某電動車在KEY-ON狀態(tài)下后雨刮間歇擋卡滯問題分析與優(yōu)化

周 霖，成 瀚，黎先標(biāo)

（上汽通用汽車有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430000）

對于兩廂車而言，由于其特殊的空氣動力學(xué)特征，為保證駕駛員安全性，后雨刮系統(tǒng)顯得尤為重要。本文通過對某車型在項(xiàng)目階段發(fā)現(xiàn)的，在點(diǎn)火開關(guān)位于KEY-ON狀態(tài)下（KEY-ON：整車低壓電器可以工作，車輛未上高壓），后雨刮存在間歇性卡滯的現(xiàn)象進(jìn)行分析，從后雨刮停位原理、雨刮電路、信號控制3個方面，探討車輛在不同供電電壓下，后雨刮間歇性卡滯的原因和設(shè)計優(yōu)化方案［1］。

1 故障現(xiàn)象

某兩廂車接到客戶反饋，當(dāng)車輛點(diǎn)火開關(guān)處于KEY-ON擋狀態(tài)下，車輛后雨刮在間歇擋時存在周期性卡滯現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為：在特定時候，間歇性存在第1個工作循環(huán)雨刮停位在30°角度，第2個工作循環(huán)恢復(fù)正常，第3個工作循環(huán)缺陷復(fù)現(xiàn)。抬起后雨刮臂，隔離刮片與玻璃摩擦?xí)r，卡滯現(xiàn)象可以消除，重新接觸后風(fēng)窗玻璃，故障復(fù)現(xiàn)。如圖1所示。

圖1 故障現(xiàn)象

2 故障分析

2.1 故障總結(jié)

由于缺陷是間歇性發(fā)生，所以我們針對故障進(jìn)行復(fù)現(xiàn)，在不同的PWM（點(diǎn)火開關(guān)狀態(tài)）下對故障發(fā)生的條件進(jìn)行了歸納總結(jié)并尋找到了如下規(guī)律。如圖2所示。

圖2 不同擋位狀態(tài)下雨刮停位復(fù)現(xiàn)分析

從圖2中可以發(fā)現(xiàn)，后雨刮規(guī)律性卡滯的發(fā)生與點(diǎn)火開關(guān)模式以及后雨刮開關(guān)擋位存在強(qiáng)相關(guān)。在點(diǎn)火開關(guān)模式為KEY-ON擋位（全車電路接通，車輛未上高壓）時，雨刮在刮動幾個循環(huán)后，100%規(guī)律性出現(xiàn)停位故障；當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)模式恢復(fù)為Ready擋（車輛完全啟動，車輛上高壓）時，停位故障消失。當(dāng)再次切換到ON擋時，正常工作幾個循環(huán)后，缺陷復(fù)現(xiàn)。當(dāng)后雨刮開關(guān)擋處于連續(xù)擋位時，故障不復(fù)現(xiàn)。

2.2 后雨刮復(fù)位原理

由于雨刮設(shè)計的特點(diǎn)及應(yīng)用，駕駛員在接通后雨刮開關(guān)時，雨刮開始工作；當(dāng)駕駛員斷開雨刮開關(guān)時，如果雨刮不是停止在初始位置時，此時雨刮電機(jī)并不能馬上斷電，而是要繼續(xù)通電工作，直到雨刮運(yùn)動到初始位置后，雨刮電機(jī)斷電停止工作［2］。圖3是后雨刮復(fù)位電路原理示意圖，當(dāng)觸點(diǎn)1與2接通時，雖然雨刮開關(guān)位于關(guān)閉狀態(tài)下，此時雨刮電機(jī)依舊存在正常供電。當(dāng)觸點(diǎn)2與3接通時，雨刮開關(guān)位于關(guān)閉狀態(tài)下，后雨刮電機(jī)停止供電。

圖3 后雨刮復(fù)位電路示意圖

后雨刮在正常關(guān)閉時，當(dāng)后雨刮未處于初始位置時，1與2開關(guān)閉合，雨刮電機(jī)繼續(xù)供電，直到后雨刮電機(jī)位于初始位置，2與3開關(guān)閉合，后雨刮電機(jī)停止供電，雨刮停止工作。后雨刮復(fù)位電路123的觸點(diǎn)控制是通過雨刮電機(jī)內(nèi)部復(fù)位盤來實(shí)現(xiàn)的，如圖4所示。

圖4 后雨刮復(fù)位盤示意圖

從復(fù)位盤結(jié)構(gòu)可以得出，當(dāng)雨刮電機(jī)復(fù)位盤的白齒輪在雨刮停位區(qū)域內(nèi)時，停位角設(shè)定為α，觸點(diǎn)2與3始終處于導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)白齒輪在停位角α以外的任意一個角度時，觸點(diǎn)1與2始終是導(dǎo)通的。也就是說，從復(fù)位盤的結(jié)構(gòu)確認(rèn)，在白齒輪轉(zhuǎn)動一圈的360°范圍內(nèi)，在停位角α以內(nèi)的唯一范圍上，觸點(diǎn)2與3處于導(dǎo)通，如圖4a所示，此時雨刮電機(jī)沒有供電，停止工作。而停位角α以外的任意位置上，觸點(diǎn)1與2處于導(dǎo)通狀態(tài)下，如圖4b所示，此時雖然后雨刮開關(guān)位于OFF擋，后雨刮電機(jī)仍然有電壓輸入，后雨刮電機(jī)繼續(xù)工作，直到復(fù)位盤轉(zhuǎn)動到圖4a位置。基于以上原理，我們將圖4a復(fù)位盤的唯一位置定義為后雨刮的初始位置，圖4b的任意位置定義為后雨刮中間狀態(tài)。當(dāng)駕駛員正常關(guān)閉后雨刮開關(guān)時，由于此時雨刮電機(jī)白齒輪在停位區(qū)角α以外，此時1與2仍然處于導(dǎo)通狀態(tài)，雨刮繼續(xù)工作，直到后雨刮回到初始位置，復(fù)位盤角度恢復(fù)如圖4a所示。在復(fù)位盤的作用下，后雨刮電機(jī)始終能夠保證在初始位置進(jìn)行停位，確保駕駛員視線不會被遮擋。

2.3 后雨刮電路控制原理

圖5是后雨刮電路控制原理圖。從控制電路圖中我們得知后雨刮開關(guān)存在2個擋位，間歇擋與連續(xù)擋。當(dāng)雨刮開關(guān)撥動到對應(yīng)的擋位時，開關(guān)信號通過LIN線傳遞到車身控制模塊，此時車身控制模塊依據(jù)信號閉合對應(yīng)的繼電器開關(guān)，后雨刮電機(jī)接通來自前艙熔斷絲盒的常電，電機(jī)開始轉(zhuǎn)動工作。

圖5 后雨刮控制電路原理圖

2.4 BCM控制邏輯及后雨刮電機(jī)停位原理

依據(jù)BCM（車身控制模塊）雨刮電壓信號控制定義，在設(shè)計狀態(tài)下，如圖6所示，該車型后雨刮在間歇擋時，車身BCM控制模塊設(shè)置給雨刮電機(jī)供電信號不是持續(xù)的，而是實(shí)際周期性地提供持續(xù)Tδ=200ms時間初始電壓Uδ（Uδ取決于車輛低壓供電回路電壓）?；诤笥旯坞姍C(jī)內(nèi)部停位邏輯，間歇擋狀態(tài)下，后雨刮電機(jī)如果需要完成一個工作循環(huán)，初始200ms的工作電壓必須使電機(jī)金屬觸點(diǎn)沖出雨刮停位角度，從而保證后雨刮回到初始位置，否則當(dāng)BCM停止供電后，由于觸點(diǎn)依舊停留在雨刮電機(jī)停位區(qū)域內(nèi)，會導(dǎo)致雨刮在第1個工作循環(huán)內(nèi)出現(xiàn)斷電停位。

圖6 BCM電壓信號控制邏輯圖

2.5 后雨刮電機(jī)沖出停位區(qū)域的理論計算與信號實(shí)測

依據(jù)該車型后雨刮電機(jī)目前圖紙上電機(jī)轉(zhuǎn)速的定義：當(dāng)電機(jī)在Uw=13.5V的初始電壓及0.5Nm的負(fù)載下工作時，電機(jī)的轉(zhuǎn)速為26～34r/min，依據(jù)電機(jī)停位片的設(shè)計，白齒輪停位區(qū)域角度α為42°，雨刮刮片轉(zhuǎn)動一個來回，白齒輪轉(zhuǎn)動360°，按照最低轉(zhuǎn)速計算：

式中：Tα——白齒輪轉(zhuǎn)動停位角需要的時間；Tt——最低轉(zhuǎn)速下電機(jī)轉(zhuǎn)動1圈的單位時間；α=42°——白齒輪停位角度。

從上文理論計算得知，當(dāng)在13.5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓下，當(dāng)雨刮遇到較大的阻力矩時，按照最低轉(zhuǎn)速下，BCM最短的供電時間應(yīng)該達(dá)到269ms，才能保證在低轉(zhuǎn)速高扭矩情況下，雨刮電機(jī)白齒輪沖出停位區(qū)域α。

我們選取缺陷狀態(tài)和OK狀態(tài)下的車輛，使用示波器分別測量BCM的供應(yīng)電壓，如圖7、圖8所示。在故障發(fā)生時，車輛點(diǎn)火開關(guān)位于KEY-ON狀態(tài)下，BCM實(shí)測電壓為12.5V，將點(diǎn)火開關(guān)置于Ready擋位時，BCM實(shí)測電壓為15V。

圖7 缺陷狀態(tài)下BCM信號電壓12.5V

圖8 OK狀態(tài)下BCM信號電壓15V

當(dāng)車輛點(diǎn)火開關(guān)在KEY-ON狀態(tài)下，BCM供給電壓為12.5V，低于電機(jī)轉(zhuǎn)速定義電壓13.5V。

當(dāng)UON=12.5V＜UW=13.5V＜UReady=15V時，則：Tδ=200ms＜Tα=269ms＜Tn。

式中：Tδ——BCM邏輯供電時間；Tα——理論計算時間；Tn——KEY-ON狀態(tài)下實(shí)際需求時間；UON——點(diǎn)火開關(guān)在ON擋時BCM實(shí)測供電電壓；UReady——點(diǎn)火開關(guān)在Ready擋時BCM實(shí)測供電電壓。

3 結(jié)論

BCM標(biāo)定給電時間過短，設(shè)計上未考慮到車載后雨刮電機(jī)在點(diǎn)火開關(guān)處于KEY-ON擋狀態(tài)下低電壓/高負(fù)載的特殊情況，標(biāo)定的200ms給電時間無法Cover雨刮電機(jī)簧片到達(dá)停位位置要求，造成后雨刮電機(jī)在間歇擋時出現(xiàn)卡滯的缺陷。

4 故障解決

基于以上分析，對該車型BCM標(biāo)定進(jìn)行更改，將BCM理論供電時間從200ms增加到400ms，同時小于一個工作循環(huán)的最快時間1760ms。后續(xù)車型在長期斷點(diǎn)到達(dá)之后驗(yàn)證，沒有發(fā)生對應(yīng)工況的后雨刮卡滯缺陷。關(guān)于BCM對于后雨刮電機(jī)的控制標(biāo)定上，要充分考慮到低轉(zhuǎn)速高負(fù)荷情況，制定合理的BCM供電時間，確保雨刮停位要求。