BCM集成刮水洗滌控制系統關鍵技術分析

陸 葉，羅 峰

（同濟大學汽車學院，上海 201804）

1 刮水洗滌控制系統簡介

汽車刮水的主要功能為刮除擋風玻璃上的水漬和污垢，以提供駕駛者清晰的視野。刮水系統是車身控制必須具備的功能，隨著汽車產業的發展，安裝在汽車上的BCM控制器功能越來越強大，因此，為降低整車成本一般會將刮水洗滌控制功能放在BCM中實現［1］。

為方便駕駛員控制刮水器，減少行駛過程中根據雨量變化手動操作刮水器的次數，這就要求BCM集成的刮水控制系統可以實現更加復雜的控制邏輯功能，可以結合車輛運行的狀態自動切換不同的刮水速度檔位 （比如結合車速、或者雨量傳感器信號等）。

傳統刮水洗滌控制系統如圖1所示，由開關和刮水執行器組成。

這種控制方式功能只有簡單的低速、高速功能，刮水自動回位通過刮水電機內部的復位器通過硬件實現。這種傳統的刮水控制系統的缺點是功能單一，需要駕駛員根據實際雨量狀態等手動切換刮水狀態，舒適性不強。

為低成本解決這個問題，可以將刮水控制功能集成到車身控制模塊BCM中，由BCM實現刮水的高速、低速等功能的控制。BCM可以根據整車采集的信號實現對刮水及洗滌系統進行智能控制，提供不同的功能邏輯，以達到提高刮水洗滌系統舒適性的效果。

2 刮水洗滌控制系統的分析

2.1 系統組成

整個刮水控制系統由3部分組成：刮水開關、BCM控制器和刮水執行器。如圖2所示。

刮水開關檔位定義見表1。除了刮水控制開關外還有一個AD（模擬量）開關類型用作間歇檔刮水調速功能，通過不同電阻阻值分為4～6個檔位，用作客戶間歇延時長短的控制。

BCM作為刮水邏輯控制器，通過采集到的開關狀態使刮水器工作在不同模式。

執行器主要就是刮水電機，通過BCM給過來的控制信號會執行在不同的速度模式下，或者停止運行。刮水電機會將回位Park（停止位）信號回饋給BCM，這樣BCM可以通過Park回饋信號判斷刮水器的當前狀態。

表1 刮水開關檔位定義

2.2 控制功能分析

由于BCM可以獲取車輛很多運行狀態，這樣可以結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

開關模式在慢速模式下，BCM輸出前刮水使能信號，使前刮水電機運行于慢速模式下。在前刮水電機運行在慢速模式的情況下切換刮水開關到OFF模式后，BCM會繼續輸出使能信號，直到收到刮水電機給出的有效Park事件信號后停止輸出，使得刮片停止在停止位上，保證刮片不會停在前擋風玻璃中間影響駕駛員視線。

2）快速刮水模式

開關模式在快速模式下，BCM同時輸出前刮水使能和快速信號，使前刮水器工作在快速模式下。在前刮水電機運行在快速模式的情況下切換刮水開關到OFF模式后，BCM會繼續只出使能信號使刮水電機以慢速繼續運行，直到刮水電機給出有效Park事件信號后停止輸出，使得刮片停止在停止位上，保證刮片不會停在前擋風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調節兩次刮片刮動的間隔時間來達到最合適的刮動頻次。間歇刮水的原理是通過慢速刮水模式使刮片轉動，在轉動到停止位后BCM使刮片停止工作，同時內部啟動延時定時器，等到延時完成后BCM再使刮片工作在慢速模式，到下一個停止位重新延時。

可以根據刮水延時調試開關來選擇不同的延時長度，這樣可以方便駕駛員根據實際情況選擇最舒適的延時模式，達到減少駕駛員切換刮水開關的頻次。

前擋風玻璃上的雨量會隨著車速增加而增加，因此駕駛員在行駛過程中會由于這個變化不得不手動切換前刮水器的工作模式。為了提高駕駛員在這種場景下的控制舒適性，在延時控制時會考慮到車速對雨量變化的影響，并通過自動調節延時時間使駕駛員使用起來更加方便。這樣通過延時開關可以給駕駛員提供不同的動態延時靈敏度的選擇，延時控制的參數見表2。

表2 檔位延時對照表

表2的數據都存儲在BCM的EEPROM（電可擦除只讀存儲器）區域，通過診斷可以進行修改。表2中的數據是根據具體車型上標定得來，在開發階段可以通過實際的標定進行設定［2］。

4）自動刮水模式

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LIN總線將雨量信息傳遞給BCM，這樣BCM就可以實現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。

開關模式在間歇模式下BCM會工作在自動刮水模式下 （通常考慮到高低配車型使用相同的刮水開關模塊，因此會復用間歇模式用于高配的自動模式）。雨量傳感器通過對前擋風玻璃的雨量大小計算出刮水應該工作的模式，并通過LIN的請求信號發送給BCM。

BCM在收到正確的雨量傳感器請求信號的情況下，會根據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手動來調節?？紤]到不同駕駛員對于雨量大小感知不同，因此雨量傳感器有不同等級的雨量靈敏度可供客戶選擇最舒適的靈敏度。這時BCM會將延伸檔位復用作靈敏度調節功能發送給雨量傳感器，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通信出現異常，BCM會檢測到相關故障并退出自動刮水模式，進入普通間歇刮水模式繼續工作，保證刮水器不會由于這個原因停止工作。

5）智能噴水刮水功能

駕駛員經常使用前噴水來清洗前擋風玻璃上的灰塵，BCM會在檢測到前噴水開關后延時1.5s后自動開啟前刮水慢速模式，使前刮片刮動3次，將噴灑在玻璃上的清洗液刮去?？紤]到刮完3次后還會有少量的水滴流下來影響駕駛員視線，BCM會在3次結束后等待2s再刮動一次。

6）Park信號處理

刮片停止位回饋Park信號對于BCM控制刮水功能很重要，因此BCM對于Park信號需要實時采集，并且能夠快速辨識出有效Park信號，一般要求Park信號濾波時間不超過30ms。如果BCM超過20s都沒有采集到有效Park信號，認為Park信號丟失，在刮水開關斷開模式下需要斷開刮水輸出。

3 刮水控制功能的測試與驗證

刮水控制功能的驗證主要分為臺架測試和實車測試。

3.1 臺架測試

在模擬臺上面提供了模擬環境，如刮水執行機構、可調電源、網絡模擬節點和整車電氣系統。主要完成以下測試項目。

1）電氣接口測試

測試刮水開關、刮水執行機構與BCM之間的電氣接口信號，它們的電平、頻率是否符合設計要求，并且分別測試9V、13.5V和16V電源狀態下的數據。

2）功能邏輯測試

根據功能邏輯要求，通過臺架模擬不同輸入狀態，同時監控BCM輸出是否符合功能邏輯要求。在開始測試前先要根據功能邏輯要求整理出測試CASE，如表3所示。

表3 測試CASE示例

在軟件開發鎖定狀態后，測試工程師根據測試CASE表完成每項功能測試，最終給出測試結果。

3.2 實車測試

在樣車上將開發好的BCM裝上就可進行實際跑車測試，模擬駕駛員實際使用情況測試刮水器的各個工作模式，均能正常實現。

4 總結

本文介紹的BCM集成刮水控制系統是一個低成本成熟的控制系統，已經在多款國內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.單片機課程設計實例指導［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2004：300－400.

［2］ 邱阿瑞.電機與電力拖動［M］.北京：電子工業出版社，2002：125－128.

［3］ 張洪潤，張亞凡.單片機原理及運用［M］.北京：清華大學出版社，2004：5－100.