擋風(fēng)玻璃刮水器系統(tǒng)

擋風(fēng)玻璃刮水器子系統(tǒng)主講：駱孟波在GolfV上車(chē)窗玻璃刮水器由一個(gè)單電動(dòng)機(jī)刮水裝置組成，其功能歸屬于舒適系統(tǒng)。轉(zhuǎn)向柱模塊內(nèi)的控制單元讀取刮水器開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)位置并將開(kāi)關(guān)位置信息通過(guò)舒適系統(tǒng)CAN數(shù)據(jù)總線(xiàn)傳輸給車(chē)載網(wǎng)絡(luò)控制單元，然后由車(chē)載網(wǎng)絡(luò)控制單元進(jìn)行控制。該控制單元將CAN信息轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)IN信息，然后將信息發(fā)送到至刮水器電動(dòng)機(jī)控制單元的LIN數(shù)據(jù)總線(xiàn)上。如果車(chē)輛帶有雨量和車(chē)燈傳感器，則還有其他控制方式。1車(chē)窗玻璃刮水器子系統(tǒng)車(chē)窗玻璃刮水器子系統(tǒng)通過(guò)刮水器控制開(kāi)關(guān)可以設(shè)置不同的刮水器電動(dòng)機(jī)刮水擋和刮水功能。車(chē)窗玻璃上有阻礙物或因某些原因造成刮水器驅(qū)動(dòng)裝置卡住時(shí)，刮水器電動(dòng)機(jī)控制單元通過(guò)電動(dòng)機(jī)耗電量提高識(shí)別到這種情況。如果五次嘗試后無(wú)法推開(kāi)阻礙物，則刮水器擺臂保持在靜止位置。此后必須手動(dòng)清除阻礙物。除在此所述的防卡住功能外，還可以執(zhí)行其他功能：維護(hù)和冬季位置、備選靜止位置、取決于車(chē)速的刮水擋復(fù)位、取決于車(chē)速的間歇擋位、預(yù)清洗、清洗和刮水功能完成后的繼續(xù)刮水、水滴刮水。維護(hù)和冬季位置如果點(diǎn)火起動(dòng)開(kāi)關(guān)處于關(guān)閉位置后10s內(nèi)，駕駛員向點(diǎn)動(dòng)刮水方向操縱車(chē)窗玻璃刮水器開(kāi)關(guān)，則刮水器擺臂移動(dòng)到上部調(diào)轉(zhuǎn)位置。在這個(gè)位置時(shí)很容易更換刮水片或?qū)⑵鋸能?chē)窗玻璃上抬起，以免冬季時(shí)凍住。1．1刮水器控制備選靜止位置兩次關(guān)閉中的第二次關(guān)閉后，刮水器電動(dòng)機(jī)向上移動(dòng)一段距離，以便刮水片翻轉(zhuǎn)到另一側(cè)。通過(guò)這種交替翻轉(zhuǎn)可以在刮水器處于靜止位置時(shí)使刮水片刃口均勻承受負(fù)荷。取決于車(chē)速的刮水擋復(fù)位如果刮水器接通時(shí)ABS控制單元通報(bào)車(chē)速低于4km／h，刮水器電動(dòng)機(jī)控制單元就會(huì)將刮水器速度調(diào)低一擋。如果此后駕駛員使車(chē)輛加速，則車(chē)速超過(guò)8km／h時(shí)該系統(tǒng)接通事先選擇的刮水擋。取決于車(chē)速的間歇擋位對(duì)于在此所述的車(chē)輛來(lái)說(shuō)，與刮水擋復(fù)位一樣，四個(gè)可調(diào)間歇擋位取決于車(chē)輛的速度。因此，刮水擋時(shí)各刮水過(guò)程之間的間歇時(shí)間為1．28s，刮水擋4時(shí)該時(shí)間約為24s。預(yù)清洗如果車(chē)速低于120km／h時(shí)駕駛員操縱清洗和刮水功能，則只有清洗液泵啟用約0．8s后，才開(kāi)始執(zhí)行刮水過(guò)程。清洗和刮水功能完成后繼續(xù)刮水如果刮水器開(kāi)關(guān)位于清洗和刮水功能位置的時(shí)間超過(guò)0．5s，則松開(kāi)開(kāi)關(guān)后繼續(xù)刮水三次。如果操縱開(kāi)關(guān)的時(shí)間小于這個(gè)時(shí)間，則只執(zhí)行兩個(gè)后續(xù)刮水過(guò)程。水滴刮水如果車(chē)輛行駛速度超過(guò)2km／h，則三次或兩次繼續(xù)刮水后執(zhí)行一個(gè)最終刮水過(guò)程約5s。與CAN相比通過(guò)LIN數(shù)據(jù)總線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)是一種成本較低的解決方案，可以在短距離內(nèi)連接開(kāi)關(guān)、顯示屏、傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等控制元件。在此期間LIN總線(xiàn)發(fā)展成為另一種標(biāo)準(zhǔn)。局域互聯(lián)網(wǎng)意味著所有總線(xiàn)設(shè)備都位于一個(gè)有限安裝區(qū)域內(nèi)(例如駕駛員或前乘客車(chē)門(mén)內(nèi))。在聯(lián)網(wǎng)車(chē)輛系統(tǒng)內(nèi)LIN子網(wǎng)絡(luò)不是獨(dú)立工作，而是始終通過(guò)CAN-LIN接口或網(wǎng)關(guān)接入車(chē)輛的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)。因此LIN也稱(chēng)為局域子系統(tǒng)。這種網(wǎng)絡(luò)不用于替代CAN，而是作為CAN網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充。采用LIN標(biāo)準(zhǔn)可以進(jìn)一步減少導(dǎo)線(xiàn)數(shù)量，CAN規(guī)模過(guò)大時(shí)使用這種總線(xiàn)，尤其是在車(chē)身總線(xiàn)或舒適系統(tǒng)總線(xiàn)范圍內(nèi)。1．2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)未使用LIN總線(xiàn)的刮水器控制系統(tǒng)使用LIN總線(xiàn)的刮水器控制系統(tǒng)在線(xiàn)性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的LIN數(shù)據(jù)總線(xiàn)上最多可以連接63個(gè)設(shè)備。但是建議最多連接16個(gè)設(shè)備。根據(jù)工作任務(wù)，總線(xiàn)設(shè)備分為主控控制單元和副控控制單元。傳輸率可以在1～20kbit／s之間，在此優(yōu)先選擇2．4kbit／s、9．6kbit／s和19．6kbit／s。在此規(guī)定網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展上限為40m。LIN數(shù)據(jù)總線(xiàn)的工作電壓為12V。因此總線(xiàn)電平始終取決于UBat(車(chē)載網(wǎng)絡(luò)電壓)，不需要附加的電壓電平轉(zhuǎn)換器。1．3LIN數(shù)據(jù)總線(xiàn)上控制單元的結(jié)構(gòu)LIN數(shù)據(jù)總線(xiàn)上的控制單元主要由一個(gè)微控制器、一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器和一個(gè)LIN收發(fā)器組成。微控制器與收發(fā)器之間通過(guò)一個(gè)線(xiàn)性接口通信。LIN收發(fā)器的發(fā)送器轉(zhuǎn)換在此傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)總線(xiàn)上。接收器則負(fù)責(zé)讀取總線(xiàn)信號(hào)。電壓調(diào)節(jié)器將車(chē)載網(wǎng)絡(luò)電壓轉(zhuǎn)換為微控制器所需的5V電壓。因?yàn)長(zhǎng)IN信息過(guò)程傳輸本質(zhì)上與CAN不同，所以在LIN總線(xiàn)中始終需要一個(gè)主控控制單元和至少一個(gè)副控控制單元。只有主控單元通過(guò)石英晶體振蕩器確定時(shí)鐘頻率。副控單元利用電阻、電容器元件工作。只有主控控制單元發(fā)出請(qǐng)求信息時(shí)，副控控制單元才參與數(shù)據(jù)交換?？刂茊卧慕Y(jié)構(gòu)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)控制單元是LIN中的主控控制單元。該控制單元控制LIN總線(xiàn)和信息傳輸流程。例如何時(shí)通過(guò)LIN,總線(xiàn)發(fā)送哪些信息。此外，這個(gè)主控單元還負(fù)責(zé)處理所有故障、使總線(xiàn)與其時(shí)基同步、接收總線(xiàn)休眠時(shí)副控單元的喚醒抑制信號(hào)、控制數(shù)據(jù)字節(jié)和檢驗(yàn)字節(jié)以及系統(tǒng)診斷。診斷時(shí)控制單元為診斷測(cè)試儀準(zhǔn)備由LIN副控單元根據(jù)請(qǐng)求發(fā)送的答復(fù)信息。如果副控單元無(wú)應(yīng)答(故障信息：副控單元無(wú)響應(yīng)故障)，則在諸如發(fā)出五次查詢(xún)信息且無(wú)響應(yīng)后，會(huì)在主控單元內(nèi)存儲(chǔ)一條故障記錄。車(chē)載網(wǎng)絡(luò)控制單元作為主控單元兩個(gè)總線(xiàn)的協(xié)議、傳輸率和電壓電平不同。車(chē)載網(wǎng)絡(luò)控制單元還承擔(dān)兩個(gè)總線(xiàn)系統(tǒng)之間的網(wǎng)關(guān)功能。在此從CAN信息中過(guò)濾出用于LIN控制單元的信息，然后轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)IN協(xié)議。這個(gè)過(guò)程也可以向相反方向進(jìn)行。與LIN數(shù)據(jù)總線(xiàn)連接的刮水器電動(dòng)機(jī)控制單元集成在刮水器電動(dòng)機(jī)的殼體蓋板內(nèi)。該控制單元作為副控單元執(zhí)行車(chē)載網(wǎng)絡(luò)控制單元的指令。通常情況下一個(gè)LIN,總線(xiàn)上連接2—16個(gè)副控單元。主控單元發(fā)送一個(gè)相應(yīng)的標(biāo)識(shí)符后，這些副控單元才能接收和傳輸數(shù)據(jù)。除CAN接口外，副控單元的內(nèi)部接口與主控單元相同。因?yàn)橹骺貑卧矀鬏敂?shù)據(jù)，所以它也可以是一個(gè)副控單元。刮水器電動(dòng)機(jī)控制單元作為副控單元帶控制單元的刮水器電動(dòng)機(jī)在這個(gè)系統(tǒng)中刮水器來(lái)回運(yùn)動(dòng)不通過(guò)連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，而是通過(guò)刮水器電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)，刮水器擺臂達(dá)到調(diào)轉(zhuǎn)點(diǎn)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向自動(dòng)改變。因此也稱(chēng)為可逆電動(dòng)機(jī)。使用這種電動(dòng)機(jī)時(shí)，刮水器傳動(dòng)桿的所需空間明顯小于傳統(tǒng)系統(tǒng)。由刮水器電動(dòng)機(jī)控制單元微控制器控制的電橋電路使電樞電流反向流動(dòng)。為使電動(dòng)機(jī)向右轉(zhuǎn)動(dòng)，電橋電路的金屬氧化硅場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOS-FET)T1和T4必須導(dǎo)電，且MOS-FETT2和T3必須阻隔。轉(zhuǎn)動(dòng)方向改變時(shí)反向控制場(chǎng)效應(yīng)晶體管。為了確?？刂茊卧奈⒖刂破髂軌蚩刂普{(diào)轉(zhuǎn)時(shí)刻和刮水器速度，刮水器電動(dòng)機(jī)的電樞和齒輪上安裝了用于探測(cè)位置和轉(zhuǎn)速的霍爾傳感器。刮水器電動(dòng)機(jī)的控制刮水器向左轉(zhuǎn)動(dòng)刮水器向右轉(zhuǎn)動(dòng)電橋電路內(nèi)安裝的晶體管是金屬氧化硅場(chǎng)效應(yīng)晶體管。這種晶體管可以在無(wú)功率消耗狀態(tài)下進(jìn)行控制且可以快速接通大電流。在車(chē)輛技術(shù)中，這種晶體管已在很大程度上替代了控制單元輸出級(jí)斷路器內(nèi)的傳統(tǒng)晶體管和電路中的繼電器。金屬氧化硅具有半導(dǎo)體基本結(jié)構(gòu)。如果在柵極與源極之間施加一個(gè)正電壓，則基底內(nèi)源極與漏極接口之間產(chǎn)生一個(gè)導(dǎo)電層。在此可以借助柵極電壓影響電導(dǎo)率。其過(guò)程與控制NPN晶體管時(shí)類(lèi)似，在這種晶體管中相對(duì)于發(fā)射極的正電勢(shì)使集電極—發(fā)射極導(dǎo)通。對(duì)于MOS-FET來(lái)說(shuō)不需要此時(shí)流過(guò)的基極—發(fā)射極電流，因?yàn)闁艠O上的正電勢(shì)足以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)過(guò)程。電動(dòng)機(jī)電橋電路內(nèi)的金屬氧化硅場(chǎng)效應(yīng)晶體管金屬氧化硅場(chǎng)效應(yīng)晶體管截止金屬氧化硅場(chǎng)效應(yīng)晶體管導(dǎo)通轉(zhuǎn)向柱電子裝置控制單元轉(zhuǎn)向柱電子裝置控制單元由上下重疊布置的多個(gè)模塊組成。其任務(wù)是，將車(chē)窗玻璃刮水功能和轉(zhuǎn)向信號(hào)功能開(kāi)關(guān)以及定速巡航控制系統(tǒng)開(kāi)關(guān)等操作元件的信息發(fā)送到CAN數(shù)據(jù)總線(xiàn)上并分析收到的信息。該控制單元有兩個(gè)收發(fā)器，因此可以與舒適系統(tǒng)CAN和動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)CAN上的控制單元交換信息。LIN技術(shù)以經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的原理為基礎(chǔ)，其基本結(jié)構(gòu)與K導(dǎo)線(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)相似。LIN模塊的主要特征是易于實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槠湮⒖刂破鬏^簡(jiǎn)單且擁有與LIN收發(fā)器通信所需要的線(xiàn)性接口。在此不需要獨(dú)立的LIN控制器。2在LIN數(shù)據(jù)導(dǎo)線(xiàn)上生成信號(hào)LIN收發(fā)器將單線(xiàn)LIN總線(xiàn)導(dǎo)線(xiàn)的信號(hào)轉(zhuǎn)換到用于微控制器與收發(fā)器之間讀取和寫(xiě)入數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)雙線(xiàn)接口上并將信號(hào)發(fā)送到LIN總線(xiàn)上。用于在總線(xiàn)上生成信號(hào)的發(fā)送部件由一個(gè)集電極開(kāi)路驅(qū)動(dòng)器組成，需要發(fā)送一個(gè)顯性電平，即邏輯“0”時(shí)，該驅(qū)動(dòng)器切換為接地。收發(fā)器未受控制時(shí)，產(chǎn)生邏輯“1”隱性電平約12V。所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)內(nèi)都有上拉電阻。在主控單元中其電阻值為1kΩ，在副控單元中為30kΩ。上拉電阻前的二極管用于保護(hù)總線(xiàn)設(shè)備(至車(chē)輛接地的連接斷路)前的總線(xiàn)，同時(shí)還能防止電流經(jīng)過(guò)LIN數(shù)據(jù)導(dǎo)線(xiàn)流向控制單元。為防干擾輻射較大，LIN規(guī)范中規(guī)定信號(hào)電壓的最大上升和下降時(shí)間為1～3V／μs。以實(shí)現(xiàn)較好的電磁兼容性，其最大數(shù)據(jù)傳輸率(20kbit／s)。接收部件將總線(xiàn)導(dǎo)線(xiàn)上的電壓值與供電電壓值的一半進(jìn)行比較并將結(jié)果以TTL信號(hào)(TTL=晶體管—晶體管邏輯)的形式繼續(xù)發(fā)送給微控制器。LIN總線(xiàn)導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地或?qū)φ龢O短路時(shí)UN總線(xiàn)停止工作。2．1收發(fā)器工作原理LIN收發(fā)器的系統(tǒng)方框圖LIN發(fā)送器的基本結(jié)構(gòu)LIN接收器的基本結(jié)構(gòu)借助模擬電路解釋LIN收發(fā)器內(nèi)發(fā)送器和接收器的工作原理驅(qū)動(dòng)器晶體管BDl35的基極連接在模擬微控制器輸入信號(hào)(TxD)的功能發(fā)生器上。如果功能發(fā)生器在晶體管T1的基極上施加正電勢(shì)，則會(huì)使集電極—發(fā)射極導(dǎo)通且晶體管T2基極上的電壓從負(fù)電勢(shì)切換為正電勢(shì)。因此其集電極—基極段導(dǎo)電且LIN數(shù)據(jù)總線(xiàn)上的電壓值從11．3V切換為0．4V。因?yàn)樗惺瞻l(fā)器的晶體管都通過(guò)數(shù)據(jù)導(dǎo)線(xiàn)以并聯(lián)方式與負(fù)極連接，所以“低電平”為顯性電平且像CAN數(shù)據(jù)總線(xiàn)一樣覆蓋隱性電平。驅(qū)動(dòng)器晶體管BD135改變其開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)，晶體管BD108基極上的電勢(shì)也發(fā)生變化。因?yàn)橹挥幸粋€(gè)數(shù)據(jù)導(dǎo)線(xiàn)，所以作為比較器使用的運(yùn)算放大器分析LIN數(shù)據(jù)導(dǎo)線(xiàn)電壓值與供電電壓值一半之間的電壓差。輸出信號(hào)從運(yùn)算放大器傳輸至晶體管的輸出端RXD。如果觀察多個(gè)總線(xiàn)設(shè)備，則會(huì)看出設(shè)備是通過(guò)數(shù)據(jù)導(dǎo)線(xiàn)連接的。只有收發(fā)器輸出極內(nèi)的所有晶體管都阻隔時(shí)，總線(xiàn)電平才為高位或隱性。2．2LIN數(shù)據(jù)總線(xiàn)的電壓值和傳輸率該示波圖表示一個(gè)完整的LIN信息。示波器通道A設(shè)置為2V／格，時(shí)間格設(shè)為500μs／格。因此隱性電平的電壓值為12V，顯性電平的電壓值為OV。比特時(shí)間可以按數(shù)值約50μs讀取。傳輸率：X=20000bit／s=20kbit／s=20kBaud傳輸可靠性為確保數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸，LIN規(guī)范中規(guī)定了顯性電平和隱性電平的公差。接收器將接地及其內(nèi)部供電電壓作為數(shù)據(jù)導(dǎo)線(xiàn)上電壓電子的基準(zhǔn)電壓使用。供電電壓值與車(chē)載網(wǎng)絡(luò)電壓不同，車(chē)載網(wǎng)絡(luò)電壓可以在8～18V之間變化。如果電壓電平低于供電電壓的40％，則接收器將該數(shù)值解釋為邏輯“o”或顯性。如果電平值超過(guò)60％，則為邏輯“1”或隱性電平。對(duì)發(fā)送器來(lái)說(shuō)，規(guī)范中規(guī)定顯性和隱性電平與供電電壓或接地的最大允許偏差為10％。為確保外部干擾輻射不會(huì)造成傳輸中斷，接收信號(hào)時(shí)需要較大的公差。雖然未規(guī)定信號(hào)上升沿和下降沿的陡度，但是收發(fā)器的發(fā)送器必須將上升速度限制在大約2V／μs。只有這樣才能滿(mǎn)足有關(guān)電磁兼容性的規(guī)定。針對(duì)發(fā)送器的限值針對(duì)接收器的限值LIN數(shù)據(jù)總線(xiàn)系統(tǒng)的診斷通過(guò)LIN主控控制單元實(shí)現(xiàn)。通過(guò)CAN診斷總線(xiàn)、診斷網(wǎng)關(guān)和相應(yīng)的CAN數(shù)據(jù)總線(xiàn)可以訪(fǎng)問(wèn)這些主控控制單元。存儲(chǔ)在副控控制單元內(nèi)的診斷數(shù)據(jù)通過(guò)LIN數(shù)據(jù)總線(xiàn)傳輸至主控控制單元。3.診斷3．1故障信息和可能的故障原因故障部位主控控制單元故障碼存儲(chǔ)器內(nèi)的故障描述存儲(chǔ)故障記錄的原因LIN副控控制單元無(wú)信號(hào)／無(wú)法通信LIN副控控制單元與主控控制單元之間無(wú)法傳輸數(shù)據(jù)。主控控制單元軟件中規(guī)定了用于檢查數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間段。該故障的原因可能是LIN數(shù)據(jù)導(dǎo)線(xiàn)斷路或者對(duì)負(fù)極或正極短路、LIN控制單元供電部件損壞或者LIN副控單元或LIN主控單元部件型號(hào)錯(cuò)誤。刮水器電動(dòng)機(jī)控制單元或車(chē)燈和雨量傳感器(如果安裝的話(huà))LIN副控控制單元不可信信號(hào)如果某一控制單元通過(guò)校驗(yàn)和確認(rèn)存在一個(gè)故障或確認(rèn)信息傳輸不完整，則會(huì)出現(xiàn)這個(gè)故障信息。該故障的原因可能是電磁干擾影響、LIN導(dǎo)線(xiàn)上的電容或電阻發(fā)生變化以及插接連接件潮濕或有污物。控制單元型號(hào)不正確時(shí)也會(huì)出現(xiàn)這個(gè)故障信息。刮水器電動(dòng)機(jī)控制單元或車(chē)燈和雨量傳感器(如果安裝的話(huà))利用示波器進(jìn)行任何測(cè)量時(shí)，車(chē)輛接地都是確定LIN數(shù)據(jù)總線(xiàn)電壓電平的基準(zhǔn)點(diǎn)。必須將診斷設(shè)備連接在診斷接口上。3．2LIN數(shù)據(jù)總線(xiàn)故障系統(tǒng)無(wú)故障時(shí)，在網(wǎng)關(guān)安裝列表層