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        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

        2021-07-05 05:04:04黎先標(biāo)
        汽車電器 2021年6期
        關(guān)鍵詞:擋位觸點(diǎn)齒輪

        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?;谝陨显?,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。

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