汽車雨刮系統的研究與分析

葉圣偉，胡燕嬌

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

汽車雨刮系統的研究與分析

葉圣偉，胡燕嬌

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

雨刮系統是汽車車身安全必不可少的裝置，使駕駛員有一個清晰的視野以保證行車安全，降低雨雪天氣下交通事故的發生，正朝著智能化和人性化的方向不斷發展，本文主要針對我公司現有兩代車型的雨刮控制系統的結構、控制原理進行了研究與分析。

汽車雨刮系統；車身控制器；控制原理

引言

汽車雨刮系統是行車安全的重要保證，它的作用是清除汽車駕駛室前，后擋風玻璃上的雨水，霜雪和塵埃等物質，使駕駛員有一個清晰的視野以保證行車安全，降低雨雪天氣下交通事故的發生，直接影響到了乘車人員的財產和生命安全[1]。

汽車雨刮系統發明至今已有了100多年的歷史，從最初的手動式雨刮直到現在的電動雨刮，其結構已經發生了翻天覆地的變化。隨著近些年來汽車電子技術的不斷發展及廣泛應用，汽車雨刮系統正朝著智能化和人性化的方向不斷發展。本文結合我公司汽車雨刮系統的發展歷程，從雨刮系統的結構、控制原理進行了研究與分析。

1 汽車雨刮電機結構及調速原理

雨刮系統主要由雨刮電機，控制電路，減速傳動機構和雨刮片總成組成。雨刮電機是整個雨刮系統的動力所在，為系統提供轉速和扭矩；控制電路實現雨刮的高速、低速及間歇動作；減速傳動機構功能是減小電機的輸出轉速，增大電機的輸出扭矩，并將電機的轉動變成雨刮片的來回擺動，雨刮電機是整個雨刮系統的動力所在，為系統提供轉速和扭矩。

1.1 雨刮電機的基本結構

圖1 雨刮電機外形圖及內部結構圖

雨刮電機主要分為定子和轉子兩部分，定子由電機外殼、主磁極、電刷和機座等部件組成；轉子由電樞鐵心、繞組、換向器等部件組成，外形和內部結構如圖1所示。

雨刮電機的主要部件功能如下：

電樞鐵心：電樞鐵心既是主磁路的一部分，又是電樞繞組的支撐部件，為了形成較大的磁通，電樞鐵心采用的是導磁率良好的硅鋼片。

電樞繞組：電樞繞組由一定數目的線圈按一定規律連接而成，它是電機的電路部分。一般雨刮電機采用的是單疊對稱繞組。

換向器：雨刮電機的換向器由12個彼此絕緣的換向片組成，換向片成圓筒狀排列。每個電樞繞組首段和尾端的引線，分別焊在兩個相鄰的換向片上。

電刷裝置：電刷裝置將外電源引入電機的電樞，它由電刷，刷盒，刷桿和連線等部分組成。電刷是由石墨和金屬粉末混合做成的導電塊，放在刷盒內用彈簧以一定的壓力按放在換向器表面。電機旋轉時，電刷與換向器表面形成滑動接觸。

1.2 雨刮電機的調速原理

在汽車的行駛過程中，雨刮電機的工作狀態往往需要根據實際情況作調整。比如在降雨不是很大時，只需要刮水器低速刮水就能保證擋風玻璃的清潔和駕駛員視野的清晰；但在降雨很大時，則需要刮水器以相對較快的速度刮水。所以，雨刮電機設有高速檔和低速檔兩種運行狀態。

根據直流電機的調速原理可知轉速公式為：

式中：U—電動機端電壓，單位為V；

I—電樞繞組中的電流，單位為A；

R—電樞繞組的電阻，單位為Ω；

K—常數；

Z—正、負電刷間串聯的繞組數；

φ—磁極磁通，單位為Wb。

從公式(1)可知，當電壓U和電樞電流I基本不變時，可通過改變串聯的繞組數Z或調節磁極磁通φ來改變電機的轉速。雨刮電機正是通過改變正負電刷間的串聯繞組數來調速的，它的調速原理如圖2所示。

當雨刮電機處于低速檔時，電流流經A、B兩電刷，這兩個電刷均位于換向器上的幾何中性線上，這時電樞內部形成兩條對稱的支路，一條流經繞組6→5→4→3→2→1，另一條流經繞組 12→11→10→9→8→7，每條支路串聯的繞組數為6個，匝數多，雨刮電機以較低的速度穩定運轉。

當雨刮電機處于高速檔時，電流流經C、B兩電刷，這時電樞內部形成兩條不對稱的支路，一條流經繞組11→12→6→5→4→3→2→1，另一條流經繞組 10→9→8→7，繞組中11→12所產生的反電動勢與6→5的反電動勢方向相反（圖中箭頭方向為繞組反電動勢方向），相互抵消，此時實際上每條支路串聯的繞組只有4個，匝數較少，因此雨刮電機以較高的速度穩定運轉。

圖2 雨刮電機的調速原理

2 汽車雨刮系統的控制原理

雨刮系統是汽車車身不可缺少的一部分，不僅要滿足安全性要求，更要注重舒適性，其控制方式也隨著技術的進步發生了改進，其能夠實現前雨刮的點動、關閉、間歇、低速、高速，后雨刮的打開、間歇、關閉，噴水、前大燈洗滌等功能[2]，本文主要針對Ⅰ代、Ⅱ代兩代車型的前雨刮控制原理進行研究分析。

2.1 Ⅰ代車型

該平臺車型通過機械結構復位與BCM（車身控制器）共同實現雨刮系統的功能，其控制原理如圖3所示。其功能實現過程如下：

自動復位控制：當電機不處在復位位置時，此時機械復位開關接地，電源 IG2→共用電刷→電樞繞組→低速電刷→關閉開關觸點→間歇繼電器常閉觸點→接地，電機按照低速控制運行直至到達復位位置；

制動控制：當電機處在復位位置時，此時機械復位開關接共用電刷，電源 IG2→共用電刷→電樞繞組→低速電刷→關閉開關觸點→間歇繼電器常閉觸點→共用電刷，電樞繞組被短接產生很大的反電動勢，電動機迅速停止轉動；

關閉控制：電機執行自動復位和制動控制；

點動控制：短按時執行過程與關閉控制相同，長按時執行過程與低速控制相同；

間歇控制：BCM測量電阻設置間歇時間，通過間歇繼電器脈沖觸發，電源 IG2→共用電刷→電樞繞組→低速電刷→關閉開關觸點→間歇繼電器常開觸點→接地，電機運行，其停止為關閉控制；

低速控制：電源 IG2→共用電刷→電樞繞組→低速電刷→低速開關觸點→接地；

高速控制：電源 IG2→共用電刷→電樞繞組→高速電刷→高速開關觸點→接地；

洗滌聯動控制：洗滌電機噴水同時雨刮低速動作。

圖3 Ⅰ代車型雨刮系統控制原理

2.2 Ⅱ代車型

該平臺車型完全通過BCM實現雨刮系統的功能，集成度高，能夠實現復雜的邏輯控制，編程行強，其控制原理如圖4所示。具有以下功能：

圖4 Ⅱ代車型雨刮系統控制原理

在鑰匙處于點火開關ON檔時，前雨刮控制開關撥到高速、低速、間歇位置即相應的開關接通，則前雨刮執行相應的動作。

雨刮高低速控制：當開關低速檔導通，則低速繼電器吸合，電機低速運轉。若高速檔導通，則高低速繼電器同時吸合，電機高速運轉；

雨刮點動開關有效時，低速繼電器一直工作；

前雨刮復位控制：當開關關閉后，當電機未運行到初始位置時，BCM未接收復位檔信號，繼電器不斷開，電機繼續運行；當電機運行到初始位置時，復位開關閉合，BCM接收復位檔信號，高低速繼電器同時斷開，電機停止運行；

在雨刮間歇工作時，噴水聯動優先。

3 汽車雨刮控制系統的對比

通過Ⅰ代、Ⅱ代汽車雨刮系統的控制原理可知，從BCM成本、線束成本、實現功能三個方面進行對比，見表1。

表1 兩代車型雨刮系統對比

通過表1可知，Ⅱ代相比Ⅰ代車型，線束成本較低及實現功能合理，但對系統控制器有較高的要求，BCM輸入輸出點數及繼電器增加，人性化功能通過軟件程序實現。

4 結束語

雨刮系統是汽車車身安全必不可少的裝置，正朝著智能化和人性化的方向不斷發展，本文主要針對我公司現有兩代車型的雨刮控制系統的結構、控制原理進行了研究與分析。

[1] 周尚華. 汽車雨刮電機電磁干擾的仿真與實驗研究[D]. 重慶：重慶大學, 2009. 18-20.

[2] 葛化敏,肖志銘,王勤偉. 新型智能汽車雨刮系統的設計[J]. 科技信息,2012,23：46.

Research and analysis of automotive wiper system

Ye Shengwei, Hu Yanjiao
（AnHui JiangHuai Automobile Group CO., LTD. Technical Center, Anhui Hefei 230601）

Wiper system is essential for automotive body safety device, so that the driver has a clear vision in order to ensure traffic safety and reduce traffic accidents under rain and snow, Is moving in the direction of intelligent and humane continuous development, this paper focuses My company has two generations of models wiper control system structure,control principle has been studied and analyzed .

automotive wiper system; body control module; control principle

CLC NO.: TP271 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)12-80-03

TP271 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)12-80-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.12.025

葉圣偉（1987-），男，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心。