陸 葉，羅 峰

（同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院，上海 201804）

1 刮水洗滌控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

汽車刮水的主要功能為刮除擋風(fēng)玻璃上的水漬和污垢，以提供駕駛者清晰的視野。刮水系統(tǒng)是車身控制必須具備的功能，隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，安裝在汽車上的BCM控制器功能越來(lái)越強(qiáng)大，因此，為降低整車成本一般會(huì)將刮水洗滌控制功能放在BCM中實(shí)現(xiàn)［1］。

為方便駕駛員控制刮水器，減少行駛過(guò)程中根據(jù)雨量變化手動(dòng)操作刮水器的次數(shù)，這就要求BCM集成的刮水控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的控制邏輯功能，可以結(jié)合車輛運(yùn)行的狀態(tài)自動(dòng)切換不同的刮水速度檔位 （比如結(jié)合車速、或者雨量傳感器信號(hào)等）。

傳統(tǒng)刮水洗滌控制系統(tǒng)如圖1所示，由開關(guān)和刮水執(zhí)行器組成。

這種控制方式功能只有簡(jiǎn)單的低速、高速功能，刮水自動(dòng)回位通過(guò)刮水電機(jī)內(nèi)部的復(fù)位器通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)。這種傳統(tǒng)的刮水控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)是功能單一，需要駕駛員根據(jù)實(shí)際雨量狀態(tài)等手動(dòng)切換刮水狀態(tài)，舒適性不強(qiáng)。

為低成本解決這個(gè)問(wèn)題，可以將刮水控制功能集成到車身控制模塊BCM中，由BCM實(shí)現(xiàn)刮水的高速、低速等功能的控制。BCM可以根據(jù)整車采集的信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)刮水及洗滌系統(tǒng)進(jìn)行智能控制，提供不同的功能邏輯，以達(dá)到提高刮水洗滌系統(tǒng)舒適性的效果。

2 刮水洗滌控制系統(tǒng)的分析

2.1 系統(tǒng)組成

整個(gè)刮水控制系統(tǒng)由3部分組成：刮水開關(guān)、BCM控制器和刮水執(zhí)行器。如圖2所示。

刮水開關(guān)檔位定義見(jiàn)表1。除了刮水控制開關(guān)外還有一個(gè)AD（模擬量）開關(guān)類型用作間歇檔刮水調(diào)速功能，通過(guò)不同電阻阻值分為4～6個(gè)檔位，用作客戶間歇延時(shí)長(zhǎng)短的控制。

BCM作為刮水邏輯控制器，通過(guò)采集到的開關(guān)狀態(tài)使刮水器工作在不同模式。

執(zhí)行器主要就是刮水電機(jī)，通過(guò)BCM給過(guò)來(lái)的控制信號(hào)會(huì)執(zhí)行在不同的速度模式下，或者停止運(yùn)行。刮水電機(jī)會(huì)將回位Park（停止位）信號(hào)回饋給BCM，這樣BCM可以通過(guò)Park回饋信號(hào)判斷刮水器的當(dāng)前狀態(tài)。

表1 刮水開關(guān)檔位定義

2.2 控制功能分析

由于BCM可以獲取車輛很多運(yùn)行狀態(tài)，這樣可以結(jié)合車輛不同的信息用于輔助刮水器的控制，豐富控制邏輯，提高刮水功能的舒適性。

1）慢速刮水模式

開關(guān)模式在慢速模式下，BCM輸出前刮水使能信號(hào)，使前刮水電機(jī)運(yùn)行于慢速模式下。在前刮水電機(jī)運(yùn)行在慢速模式的情況下切換刮水開關(guān)到OFF模式后，BCM會(huì)繼續(xù)輸出使能信號(hào)，直到收到刮水電機(jī)給出的有效Park事件信號(hào)后停止輸出，使得刮片停止在停止位上，保證刮片不會(huì)停在前擋風(fēng)玻璃中間影響駕駛員視線。

2）快速刮水模式

開關(guān)模式在快速模式下，BCM同時(shí)輸出前刮水使能和快速信號(hào)，使前刮水器工作在快速模式下。在前刮水電機(jī)運(yùn)行在快速模式的情況下切換刮水開關(guān)到OFF模式后，BCM會(huì)繼續(xù)只出使能信號(hào)使刮水電機(jī)以慢速繼續(xù)運(yùn)行，直到刮水電機(jī)給出有效Park事件信號(hào)后停止輸出，使得刮片停止在停止位上，保證刮片不會(huì)停在前擋風(fēng)玻璃中間影響駕駛員視線。

3）間歇刮水模式

在雨量小到不需要慢速刮水的情況下就需要使用間歇刮水模式。間歇刮水模式可以通過(guò)調(diào)節(jié)兩次刮片刮動(dòng)的間隔時(shí)間來(lái)達(dá)到最合適的刮動(dòng)頻次。間歇刮水的原理是通過(guò)慢速刮水模式使刮片轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)動(dòng)到停止位后BCM使刮片停止工作，同時(shí)內(nèi)部啟動(dòng)延時(shí)定時(shí)器，等到延時(shí)完成后BCM再使刮片工作在慢速模式，到下一個(gè)停止位重新延時(shí)。

可以根據(jù)刮水延時(shí)調(diào)試開關(guān)來(lái)選擇不同的延時(shí)長(zhǎng)度，這樣可以方便駕駛員根據(jù)實(shí)際情況選擇最舒適的延時(shí)模式，達(dá)到減少駕駛員切換刮水開關(guān)的頻次。

前擋風(fēng)玻璃上的雨量會(huì)隨著車速增加而增加，因此駕駛員在行駛過(guò)程中會(huì)由于這個(gè)變化不得不手動(dòng)切換前刮水器的工作模式。為了提高駕駛員在這種場(chǎng)景下的控制舒適性，在延時(shí)控制時(shí)會(huì)考慮到車速對(duì)雨量變化的影響，并通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)延時(shí)時(shí)間使駕駛員使用起來(lái)更加方便。這樣通過(guò)延時(shí)開關(guān)可以給駕駛員提供不同的動(dòng)態(tài)延時(shí)靈敏度的選擇，延時(shí)控制的參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 檔位延時(shí)對(duì)照表

表2的數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在BCM的EEPROM（電可擦除只讀存儲(chǔ)器）區(qū)域，通過(guò)診斷可以進(jìn)行修改。表2中的數(shù)據(jù)是根據(jù)具體車型上標(biāo)定得來(lái)，在開發(fā)階段可以通過(guò)實(shí)際的標(biāo)定進(jìn)行設(shè)定［2］。

4）自動(dòng)刮水模式

為滿足更加智能化的刮水控制功能，可以在車上選裝雨量傳感器模塊，通過(guò)LIN總線將雨量信息傳遞給BCM，這樣BCM就可以實(shí)現(xiàn)智能刮水的控制功能，而為此增加的成本也不大，能很好地豐富車輛的配置。

開關(guān)模式在間歇模式下BCM會(huì)工作在自動(dòng)刮水模式下 （通?？紤]到高低配車型使用相同的刮水開關(guān)模塊，因此會(huì)復(fù)用間歇模式用于高配的自動(dòng)模式）。雨量傳感器通過(guò)對(duì)前擋風(fēng)玻璃的雨量大小計(jì)算出刮水應(yīng)該工作的模式，并通過(guò)LIN的請(qǐng)求信號(hào)發(fā)送給BCM。

BCM在收到正確的雨量傳感器請(qǐng)求信號(hào)的情況下，會(huì)根據(jù)雨量傳感器的指令切換不同的刮水工作模式，這樣完全可以使駕駛員不用再通過(guò)手動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)。考慮到不同駕駛員對(duì)于雨量大小感知不同，因此雨量傳感器有不同等級(jí)的雨量靈敏度可供客戶選擇最舒適的靈敏度。這時(shí)BCM會(huì)將延伸檔位復(fù)用作靈敏度調(diào)節(jié)功能發(fā)送給雨量傳感器，客戶就可以直接選擇自己喜歡的靈敏度檔位。

如果雨量傳感器損壞或者LIN通信出現(xiàn)異常，BCM會(huì)檢測(cè)到相關(guān)故障并退出自動(dòng)刮水模式，進(jìn)入普通間歇刮水模式繼續(xù)工作，保證刮水器不會(huì)由于這個(gè)原因停止工作。

5）智能噴水刮水功能

駕駛員經(jīng)常使用前噴水來(lái)清洗前擋風(fēng)玻璃上的灰塵，BCM會(huì)在檢測(cè)到前噴水開關(guān)后延時(shí)1.5s后自動(dòng)開啟前刮水慢速模式，使前刮片刮動(dòng)3次，將噴灑在玻璃上的清洗液刮去?？紤]到刮完3次后還會(huì)有少量的水滴流下來(lái)影響駕駛員視線，BCM會(huì)在3次結(jié)束后等待2s再刮動(dòng)一次。

6）Park信號(hào)處理

刮片停止位回饋Park信號(hào)對(duì)于BCM控制刮水功能很重要，因此BCM對(duì)于Park信號(hào)需要實(shí)時(shí)采集，并且能夠快速辨識(shí)出有效Park信號(hào)，一般要求Park信號(hào)濾波時(shí)間不超過(guò)30ms。如果BCM超過(guò)20s都沒(méi)有采集到有效Park信號(hào)，認(rèn)為Park信號(hào)丟失，在刮水開關(guān)斷開模式下需要斷開刮水輸出。

3 刮水控制功能的測(cè)試與驗(yàn)證

刮水控制功能的驗(yàn)證主要分為臺(tái)架測(cè)試和實(shí)車測(cè)試。

3.1 臺(tái)架測(cè)試

在模擬臺(tái)上面提供了模擬環(huán)境，如刮水執(zhí)行機(jī)構(gòu)、可調(diào)電源、網(wǎng)絡(luò)模擬節(jié)點(diǎn)和整車電氣系統(tǒng)。主要完成以下測(cè)試項(xiàng)目。

1）電氣接口測(cè)試

測(cè)試刮水開關(guān)、刮水執(zhí)行機(jī)構(gòu)與BCM之間的電氣接口信號(hào)，它們的電平、頻率是否符合設(shè)計(jì)要求，并且分別測(cè)試9V、13.5V和16V電源狀態(tài)下的數(shù)據(jù)。

2）功能邏輯測(cè)試

根據(jù)功能邏輯要求，通過(guò)臺(tái)架模擬不同輸入狀態(tài)，同時(shí)監(jiān)控BCM輸出是否符合功能邏輯要求。在開始測(cè)試前先要根據(jù)功能邏輯要求整理出測(cè)試CASE，如表3所示。

表3 測(cè)試CASE示例

在軟件開發(fā)鎖定狀態(tài)后，測(cè)試工程師根據(jù)測(cè)試CASE表完成每項(xiàng)功能測(cè)試，最終給出測(cè)試結(jié)果。

3.2 實(shí)車測(cè)試

在樣車上將開發(fā)好的BCM裝上就可進(jìn)行實(shí)際跑車測(cè)試，模擬駕駛員實(shí)際使用情況測(cè)試刮水器的各個(gè)工作模式，均能正常實(shí)現(xiàn)。

4 總結(jié)

本文介紹的BCM集成刮水控制系統(tǒng)是一個(gè)低成本成熟的控制系統(tǒng)，已經(jīng)在多款國(guó)內(nèi)自主品牌車型上成功使用，如上海汽車榮威350、MG3、北汽E系列等自主品牌車型。

［1］ 高光飛.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004：300－400.

［2］ 邱阿瑞.電機(jī)與電力拖動(dòng)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2002：125－128.

［3］ 張洪潤(rùn)，張亞凡.單片機(jī)原理及運(yùn)用［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2004：5－100.