淺析汽車雨刮系統的控制原理

徐旭東，初洪超，董宏興

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

前言

汽車雨刮系統是保證車輛在雨雪天氣能夠為駕駛員提供清晰視野的關鍵。一般汽車雨刮有真空式、氣動式和電動式三種類型，其中應用最為廣泛的為電動雨刮系統。

汽車雨刮系統的控制一般分為點動、停止、間歇控制、低速、高速和噴水清洗六個基本功能，其中間歇調速是雨刮系統控制的核心功能。本文基于電動雨刮器對上述六個基本功能的控制原理進行淺析。

1 雨刮器基本結構

圖1 電動雨刮實物圖

圖1所示為某款車型的電動雨刮實物圖，主要由三部分構成，包括雨刮電機、蝸輪蝸桿機構和連桿。雨刮電動機為直流永磁式三刷電動機，供電電壓為整車低壓電（12V或者24V）。蝸輪蝸桿為減速傳動機構，蝸輪上安裝有偏心連桿。

2 雨刮系統控制原理

2.1 機械控制原理

圖2所示為電動雨刮器的物理結構圖，其機械控制原理為：當電機通電后以一定的轉速進行轉動，通過蝸桿將電機轉矩傳遞給蝸輪，蝸輪通過拉桿拉動三個擺桿進行有規律的擺動，從而控制雨刮器掃除擋風玻璃上的雨雪及灰塵，為駕駛員提供清晰的視野。

圖2 電動式雨刮器物理結構

2.2 電氣控制原理

如圖3所示為某種車型的電動雨刮控制電路圖。主要包括電源輸入、間歇控制電路、洗滌電機、多功能控制開關和雨刮電機五個模塊組成，共同實現雨刮系統的點動、停止、間歇控制、低速、高速和噴水清洗六個基本功能。

圖3 汽車雨刮控制電路簡圖

（1）低速檔調速

由于雨刮電機為三刷電機，其中正極電刷B1為低速控制端，只需通過多功能控制開關控制整車12V電源接入此電刷，并且負極電刷B接地時，即可控制雨刮電機以低速運轉。當圖3中的多功能調節開關選擇低速檔時，其簡化控制電路如圖4所示。

（2）高速檔調速

雨刮電機的正極電刷B2端為高速控制端，當通過多功能控制開關控制12V電源輸入該電刷，并且負極電刷B接地時，電機則以高速進行運轉。當圖3中的多功能調節開關選擇高速檔時，其簡化控制電路如圖5所示。

圖5 高速控制電路

（3）點動

雨刮點動控制與低速檔控制相似，也以控制正極電刷B1端的12V電源輸入為控制目標。主要區別在物理開關的接觸方式上，低速檔控制開關可以保持吸合狀態，而點動開關在外力消失后會自動回位，即開關斷開，雨刮電機通過自復位結構繼續運動，直至雨刮停在擋風玻璃下方。當圖3中的多功能調節開關選擇點動檔時，其簡化控制電路如圖6所示。

圖6 點動控制電路

（4）關閉并自動復位

由于雨刮電機的轉動與停止取決于其電源輸入電刷 B1和B2，即通電轉動，斷電停止，故存在斷電后刮水器停在擋風玻璃上而影響駕駛員視線的風險。針對此狀況，需要雨刮器在切斷12V電源輸入后能夠自動回位，即雨刮器的刮臂能夠停在擋風玻璃的最下方。

當圖3中的多功能調節開關選擇停止檔時，雨刮停止自動復位控制原理圖如圖7所示。圖中所示8為蝸輪減速機構，其內部安裝有銅環9和銅環7，銅環9與雨刮電機的金屬外殼相連并接地。觸點臂3和觸點臂5為彈性銅片，其頂端有觸點4和觸點6，與銅環7和銅環9接觸。圖中11為電機永久磁鐵，10為電機的電樞。

自動復位的工作原理為：當雨刮多功能開關置于OFF檔時，此時雨刮電機的低速電刷接入電路，當雨刮器的刮臂沒有停到規定的位置時，由于觸點6與銅環9接觸，如圖9中b）所示，則電流繼續流入電樞。此時電流從電源正極→開關1→保險絲2→多功能開關OFF檔→雨刮電機正極低速電刷B1→電樞繞組→雨刮電機負極電刷B→觸點臂5→觸點6→銅環9→搭鐵→電源負極，形成封閉回路，雨刮電機以低速轉動，當蝸輪轉動到如圖9中a）所示的位置時，觸點4和觸點6均搭接在銅環7上，由于慣性原因，雨刮電機的電樞不能立刻停止轉動，反而以發電機的形式繼續保持轉動，使電樞繞組產生反向電動勢，方向剛好與電源電壓相反，此時電路中電流的方向為：雨刮電機的正極低速電刷B1→多功能開關的OFF檔→觸點臂3→觸點4→銅環7→觸點6→觸點臂5→雨刮電機的負極電刷 B→雨刮電機電樞，形成回路，產生制動轉矩，使雨刮電機迅速停止轉動，從而使刮臂停止在擋風玻璃的最下方。

圖7 雨刮電動機自動復位裝置

（5）間歇控制

當車輛行駛在小雨以及霧雪天環境中，雨刮器擺動后擋風玻璃上的水霧或者灰塵容易使玻璃表面發粘而模糊不清，影響駕駛員的視野。針對此狀況，需要在多功能雨刮開關上增加間歇控制檔位，選擇該檔位可以使間歇控制電路接入雨刮控制系統中，確保雨刮器刮拭一次后停留一段時間，以使擋風玻璃上的水膜可以風干，從而為駕駛員提供一個清晰的視野。

刮水系統的間歇控制功能主要靠間歇控制器來實現。當圖3中的多功能開關選擇間歇控制檔位時，間歇控制電路介入工作，其簡化控制電路如下圖8所示，其中S3、S4同圖7中的觸點4和觸點6。

圖8 間歇控制電路

間歇控制電路的控制原理主要是控制電容C1的不斷充、放電來控制雨刮電機按一定周期間隔進行運轉，從而實現雨刮器的間歇控制。其詳細控制邏輯如下：

①12V電源經過保險絲后到達節點1，將電源分為兩路，一路連接到雨刮電機蝸輪蝸桿機構的觸點開關S3上，一路經電阻R9和電阻R2到達電容C1，使C1進行充電，其充電電路為：12V電源輸入→電源開關→保險絲→節點1→電阻R9→電阻R2→電容C1→二極管VD2→三極管VT→搭鐵→12V電源負極。

②當電容C1充電時電路中會形成一定的充電電流，從而為三極管提供偏流，使三極管VT的集電極和發射極導通，由于發射極接地，故使繼電器 1通電接通，開關 S1閉合，S1閉合后接入電路為：12V電源輸入→電源開關→保險絲→開關S1→節點2→雨刮電機正極輸入電刷B1（低速）→搭鐵→12V電源負極，從而控制雨刮電機以低速開始轉動。

③當雨刮電機運轉到自動回位的位置時，圖7中的開關S3和S4搭接，從而使電容C1開始放電，其放電電路為：電容C1→二極管VD3→電阻R6→開關S4→開關S3→接地→二極管VD4→電阻R1→電容C1。當三極管的基極電壓降低到某一值時，使三極管截止，從而使繼電器1斷電，開關S1斷開，S2吸合，從而使電阻R5和電阻R6并聯在電路中，這時電容C1加快放電。當電容C1放電一段時間后，由于三極管VT的基極電位逐漸升高，當電位達到某一值時，三極管重新導通，C1回復充電狀態，使繼電器1重新通電吸合S1。

（6）洗滌電機

當車輛擋風玻璃上有污物需要清除時，需要由洗滌水壺提供一定量的洗滌液，洗滌液一般由水和一定量的添加劑混合而成。洗滌液的提供由洗滌電機完成，其控制原理相對簡單，只需通過調節多功能開關至洗滌檔位，控制12V電源輸入洗滌電機即可。其簡化電路原理圖如圖9所示。

圖9 洗滌電機控制原理

3 結語

汽車雨刮系統各零部件的物理結構和特性是分析雨刮系統控制原理的基礎。通過多功能開關內部節點的不同連接組合，使不同電路接入雨刮電機的電刷上，從而使雨刮系統針對不同需求實現多功能調節的目的。

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