某電動車在KEY-ON狀態下后雨刮間歇擋卡滯問題分析與優化

周 霖，成 瀚，黎先標

（上汽通用汽車有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430000）

對于兩廂車而言，由于其特殊的空氣動力學特征，為保證駕駛員安全性，后雨刮系統顯得尤為重要。本文通過對某車型在項目階段發現的，在點火開關位于KEY-ON狀態下（KEY-ON：整車低壓電器可以工作，車輛未上高壓），后雨刮存在間歇性卡滯的現象進行分析，從后雨刮停位原理、雨刮電路、信號控制3個方面，探討車輛在不同供電電壓下，后雨刮間歇性卡滯的原因和設計優化方案［1］。

1 故障現象

某兩廂車接到客戶反饋，當車輛點火開關處于KEY-ON擋狀態下，車輛后雨刮在間歇擋時存在周期性卡滯現象，具體表現為：在特定時候，間歇性存在第1個工作循環雨刮停位在30°角度，第2個工作循環恢復正常，第3個工作循環缺陷復現。抬起后雨刮臂，隔離刮片與玻璃摩擦時，卡滯現象可以消除，重新接觸后風窗玻璃，故障復現。如圖1所示。

圖1 故障現象

2 故障分析

2.1 故障總結

由于缺陷是間歇性發生，所以我們針對故障進行復現，在不同的PWM（點火開關狀態）下對故障發生的條件進行了歸納總結并尋找到了如下規律。如圖2所示。

圖2 不同擋位狀態下雨刮停位復現分析

從圖2中可以發現，后雨刮規律性卡滯的發生與點火開關模式以及后雨刮開關擋位存在強相關。在點火開關模式為KEY-ON擋位（全車電路接通，車輛未上高壓）時，雨刮在刮動幾個循環后，100%規律性出現停位故障；當點火開關模式恢復為Ready擋（車輛完全啟動，車輛上高壓）時，停位故障消失。當再次切換到ON擋時，正常工作幾個循環后，缺陷復現。當后雨刮開關擋處于連續擋位時，故障不復現。

2.2 后雨刮復位原理

由于雨刮設計的特點及應用，駕駛員在接通后雨刮開關時，雨刮開始工作；當駕駛員斷開雨刮開關時，如果雨刮不是停止在初始位置時，此時雨刮電機并不能馬上斷電，而是要繼續通電工作，直到雨刮運動到初始位置后，雨刮電機斷電停止工作［2］。圖3是后雨刮復位電路原理示意圖，當觸點1與2接通時，雖然雨刮開關位于關閉狀態下，此時雨刮電機依舊存在正常供電。當觸點2與3接通時，雨刮開關位于關閉狀態下，后雨刮電機停止供電。

圖3 后雨刮復位電路示意圖

后雨刮在正常關閉時，當后雨刮未處于初始位置時，1與2開關閉合，雨刮電機繼續供電，直到后雨刮電機位于初始位置，2與3開關閉合，后雨刮電機停止供電，雨刮停止工作。后雨刮復位電路123的觸點控制是通過雨刮電機內部復位盤來實現的，如圖4所示。

圖4 后雨刮復位盤示意圖

從復位盤結構可以得出，當雨刮電機復位盤的白齒輪在雨刮停位區域內時，停位角設定為α，觸點2與3始終處于導通狀態，當白齒輪在停位角α以外的任意一個角度時，觸點1與2始終是導通的。也就是說，從復位盤的結構確認，在白齒輪轉動一圈的360°范圍內，在停位角α以內的唯一范圍上，觸點2與3處于導通，如圖4a所示，此時雨刮電機沒有供電，停止工作。而停位角α以外的任意位置上，觸點1與2處于導通狀態下，如圖4b所示，此時雖然后雨刮開關位于OFF擋，后雨刮電機仍然有電壓輸入，后雨刮電機繼續工作，直到復位盤轉動到圖4a位置。基于以上原理，我們將圖4a復位盤的唯一位置定義為后雨刮的初始位置，圖4b的任意位置定義為后雨刮中間狀態。當駕駛員正常關閉后雨刮開關時，由于此時雨刮電機白齒輪在停位區角α以外，此時1與2仍然處于導通狀態，雨刮繼續工作，直到后雨刮回到初始位置，復位盤角度恢復如圖4a所示。在復位盤的作用下，后雨刮電機始終能夠保證在初始位置進行停位，確保駕駛員視線不會被遮擋。

2.3 后雨刮電路控制原理

圖5是后雨刮電路控制原理圖。從控制電路圖中我們得知后雨刮開關存在2個擋位，間歇擋與連續擋。當雨刮開關撥動到對應的擋位時，開關信號通過LIN線傳遞到車身控制模塊，此時車身控制模塊依據信號閉合對應的繼電器開關，后雨刮電機接通來自前艙熔斷絲盒的常電，電機開始轉動工作。

圖5 后雨刮控制電路原理圖

2.4 BCM控制邏輯及后雨刮電機停位原理

依據BCM（車身控制模塊）雨刮電壓信號控制定義，在設計狀態下，如圖6所示，該車型后雨刮在間歇擋時，車身BCM控制模塊設置給雨刮電機供電信號不是持續的，而是實際周期性地提供持續Tδ=200ms時間初始電壓Uδ（Uδ取決于車輛低壓供電回路電壓）。基于后雨刮電機內部停位邏輯，間歇擋狀態下，后雨刮電機如果需要完成一個工作循環，初始200ms的工作電壓必須使電機金屬觸點沖出雨刮停位角度，從而保證后雨刮回到初始位置，否則當BCM停止供電后，由于觸點依舊停留在雨刮電機停位區域內，會導致雨刮在第1個工作循環內出現斷電停位。

圖6 BCM電壓信號控制邏輯圖

2.5 后雨刮電機沖出停位區域的理論計算與信號實測

依據該車型后雨刮電機目前圖紙上電機轉速的定義：當電機在Uw=13.5V的初始電壓及0.5Nm的負載下工作時，電機的轉速為26～34r/min，依據電機停位片的設計，白齒輪停位區域角度α為42°，雨刮刮片轉動一個來回，白齒輪轉動360°，按照最低轉速計算：

式中：Tα——白齒輪轉動停位角需要的時間；Tt——最低轉速下電機轉動1圈的單位時間；α=42°——白齒輪停位角度。

從上文理論計算得知，當在13.5V的標準電壓下，當雨刮遇到較大的阻力矩時，按照最低轉速下，BCM最短的供電時間應該達到269ms，才能保證在低轉速高扭矩情況下，雨刮電機白齒輪沖出停位區域α。

我們選取缺陷狀態和OK狀態下的車輛，使用示波器分別測量BCM的供應電壓，如圖7、圖8所示。在故障發生時，車輛點火開關位于KEY-ON狀態下，BCM實測電壓為12.5V，將點火開關置于Ready擋位時，BCM實測電壓為15V。

圖7 缺陷狀態下BCM信號電壓12.5V

圖8 OK狀態下BCM信號電壓15V

當車輛點火開關在KEY-ON狀態下，BCM供給電壓為12.5V，低于電機轉速定義電壓13.5V。

當UON=12.5V＜UW=13.5V＜UReady=15V時，則：Tδ=200ms＜Tα=269ms＜Tn。

式中：Tδ——BCM邏輯供電時間；Tα——理論計算時間；Tn——KEY-ON狀態下實際需求時間；UON——點火開關在ON擋時BCM實測供電電壓；UReady——點火開關在Ready擋時BCM實測供電電壓。

3 結論

BCM標定給電時間過短，設計上未考慮到車載后雨刮電機在點火開關處于KEY-ON擋狀態下低電壓/高負載的特殊情況，標定的200ms給電時間無法Cover雨刮電機簧片到達停位位置要求，造成后雨刮電機在間歇擋時出現卡滯的缺陷。

4 故障解決

基于以上分析，對該車型BCM標定進行更改，將BCM理論供電時間從200ms增加到400ms，同時小于一個工作循環的最快時間1760ms。后續車型在長期斷點到達之后驗證，沒有發生對應工況的后雨刮卡滯缺陷。關于BCM對于后雨刮電機的控制標定上，要充分考慮到低轉速高負荷情況，制定合理的BCM供電時間，確保雨刮停位要求。