陸 葉，羅 峰

（同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院，上海 201804）

1 刮水洗滌控制系統(tǒng)簡介

汽車刮水的主要功能為刮除擋風(fēng)玻璃上的水漬和污垢，以提供駕駛者清晰的視野。刮水系統(tǒng)是車身控制必須具備的功能，隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，安裝在汽車上的BCM控制器功能越來越強(qiáng)大，因此，為降低整車成本一般會(huì)將刮水洗滌控制功能放在BCM中實(shí)現(xiàn)［1］。

為方便駕駛員控制刮水器，減少行駛過程中根據(jù)雨量變化手動(dòng)操作刮水器的次數(shù)，這就要求BCM集成的刮水控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的控制邏輯功能，可以結(jié)合車輛運(yùn)行的狀態(tài)自動(dòng)切換不同的刮水速度檔位 （比如結(jié)合車速、或者雨量傳感器信號(hào)等）。

傳統(tǒng)刮水洗滌控制系統(tǒng)如圖1所示，由開關(guān)和刮水執(zhí)行器組成。

這種控制方式功能只有簡單的低速、高速功能，刮水自動(dòng)回位通過刮水電機(jī)內(nèi)部的復(fù)位器通過硬件實(shí)現(xiàn)。這種傳統(tǒng)的刮水控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)是功能單一，需要駕駛員根據(jù)實(shí)際雨量狀態(tài)等手動(dòng)切換刮水狀態(tài)，舒適性不強(qiáng)。

為低成本解決這個(gè)問題，可以將刮水控制功能集成到車身控制模塊BCM中，由BCM實(shí)現(xiàn)刮水的高速、低速等功能的控制。BCM可以根據(jù)整車采集的信號(hào)實(shí)現(xiàn)對刮水及洗滌系統(tǒng)進(jìn)行智能控制，提供不同的功能邏輯，以達(dá)到提高刮水洗滌系統(tǒng)舒適性的效果。

2 刮水洗滌控制系統(tǒng)的分析

2.1 系統(tǒng)組成

整個(gè)刮水控制系統(tǒng)由3部分組成：刮水開關(guān)、BCM控制器和刮水執(zhí)行器。如圖2所示。

刮水開關(guān)檔位定義見表1。除了刮水控制開關(guān)外還有一個(gè)AD（模擬量）開關(guān)類型用作間歇檔刮水調(diào)速功能，通過不同電阻阻值分為4～6個(gè)檔位，用作客戶間歇延時(shí)長短的控制。

BCM作為刮水邏輯控制器，通過采集到的開關(guān)狀態(tài)使刮水器工作在不同模式。

執(zhí)行器主要就是刮水電機(jī)，通過BCM給過來的控制信號(hào)會(huì)執(zhí)行在不同的速度模式下，或者停止運(yùn)行。刮水電機(jī)會(huì)將回位Park（停止位）信號(hào)回饋給BCM，這樣BCM可以通過Park回饋信號(hào)判斷刮水器的當(dāng)前狀態(tài)。

表1 刮水開關(guān)檔位定義

2.2 控制功能分析

由于BCM可以獲取車輛很多運(yùn)行狀態(tài)，這樣可以結(jié)合車輛不同的信息用于輔助刮水器的控制，豐富控制邏輯，提高刮水功能的舒適性。

1）慢速刮水模式

開關(guān)模式在慢速模式下，BCM輸出前刮水使能信號(hào)，使前刮水電機(jī)運(yùn)行于慢速模式下。在前刮水電機(jī)運(yùn)行在慢速模式的情況下切換刮水開關(guān)到OFF模式后，BCM會(huì)繼續(xù)輸出使能信號(hào)，直到收到刮水電機(jī)給出的有效Park事件信號(hào)后停止輸出，使得刮片停止在停止位上，保證刮片不會(huì)停在前擋風(fēng)玻璃中間影響駕駛員視線。

2）快速刮水模式

開關(guān)模式在快速模式下，BCM同時(shí)輸出前刮水使能和快速信號(hào)，使前刮水器工作在快速模式下。在前刮水電機(jī)運(yùn)行在快速模式的情況下切換刮水開關(guān)到OFF模式后，BCM會(huì)繼續(xù)只出使能信號(hào)使刮水電機(jī)以慢速繼續(xù)運(yùn)行，直到刮水電機(jī)給出有效Park事件信號(hào)后停止輸出，使得刮片停止在停止位上，保證刮片不會(huì)停在前擋風(fēng)玻璃中間影響駕駛員視線。

3）間歇刮水模式

在雨量小到不需要慢速刮水的情況下就需要使用間歇刮水模式。間歇刮水模式可以通過調(diào)節(jié)兩次刮片刮動(dòng)的間隔時(shí)間來達(dá)到最合適的刮動(dòng)頻次。間歇刮水的原理是通過慢速刮水模式使刮片轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)動(dòng)到停止位后BCM使刮片停止工作，同時(shí)內(nèi)部啟動(dòng)延時(shí)定時(shí)器，等到延時(shí)完成后BCM再使刮片工作在慢速模式，到下一個(gè)停止位重新延時(shí)。

可以根據(jù)刮水延時(shí)調(diào)試開關(guān)來選擇不同的延時(shí)長度，這樣可以方便駕駛員根據(jù)實(shí)際情況選擇最舒適的延時(shí)模式，達(dá)到減少駕駛員切換刮水開關(guān)的頻次。

前擋風(fēng)玻璃上的雨量會(huì)隨著車速增加而增加，因此駕駛員在行駛過程中會(huì)由于這個(gè)變化不得不手動(dòng)切換前刮水器的工作模式。為了提高駕駛員在這種場景下的控制舒適性，在延時(shí)控制時(shí)會(huì)考慮到車速對雨量變化的影響，并通過自動(dòng)調(diào)節(jié)延時(shí)時(shí)間使駕駛員使用起來更加方便。這樣通過延時(shí)開關(guān)可以給駕駛員提供不同的動(dòng)態(tài)延時(shí)靈敏度的選擇，延時(shí)控制的參數(shù)見表2。

表2 檔位延時(shí)對照表

表2的數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在BCM的EEPROM（電可擦除只讀存儲(chǔ)器）區(qū)域，通過診斷可以進(jìn)行修改。表2中的數(shù)據(jù)是根據(jù)具體車型上標(biāo)定得來，在開發(fā)階段可以通過實(shí)際的標(biāo)定進(jìn)行設(shè)定［2］。

4）自動(dòng)刮水模式

為滿足更加智能化的刮水控制功能，可以在車上選裝雨量傳感器模塊，通過LIN總線將雨量信息傳遞給BCM，這樣BCM就可以實(shí)現(xiàn)智能刮水的控制功能，而為此增加的成本也不大，能很好地豐富車輛的配置。

開關(guān)模式在間歇模式下BCM會(huì)工作在自動(dòng)刮水模式下 （通常考慮到高低配車型使用相同的刮水開關(guān)模塊，因此會(huì)復(fù)用間歇模式用于高配的自動(dòng)模式）。雨量傳感器通過對前擋風(fēng)玻璃的雨量大小計(jì)算出刮水應(yīng)該工作的模式，并通過LIN的請求信號(hào)發(fā)送給BCM。

BCM在收到正確的雨量傳感器請求信號(hào)的情況下，會(huì)根據(jù)雨量傳感器的指令切換不同的刮水工作模式，這樣完全可以使駕駛員不用再通過手動(dòng)來調(diào)節(jié)?？紤]到不同駕駛員對于雨量大小感知不同，因此雨量傳感器有不同等級的雨量靈敏度可供客戶選擇最舒適的靈敏度。這時(shí)BCM會(huì)將延伸檔位復(fù)用作靈敏度調(diào)節(jié)功能發(fā)送給雨量傳感器，客戶就可以直接選擇自己喜歡的靈敏度檔位。

如果雨量傳感器損壞或者LIN通信出現(xiàn)異常，BCM會(huì)檢測到相關(guān)故障并退出自動(dòng)刮水模式，進(jìn)入普通間歇刮水模式繼續(xù)工作，保證刮水器不會(huì)由于這個(gè)原因停止工作。

5）智能噴水刮水功能

駕駛員經(jīng)常使用前噴水來清洗前擋風(fēng)玻璃上的灰塵，BCM會(huì)在檢測到前噴水開關(guān)后延時(shí)1.5s后自動(dòng)開啟前刮水慢速模式，使前刮片刮動(dòng)3次，將噴灑在玻璃上的清洗液刮去?？紤]到刮完3次后還會(huì)有少量的水滴流下來影響駕駛員視線，BCM會(huì)在3次結(jié)束后等待2s再刮動(dòng)一次。

6）Park信號(hào)處理

刮片停止位回饋Park信號(hào)對于BCM控制刮水功能很重要，因此BCM對于Park信號(hào)需要實(shí)時(shí)采集，并且能夠快速辨識(shí)出有效Park信號(hào)，一般要求Park信號(hào)濾波時(shí)間不超過30ms。如果BCM超過20s都沒有采集到有效Park信號(hào)，認(rèn)為Park信號(hào)丟失，在刮水開關(guān)斷開模式下需要斷開刮水輸出。

3 刮水控制功能的測試與驗(yàn)證

刮水控制功能的驗(yàn)證主要分為臺(tái)架測試和實(shí)車測試。

3.1 臺(tái)架測試

在模擬臺(tái)上面提供了模擬環(huán)境，如刮水執(zhí)行機(jī)構(gòu)、可調(diào)電源、網(wǎng)絡(luò)模擬節(jié)點(diǎn)和整車電氣系統(tǒng)。主要完成以下測試項(xiàng)目。

1）電氣接口測試

測試刮水開關(guān)、刮水執(zhí)行機(jī)構(gòu)與BCM之間的電氣接口信號(hào)，它們的電平、頻率是否符合設(shè)計(jì)要求，并且分別測試9V、13.5V和16V電源狀態(tài)下的數(shù)據(jù)。

2）功能邏輯測試

根據(jù)功能邏輯要求，通過臺(tái)架模擬不同輸入狀態(tài)，同時(shí)監(jiān)控BCM輸出是否符合功能邏輯要求。在開始測試前先要根據(jù)功能邏輯要求整理出測試CASE，如表3所示。

表3 測試CASE示例

在軟件開發(fā)鎖定狀態(tài)后，測試工程師根據(jù)測試CASE表完成每項(xiàng)功能測試，最終給出測試結(jié)果。

3.2 實(shí)車測試

在樣車上將開發(fā)好的BCM裝上就可進(jìn)行實(shí)際跑車測試，模擬駕駛員實(shí)際使用情況測試刮水器的各個(gè)工作模式，均能正常實(shí)現(xiàn)。

4 總結(jié)

本文介紹的BCM集成刮水控制系統(tǒng)是一個(gè)低成本成熟的控制系統(tǒng)，已經(jīng)在多款國內(nèi)自主品牌車型上成功使用，如上海汽車榮威350、MG3、北汽E系列等自主品牌車型。

［1］ 高光飛.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004：300－400.

［2］ 邱阿瑞.電機(jī)與電力拖動(dòng)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2002：125－128.

［3］ 張洪潤，張亞凡.單片機(jī)原理及運(yùn)用［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2004：5－100.