一種重型汽車刮水控制系統及電機控制方法

孟國龍，張榮華，韓慶福，張文斌

（中國重汽集團技術發展中心汽車電子設計部，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將電機連續旋轉運動化為刮片的往復刮刷運動，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，汽車刮水器在停止狀態還有一個關鍵功能要求——自動復位功能，即刮水器在停止工作時，其刷子系統 （由刮臂和刮刷組成）自動停止在汽車風窗玻璃規定的區域，其目的也是為了不阻擋駕駛員的視線。

目前，國內重型汽車刮水系統中的電機大都由組合開關上的刮水開關直接控制，此種控制方式下，組合開關斷開時，電機經由線束和組合開關形成 “剎車”回路，實現電機的回位。電機 “剎車”時產生的大電流極易在組合開關的觸點間產生拉弧，燒蝕觸點，故使組合開關的故障率居高不下。隨著電子技術、計算機技術和信息技術在汽車行業中的應用，汽車電子控制技術得到了迅猛的發展，汽車電子化程度被看作是衡量現代汽車水平的重要標志，是用來開發新車型、改進汽車性能最重要的技術措施。為了降低組合開關的高故障率，本文介紹一種控制信號與驅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及電機控制方法。

1 刮水器控制系統的硬件設計

1.1 系統的組成

刮水控制系統由組合開關、驅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，其涉及部件詳細清單見表1。組合開關上的刮水開關設置有零檔、間歇檔、低速檔、高速檔接線端及噴淋開關，電機上設置有高速接線端和低速接線端；刮水開關的間歇檔、低速檔、高速檔和噴淋開關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，電機的回位狀態信號與車身控制器相應的輸入端口相連接。電機與刮水器連桿機構相連，操作組合開關上的刮水開關，通過車身控制器運算后控制電機動作，從而完成刮水動作。刮水控制系統電氣原理如圖1所示。

表1 刮水系統結構清單

1.2 刮水電機的控制方法

本刮水控制系統中，電機通過連桿機構驅使汽車上的刮刷進行運動，實現刮水動作。車身控制器通過刮水低速繼電器、刮水高速繼電器分別驅使電機低速和高速轉動，以分別實現低速、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。車身控制器通過檢測輸入端口的狀態，可有效檢測出組合開關上的刮水開關是處于零檔、間歇檔、低速檔、高速檔。當車身控制器檢測到組合開關上的刮水開關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；當檢測到組合開關上的刮水開關處于高速檔時，會通過刮水高速繼電器控制電機進行高速刮水動作。

電機上還設置有刮刷回位狀態輸出端，該回位狀態輸出端與車身控制器的輸入端口相連接。當回位狀態輸出端有信號時，代表刮刷已經處于回位狀態范圍內。組合開關上還設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。當車身控制器檢測到組合開關上的噴淋開關信號有效時，驅動噴淋電機動作，從而實現噴水。

刮水電機的控制方法，包括以下步驟。

1）檢測組合開關上刮水開關的狀態，通過車身控制器檢測刮水開關間歇檔、低速檔和高速檔接線端的狀態。

2）如果車身控制器檢測到組合開關上刮水開關位于間歇檔J處于閉合狀態，則車身控制器通過刮水低速繼電器控制電機進行連續2次刮水，然后停止電機運行t1=10s時間段；執行步驟3。

該步驟中，時間t1可以為10 s；該步驟的連續2次刮水過程中，第一次刮水結束后，當檢測到刮刷回位狀態信號 （即電機的31b接線端與31接線端相連通）后，再驅使電機運行t2=2T-0.875U時間段，以便實現刮刷的連續2次刮水和自動回位。

3）判斷組合開關上刮水開關是否回到零檔，如果沒有回到零檔，則重新執行步驟2；如果回到零檔，則執行步驟8。

4）步驟1中，如果車身控制器檢測到組合開關上刮水開關的低速檔53處于閉合狀態，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，執行步驟5。

5）判斷組合開關上刮水開關是否回到零檔。如果沒有回到零檔，則重新執行步驟4；如果回到零檔，則執行步驟8。

6）步驟1中，如果車身控制器檢測到組合開關上刮水開關的高速檔53b處于閉合狀態，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，執行步驟7。

7）判斷組合開關上刮水開關是否回到零檔。如果沒有回到零檔，則重新執行步驟6；如果回到零檔，則執行步驟8。

8）通過刮水低速繼電器繼續驅使電機工作；當檢測到刮刷回位狀態信號后，再通過刮水低速繼電器驅使電機工作與當前電壓相關的時間段T后，停止電機的工作，以完成汽車刮刷的回位。當車身控制器檢測到組合開關上刮水開關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信號 （即電機的31b接線端與31接線端相連通）后，會驅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，不會產生瞬時大電流，杜絕了組合開關觸點燒蝕現象的發生。

此刮水電機控制方法，步驟8中，設刮刷在低速檔下運動的周期為T，當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 刮水控制系統軟件設計

刮水控制系統電機控制PLC軟件設計流程如圖2所示。

3 總結

本文提供的刮水控制系統及其電機控制方法，車身控制器首先檢測組合開關上刮水開關的狀態，再根據檢測的結果，利用刮水低速繼電器或高速繼電器控制電機產生刮水動作，有效地實現了控制信號與驅動電機運行的線路的隔離，杜絕了組合開關觸點燒蝕情況的產生。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，不會產生瞬時大電流，進一步杜絕了組合開關觸點燒蝕現象的發生，大大降低了組合開關的故障。此刮水控制系統及其電機控制方法，兼顧了實用性與低故障率的需要，無論從設計理念還是現場應用，都是屬于全新的開發，兼顧了實用性與智能化的需求，具有相當廣闊的市場前景。本系統已于2004年10月上市的HOWO和2008年12月上市的A7車型上正式裝車，且市場反應很好。

［1］趙巖.基于模糊控制的汽車智能雨刮系統的研究［D］.北京：哈爾濱理工大學，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］.湖北汽車工業學院學報，2007（3）：74-78.