一种重型汽车刮水控制系统及电机控制方法

孟国龙，张荣华，韩庆福，张文斌

（中国重汽集团技术发展中心汽车电子设计部，山东 济南 250002）

为了保证汽车在雪雨天有良好的视野，各种车辆均配有刮水器，它利用连杆运动机构将电机连续旋转运动化为刮片的往复刮刷运动，清除车窗上的水滴或污垢，保持清晰的视野。一些汽车制造企业将刮水器列为汽车的安全部件，并将刮水器的一些功能特性 （如刮刷频率）列为安全特性，其目的是要求刮水器在工作时既能及时清除风窗玻璃上的杂物，又不影响驾驶员的视线。此外，汽车刮水器在停止状态还有一个关键功能要求——自动复位功能，即刮水器在停止工作时，其刷子系统 （由刮臂和刮刷组成）自动停止在汽车风窗玻璃规定的区域，其目的也是为了不阻挡驾驶员的视线。

目前，国内重型汽车刮水系统中的电机大都由组合开关上的刮水开关直接控制，此种控制方式下，组合开关断开时，电机经由线束和组合开关形成 “刹车”回路，实现电机的回位。电机 “刹车”时产生的大电流极易在组合开关的触点间产生拉弧，烧蚀触点，故使组合开关的故障率居高不下。随着电子技术、计算机技术和信息技术在汽车行业中的应用，汽车电子控制技术得到了迅猛的发展，汽车电子化程度被看作是衡量现代汽车水平的重要标志，是用来开发新车型、改进汽车性能最重要的技术措施。为了降低组合开关的高故障率，本文介绍一种控制信号与驱动信号相分离且刮水器采用摩擦消耗来停车的刮水控制系统及电机控制方法。

1 刮水器控制系统的硬件设计

1.1 系统的组成

刮水控制系统由组合开关、驱使刮水器运动的电机、车身控制器以及控制电机运行的刮水低速继电器和刮水高速继电器等组成，其涉及部件详细清单见表1。组合开关上的刮水开关设置有零档、间歇档、低速档、高速档接线端及喷淋开关，电机上设置有高速接线端和低速接线端；刮水开关的间歇档、低速档、高速档和喷淋开关接线端均与车身控制器的不同输入端口相连接，刮水低速继电器、刮水高速继电器的控制端和喷淋电机分别与车身控制器的不同输出端相连接；车身控制器具有采集信号、运算和控制的作用；电机上的高速接线端、低速接线端分别经刮水低速继电器、刮水高速继电器的常开接点后与电源相连接，电机的回位状态信号与车身控制器相应的输入端口相连接。电机与刮水器连杆机构相连，操作组合开关上的刮水开关，通过车身控制器运算后控制电机动作，从而完成刮水动作。刮水控制系统电气原理如图1所示。

表1 刮水系统结构清单

1.2 刮水电机的控制方法

本刮水控制系统中，电机通过连杆机构驱使汽车上的刮刷进行运动，实现刮水动作。车身控制器通过刮水低速继电器、刮水高速继电器分别驱使电机低速和高速转动，以分别实现低速、高速刮水动作。车身控制器为具有采集、运算和输出控制作用的微处理器，其可采用PLC微控制器程序来实现。车身控制器通过检测输入端口的状态，可有效检测出组合开关上的刮水开关是处于零档、间歇档、低速档、高速档。当车身控制器检测到组合开关上的刮水开关处于间歇档或低速档时，会通过刮水低速继电器控制电机进行间歇或低速刮水动作；当检测到组合开关上的刮水开关处于高速档时，会通过刮水高速继电器控制电机进行高速刮水动作。

电机上还设置有刮刷回位状态输出端，该回位状态输出端与车身控制器的输入端口相连接。当回位状态输出端有信号时，代表刮刷已经处于回位状态范围内。组合开关上还设置有与车身控制器相连接的喷淋器接线端，车身控制器的输出端连接喷淋电机。当车身控制器检测到组合开关上的喷淋开关信号有效时，驱动喷淋电机动作，从而实现喷水。

刮水电机的控制方法，包括以下步骤。

1）检测组合开关上刮水开关的状态，通过车身控制器检测刮水开关间歇档、低速档和高速档接线端的状态。

2）如果车身控制器检测到组合开关上刮水开关位于间歇档J处于闭合状态，则车身控制器通过刮水低速继电器控制电机进行连续2次刮水，然后停止电机运行t1=10s时间段；执行步骤3。

该步骤中，时间t1可以为10 s；该步骤的连续2次刮水过程中，第一次刮水结束后，当检测到刮刷回位状态信号 （即电机的31b接线端与31接线端相连通）后，再驱使电机运行t2=2T-0.875U时间段，以便实现刮刷的连续2次刮水和自动回位。

3）判断组合开关上刮水开关是否回到零档，如果没有回到零档，则重新执行步骤2；如果回到零档，则执行步骤8。

4）步骤1中，如果车身控制器检测到组合开关上刮水开关的低速档53处于闭合状态，则车身控制器通过刮水低速继电器控制电机进行刮水动作，执行步骤5。

5）判断组合开关上刮水开关是否回到零档。如果没有回到零档，则重新执行步骤4；如果回到零档，则执行步骤8。

6）步骤1中，如果车身控制器检测到组合开关上刮水开关的高速档53b处于闭合状态，则车身控制器通过刮水高速继电器控制电机进行刮水动作，执行步骤7。

7）判断组合开关上刮水开关是否回到零档。如果没有回到零档，则重新执行步骤6；如果回到零档，则执行步骤8。

8）通过刮水低速继电器继续驱使电机工作；当检测到刮刷回位状态信号后，再通过刮水低速继电器驱使电机工作与当前电压相关的时间段T后，停止电机的工作，以完成汽车刮刷的回位。当车身控制器检测到组合开关上刮水开关回到零档或在间歇档电机要停车时，车身控制器在之后的第一次检测到回位状态信号 （即电机的31b接线端与31接线端相连通）后，会驱动刮水低速继电器再运行一段时间，然后停止，电机剩余的势能通过刮刷摩擦玻璃消耗掉，完成回位，不会产生瞬时大电流，杜绝了组合开关触点烧蚀现象的发生。

此刮水电机控制方法，步骤8中，设刮刷在低速档下运动的周期为T，当前电机的工作电压为U；则步骤8中t2通过以下计算公式来获得：t2= 2T-0.875U；以便刮刷自动回位。对于T=1.775 s，工作电压U介于24～28 V的汽车来说，t2=3.55-0.875U。

2 刮水控制系统软件设计

刮水控制系统电机控制PLC软件设计流程如图2所示。

3 总结

本文提供的刮水控制系统及其电机控制方法，车身控制器首先检测组合开关上刮水开关的状态，再根据检测的结果，利用刮水低速继电器或高速继电器控制电机产生刮水动作，有效地实现了控制信号与驱动电机运行的线路的隔离，杜绝了组合开关触点烧蚀情况的产生。电机的回位方式为摩擦玻璃消耗来停车，由此在整个刮刷的运行及回位的过程中，不会产生瞬时大电流，进一步杜绝了组合开关触点烧蚀现象的发生，大大降低了组合开关的故障。此刮水控制系统及其电机控制方法，兼顾了实用性与低故障率的需要，无论从设计理念还是现场应用，都是属于全新的开发，兼顾了实用性与智能化的需求，具有相当广阔的市场前景。本系统已于2004年10月上市的HOWO和2008年12月上市的A7车型上正式装车，且市场反应很好。

［1］赵岩.基于模糊控制的汽车智能雨刮系统的研究［D］.北京：哈尔滨理工大学，2007.

［2］邹庆超.多速雨刮器的控制电路［J］.北京汽车，1994（4）：42-43.

［3］岑木峰.汽车雨刮器的改进［J］.湖北汽车工业学院学报，2007（3）：74-78.