点亮， 用来提示驾驶员被限位的车门位置以及限位个数。4个车门限位提示 灯12由嵌入在仪表中的发光二级管控制，而警示灯13是在仪表盘上 掏空有“车门限位、注意安全”字样的黑色塑料面板下放置发光二极 管实现；4个车门限位提示灯12和警示灯13全部由控制器控制其发 光。
如图9为汽车车门电控限位装置的控制器电气原理图，所述的控 制器为车门电控限位装置的核心部件，该控制器由车载12V电源供 电，并读取超声波雷达和系统关闭按钮的信号，根据控制器中单片机 内存中存储的控制程序控制4个车门的限位执行机构工作，并点亮对 应的车门限位提示灯。
控制器包括单片机，电源模块，4组相同的电磁线圈驱动放大电 路。4个超声波雷达的VOUT引脚分别与单片机P3.0、P3.1、P3.2和 P3.3连接，超声波雷达的Vcc和GND引脚与单片机的Vcc和GND 引脚连接。
4个车门上的限位执行机构2中的4个电磁线圈6分别和控制器 中的4组驱动放大电路输出口连接，驱动放大电路为现有常用的三极 管驱动放大电路，由光电耦合器、三极管放大电路和续流二极管组成。 光电耦合器可以选择型号为TIL117，三极管放大电路由三极管和两 个电阻组成，其中三极管VT可以选择型号为9013，另外续流二极管 VD可以选择IN4001。4组完全相同的电磁线圈驱动放大电路的光电 耦合器的输入端分别与单片机的Vcc，P1.7、P1.6、P1.5、P1.4引脚 相连。
4组电磁线圈驱动放大电路的续流二极管VD输出端共同和电源 模块的12V端以及4个电磁线圈的输入端相连。4组电磁线圈驱动放 大电路的三极管VT的集电极端共同和续流二极管VD的输入端、4 个电磁线圈的输出端相连。车门限位提示灯a的输入端与单片机的 P1.3引脚相连，车门限位提示灯b的输入端与单片机的P1.2引脚相 连，车门限位提示灯c的输入端与单片机的P3.5引脚相连，车门限 位提示灯d的输入端与单片机的P3.4引脚相连，它们的输出端合为 一点通过警示灯13与单片机GND引脚相连。最后将单片机的Vcc 端和GND端接在电源模块的5V端和GND端。车载12V电源正负 端分别和控制器的电源模块的正负输入端相连，予以供电，并且在 12v正极连线上加入总开关K。控制按钮11的一端与电源模块5V输 出端相连，另一端与单片机P3.7引脚相连。
控制器的控制原理如下：
汽车车门的齿形限位杆3上的限位槽位置对应汽车车门开启角 度由小到大分别为α₁、α₂、α₃、α₄，开启车门时，首先超声波雷达 测得车门到障碍物的最小距离h，之后单片机读取该距离值，读取已 知的车门最大长度f(前门为f_f，后门为f_r)，运用公式 β＝arcsin(h/f)，计算得出最大开度β，如果β≥α₅，表明该距离属于 安全距离，无需控制，程序退出。如果β＜α₅，则按照β处于α₁、α₂、 α₃、α₄、α₅的具体区间，单片机控制电磁线圈通电，吸引止动杆4 卡入齿形限位杆3对应的凹槽内，此时车门略小于允许的最大开启角 度，有效防止车门与外界障碍物发生碰撞。与此同时，仪表盘上的对 应该车门的限位提示灯和警示灯亮起，显示“车门限位、注意安全” 的提示语并，以提示驾驶员被限位的车门。
而乘员关门时，由于限位销的下端部靠近车身一侧为弧面，限位 齿形拉杆3压缩限位销克服电磁力缩回，所以不会产生关门阻碍，车 门可以顺利关闭。当计算的车门开启角度β＝0时，该车门电控限位装 置停止工作，电磁铁销由于回位弹簧作用复位，对应的限位提示灯熄 灭。
本发明所述的车门电控限位装置的控制器内存入事先编好的汽 车车门电控限位装置的控制程序，如图10所示，程序具体执行步骤 如下：
1、程序初始化，调入事先设计好的α₁、α₂、α₃、α₄、α₅、f_f、 f_r；并给变量h_i和β_i赋初值，i＝1,2,3,4；分别代表4个车门：
h_i＝0；β_i＝0。
2、当乘车人员开门时，读取4个超声波雷达测量的车侧间距h_i， 根据下述公式计算出β_i：
左前门：β₁＝arcsin(h₁/f_f)；
左后门：β₂＝arcsin(h₂/f_r)；
右前门：β₃＝arcsin(h₃/f_f)；
右后门：β₄＝arcsin(h₄/f_r)；
3、判断β_i信号是否大于等于α₅；
“是”则跳至第6步，程序结束；
“否”则表明车门如果开至最大化可能会与障碍物碰撞，此时需 要限位。
4、判断β_i所在范围进而确定限位角度。
5、当β_i＜α₁时，电磁线圈通电，限位销卡在限位齿形拉杆3左侧 第1个凹槽内，同时对应的车门限位提示灯和警示灯亮起；
当α₁≤β_i＜α₂时，电磁线圈通电，限位销卡在限位齿形拉杆3左 侧第2个凹槽内，同时对应的车门限位提示灯和警示灯亮起；
当α₂≤β_i＜α₃时，电磁线圈通电，限位销卡在限位齿形拉杆3左 侧第3个凹槽内，同时对应的车门限位提示灯和警示灯亮起；
当α₃≤β_i＜α₄时，电磁线圈通电，限位销卡在限位齿形拉杆3左 侧第4个凹槽内，同时对应的车门限位提示灯和警示灯亮起；
当α₄≤β_i＜α₅时，电磁线圈通电，限位销卡在限位齿形拉杆3左 侧第5个凹槽内，同时对应的车门限位提示灯和警示灯亮起；
当乘车人员关闭车门至β_i＝0时，电磁线圈断电，对应的车门限 位提示灯和警示灯熄灭。
6、限位动作结束。
本发明的另一种实施方式如图11所示，限位执行机构2包括齿 形限位杆3和止动杆4，齿形限位3上设置有连续的锯齿，止动杆4 下端具有一尖部，止动杆4可绕位于其上端的轴旋转，当止动杆4的 下端尖部与齿形限位杆3接触时，它们构成了一个棘条机构，限制了 齿形限位杆3向外的移动，从而限制了车门的向外开启，而齿形限位 杆3可自由的向内移动，实现了车门的正常关闭。限位执行机构2还 包括主要由电磁线圈6组成的电磁铁，以及弹性件9，所述弹性件9 优选为螺旋弹簧或者扭簧，所述电磁铁和弹性件9对止动杆4施加方 向相反的扭矩，使其绕旋转轴旋转，完成对齿形限位杆位置的限制或 者解除限制。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和 实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域， 对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背 离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的 细节和这里示出与描述的图例。