一種重型汽車刮水控制系統(tǒng)及電機(jī)控制方法

孟國龍，張榮華，韓慶福，張文斌

（中國重汽集團(tuán)技術(shù)發(fā)展中心汽車電子設(shè)計(jì)部，山東 濟(jì)南 250002）

為了保證汽車在雪雨天有良好的視野，各種車輛均配有刮水器，它利用連桿運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)將電機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)化為刮片的往復(fù)刮刷運(yùn)動(dòng)，清除車窗上的水滴或污垢，保持清晰的視野。一些汽車制造企業(yè)將刮水器列為汽車的安全部件，并將刮水器的一些功能特性 （如刮刷頻率）列為安全特性，其目的是要求刮水器在工作時(shí)既能及時(shí)清除風(fēng)窗玻璃上的雜物，又不影響駕駛員的視線。此外，汽車刮水器在停止?fàn)顟B(tài)還有一個(gè)關(guān)鍵功能要求——自動(dòng)復(fù)位功能，即刮水器在停止工作時(shí)，其刷子系統(tǒng) （由刮臂和刮刷組成）自動(dòng)停止在汽車風(fēng)窗玻璃規(guī)定的區(qū)域，其目的也是為了不阻擋駕駛員的視線。

目前，國內(nèi)重型汽車刮水系統(tǒng)中的電機(jī)大都由組合開關(guān)上的刮水開關(guān)直接控制，此種控制方式下，組合開關(guān)斷開時(shí)，電機(jī)經(jīng)由線束和組合開關(guān)形成 “剎車”回路，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的回位。電機(jī) “剎車”時(shí)產(chǎn)生的大電流極易在組合開關(guān)的觸點(diǎn)間產(chǎn)生拉弧，燒蝕觸點(diǎn)，故使組合開關(guān)的故障率居高不下。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)在汽車行業(yè)中的應(yīng)用，汽車電子控制技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，汽車電子化程度被看作是衡量現(xiàn)代汽車水平的重要標(biāo)志，是用來開發(fā)新車型、改進(jìn)汽車性能最重要的技術(shù)措施。為了降低組合開關(guān)的高故障率，本文介紹一種控制信號(hào)與驅(qū)動(dòng)信號(hào)相分離且刮水器采用摩擦消耗來停車的刮水控制系統(tǒng)及電機(jī)控制方法。

1 刮水器控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)的組成

刮水控制系統(tǒng)由組合開關(guān)、驅(qū)使刮水器運(yùn)動(dòng)的電機(jī)、車身控制器以及控制電機(jī)運(yùn)行的刮水低速繼電器和刮水高速繼電器等組成，其涉及部件詳細(xì)清單見表1。組合開關(guān)上的刮水開關(guān)設(shè)置有零檔、間歇檔、低速檔、高速檔接線端及噴淋開關(guān)，電機(jī)上設(shè)置有高速接線端和低速接線端；刮水開關(guān)的間歇檔、低速檔、高速檔和噴淋開關(guān)接線端均與車身控制器的不同輸入端口相連接，刮水低速繼電器、刮水高速繼電器的控制端和噴淋電機(jī)分別與車身控制器的不同輸出端相連接；車身控制器具有采集信號(hào)、運(yùn)算和控制的作用；電機(jī)上的高速接線端、低速接線端分別經(jīng)刮水低速繼電器、刮水高速繼電器的常開接點(diǎn)后與電源相連接，電機(jī)的回位狀態(tài)信號(hào)與車身控制器相應(yīng)的輸入端口相連接。電機(jī)與刮水器連桿機(jī)構(gòu)相連，操作組合開關(guān)上的刮水開關(guān)，通過車身控制器運(yùn)算后控制電機(jī)動(dòng)作，從而完成刮水動(dòng)作。刮水控制系統(tǒng)電氣原理如圖1所示。

表1 刮水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清單

1.2 刮水電機(jī)的控制方法

本刮水控制系統(tǒng)中，電機(jī)通過連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)使汽車上的刮刷進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)刮水動(dòng)作。車身控制器通過刮水低速繼電器、刮水高速繼電器分別驅(qū)使電機(jī)低速和高速轉(zhuǎn)動(dòng)，以分別實(shí)現(xiàn)低速、高速刮水動(dòng)作。車身控制器為具有采集、運(yùn)算和輸出控制作用的微處理器，其可采用PLC微控制器程序來實(shí)現(xiàn)。車身控制器通過檢測(cè)輸入端口的狀態(tài)，可有效檢測(cè)出組合開關(guān)上的刮水開關(guān)是處于零檔、間歇檔、低速檔、高速檔。當(dāng)車身控制器檢測(cè)到組合開關(guān)上的刮水開關(guān)處于間歇檔或低速檔時(shí)，會(huì)通過刮水低速繼電器控制電機(jī)進(jìn)行間歇或低速刮水動(dòng)作；當(dāng)檢測(cè)到組合開關(guān)上的刮水開關(guān)處于高速檔時(shí)，會(huì)通過刮水高速繼電器控制電機(jī)進(jìn)行高速刮水動(dòng)作。

電機(jī)上還設(shè)置有刮刷回位狀態(tài)輸出端，該回位狀態(tài)輸出端與車身控制器的輸入端口相連接。當(dāng)回位狀態(tài)輸出端有信號(hào)時(shí)，代表刮刷已經(jīng)處于回位狀態(tài)范圍內(nèi)。組合開關(guān)上還設(shè)置有與車身控制器相連接的噴淋器接線端，車身控制器的輸出端連接噴淋電機(jī)。當(dāng)車身控制器檢測(cè)到組合開關(guān)上的噴淋開關(guān)信號(hào)有效時(shí)，驅(qū)動(dòng)噴淋電機(jī)動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)噴水。

刮水電機(jī)的控制方法，包括以下步驟。

1）檢測(cè)組合開關(guān)上刮水開關(guān)的狀態(tài)，通過車身控制器檢測(cè)刮水開關(guān)間歇檔、低速檔和高速檔接線端的狀態(tài)。

2）如果車身控制器檢測(cè)到組合開關(guān)上刮水開關(guān)位于間歇檔J處于閉合狀態(tài)，則車身控制器通過刮水低速繼電器控制電機(jī)進(jìn)行連續(xù)2次刮水，然后停止電機(jī)運(yùn)行t1=10s時(shí)間段；執(zhí)行步驟3。

該步驟中，時(shí)間t1可以為10 s；該步驟的連續(xù)2次刮水過程中，第一次刮水結(jié)束后，當(dāng)檢測(cè)到刮刷回位狀態(tài)信號(hào) （即電機(jī)的31b接線端與31接線端相連通）后，再驅(qū)使電機(jī)運(yùn)行t2=2T-0.875U時(shí)間段，以便實(shí)現(xiàn)刮刷的連續(xù)2次刮水和自動(dòng)回位。

3）判斷組合開關(guān)上刮水開關(guān)是否回到零檔，如果沒有回到零檔，則重新執(zhí)行步驟2；如果回到零檔，則執(zhí)行步驟8。

4）步驟1中，如果車身控制器檢測(cè)到組合開關(guān)上刮水開關(guān)的低速檔53處于閉合狀態(tài)，則車身控制器通過刮水低速繼電器控制電機(jī)進(jìn)行刮水動(dòng)作，執(zhí)行步驟5。

5）判斷組合開關(guān)上刮水開關(guān)是否回到零檔。如果沒有回到零檔，則重新執(zhí)行步驟4；如果回到零檔，則執(zhí)行步驟8。

6）步驟1中，如果車身控制器檢測(cè)到組合開關(guān)上刮水開關(guān)的高速檔53b處于閉合狀態(tài)，則車身控制器通過刮水高速繼電器控制電機(jī)進(jìn)行刮水動(dòng)作，執(zhí)行步驟7。

7）判斷組合開關(guān)上刮水開關(guān)是否回到零檔。如果沒有回到零檔，則重新執(zhí)行步驟6；如果回到零檔，則執(zhí)行步驟8。

8）通過刮水低速繼電器繼續(xù)驅(qū)使電機(jī)工作；當(dāng)檢測(cè)到刮刷回位狀態(tài)信號(hào)后，再通過刮水低速繼電器驅(qū)使電機(jī)工作與當(dāng)前電壓相關(guān)的時(shí)間段T后，停止電機(jī)的工作，以完成汽車刮刷的回位。當(dāng)車身控制器檢測(cè)到組合開關(guān)上刮水開關(guān)回到零檔或在間歇檔電機(jī)要停車時(shí)，車身控制器在之后的第一次檢測(cè)到回位狀態(tài)信號(hào) （即電機(jī)的31b接線端與31接線端相連通）后，會(huì)驅(qū)動(dòng)刮水低速繼電器再運(yùn)行一段時(shí)間，然后停止，電機(jī)剩余的勢(shì)能通過刮刷摩擦玻璃消耗掉，完成回位，不會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)大電流，杜絕了組合開關(guān)觸點(diǎn)燒蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

此刮水電機(jī)控制方法，步驟8中，設(shè)刮刷在低速檔下運(yùn)動(dòng)的周期為T，當(dāng)前電機(jī)的工作電壓為U；則步驟8中t2通過以下計(jì)算公式來獲得：t2= 2T-0.875U；以便刮刷自動(dòng)回位。對(duì)于T=1.775 s，工作電壓U介于24～28 V的汽車來說，t2=3.55-0.875U。

2 刮水控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

刮水控制系統(tǒng)電機(jī)控制PLC軟件設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

3 總結(jié)

本文提供的刮水控制系統(tǒng)及其電機(jī)控制方法，車身控制器首先檢測(cè)組合開關(guān)上刮水開關(guān)的狀態(tài)，再根據(jù)檢測(cè)的結(jié)果，利用刮水低速繼電器或高速繼電器控制電機(jī)產(chǎn)生刮水動(dòng)作，有效地實(shí)現(xiàn)了控制信號(hào)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行的線路的隔離，杜絕了組合開關(guān)觸點(diǎn)燒蝕情況的產(chǎn)生。電機(jī)的回位方式為摩擦玻璃消耗來停車，由此在整個(gè)刮刷的運(yùn)行及回位的過程中，不會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)大電流，進(jìn)一步杜絕了組合開關(guān)觸點(diǎn)燒蝕現(xiàn)象的發(fā)生，大大降低了組合開關(guān)的故障。此刮水控制系統(tǒng)及其電機(jī)控制方法，兼顧了實(shí)用性與低故障率的需要，無論從設(shè)計(jì)理念還是現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，都是屬于全新的開發(fā)，兼顧了實(shí)用性與智能化的需求，具有相當(dāng)廣闊的市場(chǎng)前景。本系統(tǒng)已于2004年10月上市的HOWO和2008年12月上市的A7車型上正式裝車，且市場(chǎng)反應(yīng)很好。

［1］趙巖.基于模糊控制的汽車智能雨刮系統(tǒng)的研究［D］.北京：哈爾濱理工大學(xué)，2007.

［2］鄒慶超.多速雨刮器的控制電路［J］.北京汽車，1994（4）：42-43.

［3］岑木峰.汽車雨刮器的改進(jìn)［J］.湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007（3）：74-78.