雨刮電機復位原理及故障處理案例

龍小軍，胡開銀，唐 賓，陳鵬宇

（成都華川電裝有限責任公司，四川 成都 610106）

1 雨刮系統及復位功能概述

雨刮系統是指能夠刮凈擋風玻璃外表上雨水、冰霜等物質的一整套裝置，它能夠及時刮除前風擋玻璃的障礙物，保證駕駛員視線清晰，減少事故發生概率。雨刮系統主要由雨刮電機、傳動四連桿機構、雨刮臂以及雨刮片4部分組成，其中雨刮電機作為整個雨刮系統動力輸出部分而成為雨刮系統的關重部件，同時在雨刮系統復位控制功能上，雨刮電機更是其核心。

所謂雨刮系統復位功能，是指當車身控制器/開關置于OFF或間歇擋時，雨刮系統不會立即停止工作，而是繼續運轉使得雨刮片準確停止于規定位置。目前市面上主要有機械式雨刮電機和電子式雨刮電機兩種類型，其在復位實現方式上完全不同，而機械式雨刮電機目前在市面上仍然占有主導地位，此次討論和研究的主要對象是機械式雨刮電機的復位問題。

2 雨刮電機復位原理

BCM（車身控制模塊）雨刮復位控制策略：當采集到圖1所示下降沿信號后，每間隔一定時間 （不同車型和廠家有所不同，一般為10～20ms）檢測一次復位波形，連續多次（不同車型和廠家有所不同，一般為2～4次不等）檢測到復位信號即認為到達復位位置，BCM控制停止對雨刮電機供電。

圖1 復位波形示意圖

雨刮電機復位回路原理：在產生BCM控制雨刮所需復位波形時，雨刮電機復位回路如圖2所示，當復位板 （開關）與觸頭a、b處于如圖2所示位置，復位信號回路導通使BCM獲得低電平信號，BCM控制繼電器Ⅰ、Ⅱ處于如圖2所示位置，使電機按上圖低速（53）回路搭鐵導通，此時電機高、低速均與電源正極斷開，低速端與電源負極接通，電機能耗制動實現復位。

圖2 雨刮電機復位回路圖

復位觸頭與復位板導通原理：雨刮電機復位信號梯形波取得的關鍵是通過齒輪上的復位板隨電機360°旋轉時，實現觸頭a與觸頭b有效通斷，從而提供復位信息。

為了防止復位觸頭與復位板滑動接觸過程中不會產生過度磨損、燒蝕等情況，復位觸頭與復位之間需要涂抺潤滑脂。由于潤滑脂本身不導電，在運行過程中是通過劃破觸頭與復位板之間的油膜實現導通，而油膜在觸頭運行過程中可能產生流體潤滑和邊界潤滑兩種狀態，從而導致觸頭a與觸頭b不能有效通斷，產生復位雜波，導致復位故障的產生。油脂潤滑狀態如圖3所示。

圖3 油脂潤滑狀態

3 某車型雨刮復位卡滯問題案例分析

某車型在售后市場上收到多起雨刮電機間歇擋卡滯不良抱怨，故障描述為：雨刮系統在間歇擋運行時，雨刮會出現剛啟動運行一小段后突然停滯的現象（就像突然斷電了），如圖4所示。卡滯現象偶發，且多發生在天氣比較寒冷的冬季北方地區。

圖4 卡滯故障現象

3.1 故障車型雨刮電機復位波形測試

3.1.1 針對市返品波形異常影響因素研究

經過26臺市返品波形檢測，其中有10臺波形異常，因此挑選10臺波形異常及1臺波形正常市返品電機進行不同狀態下對比分析，并希望通過此方法找出故障原因或者下一步研究方向。測試數據見表1，復位波形對比如圖5所示。

表1 雨刮電機復位波形測試數據

圖5 復位波形對比

通過測試發現，對電機進行一次拆裝、增大觸頭壓力都對消除故障有比較大的幫助，通過去除觸頭上的油污及打磨觸頭及復位板接觸表面，在常溫下可消除波形異常故障。分析如下。

1）故障件再現率不到50%，應該是與測試環境溫度有關。

2）拆裝、增大觸頭壓力都能減少故障發生率，說明在觸頭與復位板接觸之間有東西導致接觸不良。

3）通過去除觸頭上的油污及打磨觸頭及復位板接觸表面能使全部故障消除，說明油脂對該問題的產生有一定影響。

3.1.2 環境溫度對復位波形影響測試分析

針對前面測試分析，認為溫度對波形影響可能是主要因素，因此，同時對比新生產電機與市返品電機在不同溫度條件下的波形測試。環境溫度對復位波形影響測試數據見表2。

表2 環境溫度對復位波形影響測試數據

分析如下。

1）電機復位波形隨溫度降低而變差，說明溫度對該問題的產生有一定影響。

2）使用過一段時間（市返品）電機在低溫狀態下的表現更差，說明使用時間對該問題的產生有一定影響。

3.1.3 觸頭壓力的測試及分析根據前面測試數據，觸頭壓力對復位波形有一定影響，因此，對市返品故障件觸頭壓力與批量產品觸頭壓力、觸頭壓力隨時間變化情況、不同觸頭壓力在低溫下的表現情況進行測試，測試數據及結果詳見表3～表5。

表3 市返品故障件觸頭壓力與批量產品觸頭壓力對比測試結果

表4 觸頭壓力隨時間變化情況

表5 不同觸頭壓力在低溫下的復位波形測試數據

分析如下。

1）市返品故障件觸頭壓力與批量抽測產品為不同批次產品，其壓力平均值相差0.08N，偏差百分比為2.4%左右，工程上視為相當，說明不同批次產品觸頭壓力差異與該問題關系不大。

2）觸頭壓力隨時間變化變大變小波動相當，說明觸頭壓力隨時間變化對該問題的影響不大。

3）從對比測試5組壓力偏小及壓力偏大產品來看，壓力偏大產品總體上看來波形比壓力小的產品更好，說明觸頭壓力大小對該問題有一定影響。

3.1.4 不同油脂對復位波形影響測試及分析

為了驗證不同油脂在常溫及低溫狀態下對復位波形影響情況，在原增大壓力產品上增加測試-35℃環境及5臺采用全合成油脂電機產品，測試數據見表6。

表6 不同油脂對復位波形影響測試數據

分析：通過更換全合成油脂并在增大觸頭壓力的條件下進行的復位波形測試來看，進一步證明油脂對該問題的產生有很大的影響。

3.2 不同車型對比情況測試

根據市返品統計分析，卡滯問題僅在部分車型上出現，其出現比例較大，接近一半，且隨時間的增加呈現增加的趨勢，而在其它車型上則沒有收到該類問題的投述。卡滯故障比例如圖6所示，卡滯故障與使用時間關系統計如圖7所示。

圖6 卡滯故障比例

圖7 卡滯故障與使用時間關系統計

由于不同車型市場表現情況差異很大，我們同時認為問題的產生與整車BCM控制策略也有一定關系。

4 試驗驗證

結合前面復位原理分析、市返品現象描述、市返品統計數據綜合來看，我們將該問題鎖定到油脂的選型、觸頭壓力、復位板材料以及整車BCM控制策略等幾個方面，并進行更加深入驗證。

4.1 油脂類型、觸頭壓力、復位板材料交叉作用的驗證及結論

實驗目的：驗證全合成及原用半合成油脂在各種壓力、復位板材料以及溫度復合條件下復位波形狀態哪個更好。實驗方法如下。

1）電機在實驗條件溫度下放置至少2h。

2）復位波形測試時電機端通以13.5±0.2V端電壓，復位回路模擬車身BMC控制器通以20mA燒蝕電流。

3）采集第1個出現的低電平復位波形。

油脂類型、觸頭壓力、復位板材料交叉作用的測試數據見表7。

表7 油脂類型、觸頭壓力、復位板材料交叉作用的測試數據

結論：使用全合成油脂電機在各種壓力、復位板材料以及溫度條件下，復位波形狀態都較原使用半合成油脂更好。

4.2 全合成油脂耐久試驗驗證及結論

實驗目的：驗證全合成油脂在耐久過程中復位波形是否會發生變化。

實驗方法如下。

1）電機在-35℃溫度條件下放置至少2h。

2）復位波形測試時電機端通以13.5±0.2V端電壓，復位回路模擬車身BMC控制器通以20mA燒蝕電流。

3）采集第1個出現的低電平復位波形。

全合成油脂耐久試驗測試數據見表8。

表8 全合成油脂耐久試驗測試數據

結論：采用全合成油脂后，電機復位波形不會隨使用時間的增加而發生變化。

4.3 整車BCM控制策略的分析及試驗驗證

雨刮電機復位低電平時長計算（約110～125ms）：

按40r/min計算：t=（60×1000ms/40×360°）×30°=4.17ms×30°=125ms。

按45r/min計算：t=（60×1000ms/45×360°）×30°=3.7ms×30°=110ms。

雨刮電機復位過沖時長（按過沖角度5°測試換算）約：20ms。

1）發生卡滯故障車型BCM策略分析：BCM檢波頻次為10ms，采集到下降沿信號后檢測到2次（即10～20ms）低電平后切換雨刮電機進入復位回路，加上雨刮電機慣性作用過沖20ms，則電機在30～40ms處停止。啟動間歇擋后，當出現一個能讓BCM錯誤識別的高電平（時長20～30ms的雜波），然后只需再出現一段超過40ms（如圖8所示約可提供60ms時長）低電平，則雨刮立即停止下來，即出現卡滯現象。

圖8 卡滯故障復位波形示意

2）基于卡滯故障車型調整BCM策略分析：檢波頻次仍為10ms，采集到下降沿信號后由檢測到2次調整為檢測到4次（即30～40ms）后切換雨刮電機進入復位回路，加上雨刮電機慣性作用過沖20ms，則電機在50～60ms處停止。在同樣遇到一個時長20～30ms雜波干擾后，剩下余波長度約為40ms，啟動間歇擋后，需要再出現50～60ms低電平才會發生卡滯現象，因此，從理論分析來看調整BCM控制策略后幾乎不可能出現卡滯現象。調整BCM策略復位波形示意如圖9所示。

圖9 調整BCM策略復位波形示意

3）試驗驗證：通過人工干預在雨刮運行過程中，人為增加復位干擾雜波以再現卡滯現象。通過模擬上述兩種復位雜波，并分別在兩種BCM控制策略車型上進行驗證，試驗結果與上述分析結果保持一致，即認為分析有效。

4.4 改進措施及市場驗證情況

此次雨刮卡滯問題涉及雨刮電機及整車BCM控制系統兩部分，從零部件生產企業的角度來講，更多的是應該想辦法解決避免雨刮電機本身產生復位雜波的問題，但如果能同時對整車控制策略進行優化效果應該更好。

基于現款車型已經量產（BCM控制策略不能輕易變動），同時可分別驗證雨刮電機單獨改進與整車BCM同時改進之間的差異效果，分別針對現款出現卡滯的車型（稱為A車型）與一款搭載相同雨刮電機的新款B車型采取不同的改進措施。

A車型：更改雨刮電機用油脂為全合成油、觸頭壓力在現有基礎上加大兩項措施。

B車型：在A車型雨刮電機改進基礎上，增加BCM控制策略調整。

市場跟蹤情況：經過一年左右的市場跟蹤，A車型斷電后電機復位卡滯故障率降到改進前的1/10，B車型復位卡滯故障率為0。

5 結束語

雨刮系統復位問題產生原因很多，可能同時涉及零件單體及整車系統、同時涉及故障不易再現等各種問題，針對此類問題，我們需要仔細分析故障現象，收集更多更全的一手資料，并通過資料的收集和初步分析，找到與之對應的相關理論，再通過理論研究找出問題/故障的本質并加以試驗驗證，最后通過市場驗證，以達到理論與實踐的有機結合，從而成功解決問題。