孟國龍，張榮華，韓慶福，張文斌

（中國重汽集團技術(shù)發(fā)展中心汽車電子設(shè)計部，山東 濟南 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，它利用連桿運動機構(gòu)將電機連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動化為刮片的往復(fù)刮刷運動，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既能及時清除風(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)還有一個關(guān)鍵功能要求——自動復(fù)位功能，即刮水器在停止工作時，其刷子系統(tǒng) （由刮臂和刮刷組成）自動停止在汽車風(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，電機經(jīng)由線束和組合開關(guān)形成 “剎車”回路，實現(xiàn)電機的回位。電機 “剎車”時產(chǎn)生的大電流極易在組合開關(guān)的觸點間產(chǎn)生拉弧，燒蝕觸點，故使組合開關(guān)的故障率居高不下。隨著電子技術(shù)、計算機技術(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與驅(qū)動信號相分離且刮水器采用摩擦消耗來停車的刮水控制系統(tǒng)及電機控制方法。

1 刮水器控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

1.1 系統(tǒng)的組成

刮水控制系統(tǒng)由組合開關(guān)、驅(qū)使刮水器運動的電機、車身控制器以及控制電機運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、運算和控制的作用；電機上的高速接線端、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后與電源相連接，電機的回位狀態(tài)信號與車身控制器相應(yīng)的輸入端口相連接。電機與刮水器連桿機構(gòu)相連，操作組合開關(guān)上的刮水開關(guān)，通過車身控制器運算后控制電機動作，從而完成刮水動作。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 刮水電機的控制方法

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

電機上還設(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)輸出端有信號時，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。當(dāng)車身控制器檢測到組合開關(guān)上的噴淋開關(guān)信號有效時，驅(qū)動噴淋電機動作，從而實現(xiàn)噴水。

刮水電機的控制方法，包括以下步驟。

1）檢測組合開關(guān)上刮水開關(guān)的狀態(tài)，通過車身控制器檢測刮水開關(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進行連續(xù)2次刮水，然后停止電機運行t1=10s時間段；執(zhí)行步驟3。

該步驟中，時間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)檢測到刮刷回位狀態(tài)信號 （即電機的31b接線端與31接線端相連通）后，再驅(qū)使電機運行t2=2T-0.875U時間段，以便實現(xiàn)刮刷的連續(xù)2次刮水和自動回位。

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進行刮水動作，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進行刮水動作，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)使電機工作；當(dāng)檢測到刮刷回位狀態(tài)信號后，再通過刮水低速繼電器驅(qū)使電機工作與當(dāng)前電壓相關(guān)的時間段T后，停止電機的工作，以完成汽車刮刷的回位。當(dāng)車身控制器檢測到組合開關(guān)上刮水開關(guān)回到零檔或在間歇檔電機要停車時，車身控制器在之后的第一次檢測到回位狀態(tài)信號 （即電機的31b接線端與31接線端相連通）后，會驅(qū)動刮水低速繼電器再運行一段時間，然后停止，電機剩余的勢能通過刮刷摩擦玻璃消耗掉，完成回位，不會產(chǎn)生瞬時大電流，杜絕了組合開關(guān)觸點燒蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

此刮水電機控制方法，步驟8中，設(shè)刮刷在低速檔下運動的周期為T，當(dāng)前電機的工作電壓為U；則步驟8中t2通過以下計算公式來獲得：t2= 2T-0.875U；以便刮刷自動回位。對于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

刮水控制系統(tǒng)電機控制PLC軟件設(shè)計流程如圖2所示。

3 總結(jié)

本文提供的刮水控制系統(tǒng)及其電機控制方法，車身控制器首先檢測組合開關(guān)上刮水開關(guān)的狀態(tài)，再根據(jù)檢測的結(jié)果，利用刮水低速繼電器或高速繼電器控制電機產(chǎn)生刮水動作，有效地實現(xiàn)了控制信號與驅(qū)動電機運行的線路的隔離，杜絕了組合開關(guān)觸點燒蝕情況的產(chǎn)生。電機的回位方式為摩擦玻璃消耗來停車，由此在整個刮刷的運行及回位的過程中，不會產(chǎn)生瞬時大電流，進一步杜絕了組合開關(guān)觸點燒蝕現(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)及其電機控制方法，兼顧了實用性與低故障率的需要，無論從設(shè)計理念還是現(xiàn)場應(yīng)用，都是屬于全新的開發(fā)，兼顧了實用性與智能化的需求，具有相當(dāng)廣闊的市場前景。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［J］.湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2007（3）：74-78.