某电动车在KEY-ON状态下后雨刮间歇挡卡滞问题分析与优化

周 霖，成 瀚，黎先标

（上汽通用汽车有限公司武汉分公司，湖北 武汉 430000）

对于两厢车而言，由于其特殊的空气动力学特征，为保证驾驶员安全性，后雨刮系统显得尤为重要。本文通过对某车型在项目阶段发现的，在点火开关位于KEY-ON状态下（KEY-ON：整车低压电器可以工作，车辆未上高压），后雨刮存在间歇性卡滞的现象进行分析，从后雨刮停位原理、雨刮电路、信号控制3个方面，探讨车辆在不同供电电压下，后雨刮间歇性卡滞的原因和设计优化方案［1］。

1 故障现象

某两厢车接到客户反馈，当车辆点火开关处于KEY-ON挡状态下，车辆后雨刮在间歇挡时存在周期性卡滞现象，具体表现为：在特定时候，间歇性存在第1个工作循环雨刮停位在30°角度，第2个工作循环恢复正常，第3个工作循环缺陷复现。抬起后雨刮臂，隔离刮片与玻璃摩擦时，卡滞现象可以消除，重新接触后风窗玻璃，故障复现。如图1所示。

图1 故障现象

2 故障分析

2.1 故障总结

由于缺陷是间歇性发生，所以我们针对故障进行复现，在不同的PWM（点火开关状态）下对故障发生的条件进行了归纳总结并寻找到了如下规律。如图2所示。

图2 不同挡位状态下雨刮停位复现分析

从图2中可以发现，后雨刮规律性卡滞的发生与点火开关模式以及后雨刮开关挡位存在强相关。在点火开关模式为KEY-ON挡位（全车电路接通，车辆未上高压）时，雨刮在刮动几个循环后，100%规律性出现停位故障；当点火开关模式恢复为Ready挡（车辆完全启动，车辆上高压）时，停位故障消失。当再次切换到ON挡时，正常工作几个循环后，缺陷复现。当后雨刮开关挡处于连续挡位时，故障不复现。

2.2 后雨刮复位原理

由于雨刮设计的特点及应用，驾驶员在接通后雨刮开关时，雨刮开始工作；当驾驶员断开雨刮开关时，如果雨刮不是停止在初始位置时，此时雨刮电机并不能马上断电，而是要继续通电工作，直到雨刮运动到初始位置后，雨刮电机断电停止工作［2］。图3是后雨刮复位电路原理示意图，当触点1与2接通时，虽然雨刮开关位于关闭状态下，此时雨刮电机依旧存在正常供电。当触点2与3接通时，雨刮开关位于关闭状态下，后雨刮电机停止供电。

图3 后雨刮复位电路示意图

后雨刮在正常关闭时，当后雨刮未处于初始位置时，1与2开关闭合，雨刮电机继续供电，直到后雨刮电机位于初始位置，2与3开关闭合，后雨刮电机停止供电，雨刮停止工作。后雨刮复位电路123的触点控制是通过雨刮电机内部复位盘来实现的，如图4所示。

图4 后雨刮复位盘示意图

从复位盘结构可以得出，当雨刮电机复位盘的白齿轮在雨刮停位区域内时，停位角设定为α，触点2与3始终处于导通状态，当白齿轮在停位角α以外的任意一个角度时，触点1与2始终是导通的。也就是说，从复位盘的结构确认，在白齿轮转动一圈的360°范围内，在停位角α以内的唯一范围上，触点2与3处于导通，如图4a所示，此时雨刮电机没有供电，停止工作。而停位角α以外的任意位置上，触点1与2处于导通状态下，如图4b所示，此时虽然后雨刮开关位于OFF挡，后雨刮电机仍然有电压输入，后雨刮电机继续工作，直到复位盘转动到图4a位置。基于以上原理，我们将图4a复位盘的唯一位置定义为后雨刮的初始位置，图4b的任意位置定义为后雨刮中间状态。当驾驶员正常关闭后雨刮开关时，由于此时雨刮电机白齿轮在停位区角α以外，此时1与2仍然处于导通状态，雨刮继续工作，直到后雨刮回到初始位置，复位盘角度恢复如图4a所示。在复位盘的作用下，后雨刮电机始终能够保证在初始位置进行停位，确保驾驶员视线不会被遮挡。

2.3 后雨刮电路控制原理

图5是后雨刮电路控制原理图。从控制电路图中我们得知后雨刮开关存在2个挡位，间歇挡与连续挡。当雨刮开关拨动到对应的挡位时，开关信号通过LIN线传递到车身控制模块，此时车身控制模块依据信号闭合对应的继电器开关，后雨刮电机接通来自前舱熔断丝盒的常电，电机开始转动工作。

图5 后雨刮控制电路原理图

2.4 BCM控制逻辑及后雨刮电机停位原理

依据BCM（车身控制模块）雨刮电压信号控制定义，在设计状态下，如图6所示，该车型后雨刮在间歇挡时，车身BCM控制模块设置给雨刮电机供电信号不是持续的，而是实际周期性地提供持续Tδ=200ms时间初始电压Uδ（Uδ取决于车辆低压供电回路电压）。基于后雨刮电机内部停位逻辑，间歇挡状态下，后雨刮电机如果需要完成一个工作循环，初始200ms的工作电压必须使电机金属触点冲出雨刮停位角度，从而保证后雨刮回到初始位置，否则当BCM停止供电后，由于触点依旧停留在雨刮电机停位区域内，会导致雨刮在第1个工作循环内出现断电停位。

图6 BCM电压信号控制逻辑图

2.5 后雨刮电机冲出停位区域的理论计算与信号实测

依据该车型后雨刮电机目前图纸上电机转速的定义：当电机在Uw=13.5V的初始电压及0.5Nm的负载下工作时，电机的转速为26～34r/min，依据电机停位片的设计，白齿轮停位区域角度α为42°，雨刮刮片转动一个来回，白齿轮转动360°，按照最低转速计算：

式中：Tα——白齿轮转动停位角需要的时间；Tt——最低转速下电机转动1圈的单位时间；α=42°——白齿轮停位角度。

从上文理论计算得知，当在13.5V的标准电压下，当雨刮遇到较大的阻力矩时，按照最低转速下，BCM最短的供电时间应该达到269ms，才能保证在低转速高扭矩情况下，雨刮电机白齿轮冲出停位区域α。

我们选取缺陷状态和OK状态下的车辆，使用示波器分别测量BCM的供应电压，如图7、图8所示。在故障发生时，车辆点火开关位于KEY-ON状态下，BCM实测电压为12.5V，将点火开关置于Ready挡位时，BCM实测电压为15V。

图7 缺陷状态下BCM信号电压12.5V

图8 OK状态下BCM信号电压15V

当车辆点火开关在KEY-ON状态下，BCM供给电压为12.5V，低于电机转速定义电压13.5V。

当UON=12.5V＜UW=13.5V＜UReady=15V时，则：Tδ=200ms＜Tα=269ms＜Tn。

式中：Tδ——BCM逻辑供电时间；Tα——理论计算时间；Tn——KEY-ON状态下实际需求时间；UON——点火开关在ON挡时BCM实测供电电压；UReady——点火开关在Ready挡时BCM实测供电电压。

3 结论

BCM标定给电时间过短，设计上未考虑到车载后雨刮电机在点火开关处于KEY-ON挡状态下低电压/高负载的特殊情况，标定的200ms给电时间无法Cover雨刮电机簧片到达停位位置要求，造成后雨刮电机在间歇挡时出现卡滞的缺陷。

4 故障解决

基于以上分析，对该车型BCM标定进行更改，将BCM理论供电时间从200ms增加到400ms，同时小于一个工作循环的最快时间1760ms。后续车型在长期断点到达之后验证，没有发生对应工况的后雨刮卡滞缺陷。关于BCM对于后雨刮电机的控制标定上，要充分考虑到低转速高负荷情况，制定合理的BCM供电时间，确保雨刮停位要求。