葉圣偉，胡燕嬌

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

汽車(chē)雨刮系統(tǒng)的研究與分析

葉圣偉，胡燕嬌

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

雨刮系統(tǒng)是汽車(chē)車(chē)身安全必不可少的裝置，使駕駛員有一個(gè)清晰的視野以保證行車(chē)安全，降低雨雪天氣下交通事故的發(fā)生，正朝著智能化和人性化的方向不斷發(fā)展，本文主要針對(duì)我公司現(xiàn)有兩代車(chē)型的雨刮控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、控制原理進(jìn)行了研究與分析。

汽車(chē)雨刮系統(tǒng)；車(chē)身控制器；控制原理

引言

汽車(chē)雨刮系統(tǒng)是行車(chē)安全的重要保證，它的作用是清除汽車(chē)駕駛室前，后擋風(fēng)玻璃上的雨水，霜雪和塵埃等物質(zhì)，使駕駛員有一個(gè)清晰的視野以保證行車(chē)安全，降低雨雪天氣下交通事故的發(fā)生，直接影響到了乘車(chē)人員的財(cái)產(chǎn)和生命安全[1]。

汽車(chē)雨刮系統(tǒng)發(fā)明至今已有了100多年的歷史，從最初的手動(dòng)式雨刮直到現(xiàn)在的電動(dòng)雨刮，其結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化。隨著近些年來(lái)汽車(chē)電子技術(shù)的不斷發(fā)展及廣泛應(yīng)用，汽車(chē)雨刮系統(tǒng)正朝著智能化和人性化的方向不斷發(fā)展。本文結(jié)合我公司汽車(chē)雨刮系統(tǒng)的發(fā)展歷程，從雨刮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、控制原理進(jìn)行了研究與分析。

1 汽車(chē)雨刮電機(jī)結(jié)構(gòu)及調(diào)速原理

雨刮系統(tǒng)主要由雨刮電機(jī)，控制電路，減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和雨刮片總成組成。雨刮電機(jī)是整個(gè)雨刮系統(tǒng)的動(dòng)力所在，為系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)速和扭矩；控制電路實(shí)現(xiàn)雨刮的高速、低速及間歇?jiǎng)幼?；減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)功能是減小電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，增大電機(jī)的輸出扭矩，并將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)變成雨刮片的來(lái)回?cái)[動(dòng)，雨刮電機(jī)是整個(gè)雨刮系統(tǒng)的動(dòng)力所在，為系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)速和扭矩。

1.1 雨刮電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

圖1 雨刮電機(jī)外形圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

雨刮電機(jī)主要分為定子和轉(zhuǎn)子兩部分，定子由電機(jī)外殼、主磁極、電刷和機(jī)座等部件組成；轉(zhuǎn)子由電樞鐵心、繞組、換向器等部件組成，外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

雨刮電機(jī)的主要部件功能如下：

電樞鐵心：電樞鐵心既是主磁路的一部分，又是電樞繞組的支撐部件，為了形成較大的磁通，電樞鐵心采用的是導(dǎo)磁率良好的硅鋼片。

電樞繞組：電樞繞組由一定數(shù)目的線(xiàn)圈按一定規(guī)律連接而成，它是電機(jī)的電路部分。一般雨刮電機(jī)采用的是單疊對(duì)稱(chēng)繞組。

換向器：雨刮電機(jī)的換向器由12個(gè)彼此絕緣的換向片組成，換向片成圓筒狀排列。每個(gè)電樞繞組首段和尾端的引線(xiàn)，分別焊在兩個(gè)相鄰的換向片上。

電刷裝置：電刷裝置將外電源引入電機(jī)的電樞，它由電刷，刷盒，刷桿和連線(xiàn)等部分組成。電刷是由石墨和金屬粉末混合做成的導(dǎo)電塊，放在刷盒內(nèi)用彈簧以一定的壓力按放在換向器表面。電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，電刷與換向器表面形成滑動(dòng)接觸。

1.2 雨刮電機(jī)的調(diào)速原理

在汽車(chē)的行駛過(guò)程中，雨刮電機(jī)的工作狀態(tài)往往需要根據(jù)實(shí)際情況作調(diào)整。比如在降雨不是很大時(shí)，只需要刮水器低速刮水就能保證擋風(fēng)玻璃的清潔和駕駛員視野的清晰；但在降雨很大時(shí)，則需要刮水器以相對(duì)較快的速度刮水。所以，雨刮電機(jī)設(shè)有高速檔和低速檔兩種運(yùn)行狀態(tài)。

根據(jù)直流電機(jī)的調(diào)速原理可知轉(zhuǎn)速公式為：

式中：U—電動(dòng)機(jī)端電壓，單位為V；

I—電樞繞組中的電流，單位為A；

R—電樞繞組的電阻，單位為Ω；

K—常數(shù)；

Z—正、負(fù)電刷間串聯(lián)的繞組數(shù)；

φ—磁極磁通，單位為Wb。

從公式(1)可知，當(dāng)電壓U和電樞電流I基本不變時(shí)，可通過(guò)改變串聯(lián)的繞組數(shù)Z或調(diào)節(jié)磁極磁通φ來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。雨刮電機(jī)正是通過(guò)改變正負(fù)電刷間的串聯(lián)繞組數(shù)來(lái)調(diào)速的，它的調(diào)速原理如圖2所示。

當(dāng)雨刮電機(jī)處于低速檔時(shí)，電流流經(jīng)A、B兩電刷，這兩個(gè)電刷均位于換向器上的幾何中性線(xiàn)上，這時(shí)電樞內(nèi)部形成兩條對(duì)稱(chēng)的支路，一條流經(jīng)繞組6→5→4→3→2→1，另一條流經(jīng)繞組 12→11→10→9→8→7，每條支路串聯(lián)的繞組數(shù)為6個(gè)，匝數(shù)多，雨刮電機(jī)以較低的速度穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

當(dāng)雨刮電機(jī)處于高速檔時(shí)，電流流經(jīng)C、B兩電刷，這時(shí)電樞內(nèi)部形成兩條不對(duì)稱(chēng)的支路，一條流經(jīng)繞組11→12→6→5→4→3→2→1，另一條流經(jīng)繞組 10→9→8→7，繞組中11→12所產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)與6→5的反電動(dòng)勢(shì)方向相反（圖中箭頭方向?yàn)槔@組反電動(dòng)勢(shì)方向），相互抵消，此時(shí)實(shí)際上每條支路串聯(lián)的繞組只有4個(gè)，匝數(shù)較少，因此雨刮電機(jī)以較高的速度穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖2 雨刮電機(jī)的調(diào)速原理

2 汽車(chē)雨刮系統(tǒng)的控制原理

雨刮系統(tǒng)是汽車(chē)車(chē)身不可缺少的一部分，不僅要滿(mǎn)足安全性要求，更要注重舒適性，其控制方式也隨著技術(shù)的進(jìn)步發(fā)生了改進(jìn)，其能夠?qū)崿F(xiàn)前雨刮的點(diǎn)動(dòng)、關(guān)閉、間歇、低速、高速，后雨刮的打開(kāi)、間歇、關(guān)閉，噴水、前大燈洗滌等功能[2]，本文主要針對(duì)Ⅰ代、Ⅱ代兩代車(chē)型的前雨刮控制原理進(jìn)行研究分析。

2.1 Ⅰ代車(chē)型

該平臺(tái)車(chē)型通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)位與BCM（車(chē)身控制器）共同實(shí)現(xiàn)雨刮系統(tǒng)的功能，其控制原理如圖3所示。其功能實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：

自動(dòng)復(fù)位控制：當(dāng)電機(jī)不處在復(fù)位位置時(shí)，此時(shí)機(jī)械復(fù)位開(kāi)關(guān)接地，電源 IG2→共用電刷→電樞繞組→低速電刷→關(guān)閉開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)→間歇繼電器常閉觸點(diǎn)→接地，電機(jī)按照低速控制運(yùn)行直至到達(dá)復(fù)位位置；

制動(dòng)控制：當(dāng)電機(jī)處在復(fù)位位置時(shí)，此時(shí)機(jī)械復(fù)位開(kāi)關(guān)接共用電刷，電源 IG2→共用電刷→電樞繞組→低速電刷→關(guān)閉開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)→間歇繼電器常閉觸點(diǎn)→共用電刷，電樞繞組被短接產(chǎn)生很大的反電動(dòng)勢(shì)，電動(dòng)機(jī)迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)；

關(guān)閉控制：電機(jī)執(zhí)行自動(dòng)復(fù)位和制動(dòng)控制；

點(diǎn)動(dòng)控制：短按時(shí)執(zhí)行過(guò)程與關(guān)閉控制相同，長(zhǎng)按時(shí)執(zhí)行過(guò)程與低速控制相同；

間歇控制：BCM測(cè)量電阻設(shè)置間歇時(shí)間，通過(guò)間歇繼電器脈沖觸發(fā)，電源 IG2→共用電刷→電樞繞組→低速電刷→關(guān)閉開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)→間歇繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)→接地，電機(jī)運(yùn)行，其停止為關(guān)閉控制；

低速控制：電源 IG2→共用電刷→電樞繞組→低速電刷→低速開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)→接地；

高速控制：電源 IG2→共用電刷→電樞繞組→高速電刷→高速開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)→接地；

洗滌聯(lián)動(dòng)控制：洗滌電機(jī)噴水同時(shí)雨刮低速動(dòng)作。

圖3 Ⅰ代車(chē)型雨刮系統(tǒng)控制原理

2.2 Ⅱ代車(chē)型

該平臺(tái)車(chē)型完全通過(guò)BCM實(shí)現(xiàn)雨刮系統(tǒng)的功能，集成度高，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的邏輯控制，編程行強(qiáng)，其控制原理如圖4所示。具有以下功能：

圖4 Ⅱ代車(chē)型雨刮系統(tǒng)控制原理

在鑰匙處于點(diǎn)火開(kāi)關(guān)ON檔時(shí)，前雨刮控制開(kāi)關(guān)撥到高速、低速、間歇位置即相應(yīng)的開(kāi)關(guān)接通，則前雨刮執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。

雨刮高低速控制：當(dāng)開(kāi)關(guān)低速檔導(dǎo)通，則低速繼電器吸合，電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)。若高速檔導(dǎo)通，則高低速繼電器同時(shí)吸合，電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)；

雨刮點(diǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)有效時(shí)，低速繼電器一直工作；

前雨刮復(fù)位控制：當(dāng)開(kāi)關(guān)關(guān)閉后，當(dāng)電機(jī)未運(yùn)行到初始位置時(shí)，BCM未接收復(fù)位檔信號(hào)，繼電器不斷開(kāi)，電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行；當(dāng)電機(jī)運(yùn)行到初始位置時(shí)，復(fù)位開(kāi)關(guān)閉合，BCM接收復(fù)位檔信號(hào)，高低速繼電器同時(shí)斷開(kāi)，電機(jī)停止運(yùn)行；

在雨刮間歇工作時(shí)，噴水聯(lián)動(dòng)優(yōu)先。

3 汽車(chē)雨刮控制系統(tǒng)的對(duì)比

通過(guò)Ⅰ代、Ⅱ代汽車(chē)雨刮系統(tǒng)的控制原理可知，從BCM成本、線(xiàn)束成本、實(shí)現(xiàn)功能三個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)表1。

表1 兩代車(chē)型雨刮系統(tǒng)對(duì)比

通過(guò)表1可知，Ⅱ代相比Ⅰ代車(chē)型，線(xiàn)束成本較低及實(shí)現(xiàn)功能合理，但對(duì)系統(tǒng)控制器有較高的要求，BCM輸入輸出點(diǎn)數(shù)及繼電器增加，人性化功能通過(guò)軟件程序?qū)崿F(xiàn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

雨刮系統(tǒng)是汽車(chē)車(chē)身安全必不可少的裝置，正朝著智能化和人性化的方向不斷發(fā)展，本文主要針對(duì)我公司現(xiàn)有兩代車(chē)型的雨刮控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、控制原理進(jìn)行了研究與分析。

[1] 周尚華. 汽車(chē)雨刮電機(jī)電磁干擾的仿真與實(shí)驗(yàn)研究[D]. 重慶：重慶大學(xué), 2009. 18-20.

[2] 葛化敏,肖志銘,王勤偉. 新型智能汽車(chē)雨刮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 科技信息,2012,23：46.

Research and analysis of automotive wiper system

Ye Shengwei, Hu Yanjiao
（AnHui JiangHuai Automobile Group CO., LTD. Technical Center, Anhui Hefei 230601）

Wiper system is essential for automotive body safety device, so that the driver has a clear vision in order to ensure traffic safety and reduce traffic accidents under rain and snow, Is moving in the direction of intelligent and humane continuous development, this paper focuses My company has two generations of models wiper control system structure,control principle has been studied and analyzed .

automotive wiper system; body control module; control principle

CLC NO.: TP271 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)12-80-03

TP271 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988 (2017)12-80-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.12.025

葉圣偉（1987-），男，就職于安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心。