擋風玻璃刮水器系統(tǒng)

擋風玻璃刮水器子系統(tǒng)主講：駱孟波在GolfV上車窗玻璃刮水器由一個單電動機刮水裝置組成，其功能歸屬于舒適系統(tǒng)。轉向柱模塊內的控制單元讀取刮水器開關的開關位置并將開關位置信息通過舒適系統(tǒng)CAN數據總線傳輸給車載網絡控制單元，然后由車載網絡控制單元進行控制。該控制單元將CAN信息轉換為LIN信息，然后將信息發(fā)送到至刮水器電動機控制單元的LIN數據總線上。如果車輛帶有雨量和車燈傳感器，則還有其他控制方式。1車窗玻璃刮水器子系統(tǒng)車窗玻璃刮水器子系統(tǒng)通過刮水器控制開關可以設置不同的刮水器電動機刮水擋和刮水功能。車窗玻璃上有阻礙物或因某些原因造成刮水器驅動裝置卡住時，刮水器電動機控制單元通過電動機耗電量提高識別到這種情況。如果五次嘗試后無法推開阻礙物，則刮水器擺臂保持在靜止位置。此后必須手動清除阻礙物。除在此所述的防卡住功能外，還可以執(zhí)行其他功能：維護和冬季位置、備選靜止位置、取決于車速的刮水擋復位、取決于車速的間歇擋位、預清洗、清洗和刮水功能完成后的繼續(xù)刮水、水滴刮水。維護和冬季位置如果點火起動開關處于關閉位置后10s內，駕駛員向點動刮水方向操縱車窗玻璃刮水器開關，則刮水器擺臂移動到上部調轉位置。在這個位置時很容易更換刮水片或將其從車窗玻璃上抬起，以免冬季時凍住。1．1刮水器控制備選靜止位置兩次關閉中的第二次關閉后，刮水器電動機向上移動一段距離，以便刮水片翻轉到另一側。通過這種交替翻轉可以在刮水器處于靜止位置時使刮水片刃口均勻承受負荷。取決于車速的刮水擋復位如果刮水器接通時ABS控制單元通報車速低于4km／h，刮水器電動機控制單元就會將刮水器速度調低一擋。如果此后駕駛員使車輛加速，則車速超過8km／h時該系統(tǒng)接通事先選擇的刮水擋。取決于車速的間歇擋位對于在此所述的車輛來說，與刮水擋復位一樣，四個可調間歇擋位取決于車輛的速度。因此，刮水擋時各刮水過程之間的間歇時間為1．28s，刮水擋4時該時間約為24s。預清洗如果車速低于120km／h時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，才開始執(zhí)行刮水過程。清洗和刮水功能完成后繼續(xù)刮水如果刮水器開關位于清洗和刮水功能位置的時間超過0．5s，則松開開關后繼續(xù)刮水三次。如果操縱開關的時間小于這個時間，則只執(zhí)行兩個后續(xù)刮水過程。水滴刮水如果車輛行駛速度超過2km／h，則三次或兩次繼續(xù)刮水后執(zhí)行一個最終刮水過程約5s。與CAN相比通過LIN數據總線聯(lián)網是一種成本較低的解決方案，可以在短距離內連接開關、顯示屏、傳感器和執(zhí)行機構等控制元件。在此期間LIN總線發(fā)展成為另一種標準。局域互聯(lián)網意味著所有總線設備都位于一個有限安裝區(qū)域內(例如駕駛員或前乘客車門內)。在聯(lián)網車輛系統(tǒng)內LIN子網絡不是獨立工作，而是始終通過CAN-LIN接口或網關接入車輛的整個網絡內。因此LIN也稱為局域子系統(tǒng)。這種網絡不用于替代CAN，而是作為CAN網絡的補充。采用LIN標準可以進一步減少導線數量，CAN規(guī)模過大時使用這種總線，尤其是在車身總線或舒適系統(tǒng)總線范圍內。1．2網絡結構未使用LIN總線的刮水器控制系統(tǒng)使用LIN總線的刮水器控制系統(tǒng)在線性拓撲結構的LIN數據總線上最多可以連接63個設備。但是建議最多連接16個設備。根據工作任務，總線設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)定網絡擴展上限為40m。LIN數據總線的工作電壓為12V。因此總線電平始終取決于UBat(車載網絡電壓)，不需要附加的電壓電平轉換器。1．3LIN數據總線上控制單元的結構LIN數據總線上的控制單元主要由一個微控制器、一個電壓調節(jié)器和一個LIN收發(fā)器組成。微控制器與收發(fā)器之間通過一個線性接口通信。LIN收發(fā)器的發(fā)送器轉換在此傳輸的數據并將數據發(fā)送到數據總線上。接收器則負責讀取總線信號。電壓調節(jié)器將車載網絡電壓轉換為微控制器所需的5V電壓。因為LIN信息過程傳輸本質上與CAN不同，所以在LIN總線中始終需要一個主控控制單元和至少一個副控控制單元。只有主控單元通過石英晶體振蕩器確定時鐘頻率。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)出請求信息時，副控控制單元才參與數據交換。控制單元的結構車載網絡控制單元是LIN中的主控控制單元。該控制單元控制LIN總線和信息傳輸流程。例如何時通過LIN,總線發(fā)送哪些信息。此外，這個主控單元還負責處理所有故障、使總線與其時基同步、接收總線休眠時副控單元的喚醒抑制信號、控制數據字節(jié)和檢驗字節(jié)以及系統(tǒng)診斷。診斷時控制單元為診斷測試儀準備由LIN副控單元根據請求發(fā)送的答復信息。如果副控單元無應答(故障信息：副控單元無響應故障)，則在諸如發(fā)出五次查詢信息且無響應后，會在主控單元內存儲一條故障記錄。車載網絡控制單元作為主控單元兩個總線的協(xié)議、傳輸率和電壓電平不同。車載網絡控制單元還承擔兩個總線系統(tǒng)之間的網關功能。在此從CAN信息中過濾出用于LIN控制單元的信息，然后轉換為LIN協(xié)議。這個過程也可以向相反方向進行。與LIN數據總線連接的刮水器電動機控制單元集成在刮水器電動機的殼體蓋板內。該控制單元作為副控單元執(zhí)行車載網絡控制單元的指令。通常情況下一個LIN,總線上連接2—16個副控單元。主控單元發(fā)送一個相應的標識符后，這些副控單元才能接收和傳輸數據。除CAN接口外，副控單元的內部接口與主控單元相同。因為主控單元也傳輸數據，所以它也可以是一個副控單元。刮水器電動機控制單元作為副控單元帶控制單元的刮水器電動機在這個系統(tǒng)中刮水器來回運動不通過連桿傳動機構實現，而是通過刮水器電動機實現，刮水器擺臂達到調轉點時電動機轉動方向自動改變。因此也稱為可逆電動機。使用這種電動機時，刮水器傳動桿的所需空間明顯小于傳統(tǒng)系統(tǒng)。由刮水器電動機控制單元微控制器控制的電橋電路使電樞電流反向流動。為使電動機向右轉動，電橋電路的金屬氧化硅場效應晶體管(MOS-FET)T1和T4必須導電，且MOS-FETT2和T3必須阻隔。轉動方向改變時反向控制場效應晶體管。為了確?？刂茊卧奈⒖刂破髂軌蚩刂普{轉時刻和刮水器速度，刮水器電動機的電樞和齒輪上安裝了用于探測位置和轉速的霍爾傳感器。刮水器電動機的控制刮水器向左轉動刮水器向右轉動電橋電路內安裝的晶體管是金屬氧化硅場效應晶體管。這種晶體管可以在無功率消耗狀態(tài)下進行控制且可以快速接通大電流。在車輛技術中，這種晶體管已在很大程度上替代了控制單元輸出級斷路器內的傳統(tǒng)晶體管和電路中的繼電器。金屬氧化硅具有半導體基本結構。如果在柵極與源極之間施加一個正電壓，則基底內源極與漏極接口之間產生一個導電層。在此可以借助柵極電壓影響電導率。其過程與控制NPN晶體管時類似，在這種晶體管中相對于發(fā)射極的正電勢使集電極—發(fā)射極導通。對于MOS-FET來說不需要此時流過的基極—發(fā)射極電流，因為柵極上的正電勢足以實現開關過程。電動機電橋電路內的金屬氧化硅場效應晶體管金屬氧化硅場效應晶體管截止金屬氧化硅場效應晶體管導通轉向柱電子裝置控制單元轉向柱電子裝置控制單元由上下重疊布置的多個模塊組成。其任務是，將車窗玻璃刮水功能和轉向信號功能開關以及定速巡航控制系統(tǒng)開關等操作元件的信息發(fā)送到CAN數據總線上并分析收到的信息。該控制單元有兩個收發(fā)器，因此可以與舒適系統(tǒng)CAN和動力傳動系統(tǒng)CAN上的控制單元交換信息。LIN技術以經過驗證的原理為基礎，其基本結構與K導線的數據傳輸系統(tǒng)相似。LIN模塊的主要特征是易于實現，因為其微控制器較簡單且擁有與LIN收發(fā)器通信所需要的線性接口。在此不需要獨立的LIN控制器。2在LIN數據導線上生成信號LIN收發(fā)器將單線LIN總線導線的信號轉換到用于微控制器與收發(fā)器之間讀取和寫入數據的標準雙線接口上并將信號發(fā)送到LIN總線上。用于在總線上生成信號的發(fā)送部件由一個集電極開路驅動器組成，需要發(fā)送一個顯性電平，即邏輯“0”時，該驅動器切換為接地。收發(fā)器未受控制時，產生邏輯“1”隱性電平約12V。所有網絡節(jié)點內都有上拉電阻。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總線設備(至車輛接地的連接斷路)前的總線，同時還能防止電流經過LIN數據導線流向控制單元。為防干擾輻射較大，LIN規(guī)范中規(guī)定信號電壓的最大上升和下降時間為1～3V／μs。以實現較好的電磁兼容性，其最大數據傳輸率(20kbit／s)。接收部件將總線導線上的電壓值與供電電壓值的一半進行比較并將結果以TTL信號(TTL=晶體管—晶體管邏輯)的形式繼續(xù)發(fā)送給微控制器。LIN總線導線對地或對正極短路時UN總線停止工作。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)送器的基本結構LIN接收器的基本結構借助模擬電路解釋LIN收發(fā)器內發(fā)送器和接收器的工作原理驅動器晶體管BDl35的基極連接在模擬微控制器輸入信號(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，則會使集電極—發(fā)射極導通且晶體管T2基極上的電壓從負電勢切換為正電勢。因此其集電極—基極段導電且LIN數據總線上的電壓值從11．3V切換為0．4V。因為所有收發(fā)器的晶體管都通過數據導線以并聯(lián)方式與負極連接，所以“低電平”為顯性電平且像CAN數據總線一樣覆蓋隱性電平。驅動器晶體管BD135改變其開關狀態(tài)時，晶體管BD108基極上的電勢也發(fā)生變化。因為只有一個數據導線，所以作為比較器使用的運算放大器分析LIN數據導線電壓值與供電電壓值一半之間的電壓差。輸出信號從運算放大器傳輸至晶體管的輸出端RXD。如果觀察多個總線設備，則會看出設備是通過數據導線連接的。只有收發(fā)器輸出極內的所有晶體管都阻隔時，總線電平才為高位或隱性。2．2LIN數據總線的電壓值和傳輸率該示波圖表示一個完整的LIN信息。示波器通道A設置為2V／格，時間格設為500μs／格。因此隱性電平的電壓值為12V，顯性電平的電壓值為OV。比特時間可以按數值約50μs讀取。傳輸率：X=20000bit／s=20kbit／s=20kBaud傳輸可靠性為確保數據穩(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部供電電壓作為數據導線上電壓電子的基準電壓使用。供電電壓值與車載網絡電壓不同，車載網絡電壓可以在8～18V之間變化。如果電壓電平低于供電電壓的40％，則接收器將該數值解釋為邏輯“o”或顯性。如果電平值超過60％，則為邏輯“1”或隱性電平。對發(fā)送器來說，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造成傳輸中斷，接收信號時需要較大的公差。雖然未規(guī)定信號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。只有這樣才能滿足有關電磁兼容性的規(guī)定。針對發(fā)送器的限值針對接收器的限值LIN數據總線系統(tǒng)的診斷通過LIN主控控制單元實現。通過CAN診斷總線、診斷網關和相應的CAN數據總線可以訪問這些主控控制單元。存儲在副控控制單元內的診斷數據通過LIN數據總線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器內的故障描述存儲故障記錄的原因LIN副控控制單元無信號／無法通信LIN副控控制單元與主控控制單元之間無法傳輸數據。主控控制單元軟件中規(guī)定了用于檢查數據傳輸的時間段。該故障的原因可能是LIN數據導線斷路或者對負極或正極短路、LIN控制單元供電部件損壞或者LIN副控單元或LIN主控單元部件型號錯誤。刮水器電動機控制單元或車燈和雨量傳感器(如果安裝的話)LIN副控控制單元不可信信號如果某一控制單元通過校驗和確認存在一個故障或確認信息傳輸不完整，則會出現這個故障信息。該故障的原因可能是電磁干擾影響、LIN導線上的電容或電阻發(fā)生變化以及插接連接件潮濕或有污物?？刂茊卧吞柌徽_時也會出現這個故障信息。刮水器電動機控制單元或車燈和雨量傳感器(如果安裝的話)利用示波器進行任何測量時，車輛接地都是確定LIN數據總線電壓電平的基準點。必須將診斷設備連接在診斷接口上。3．2LIN數據總線故障系統(tǒng)無故障時，在網關安裝列表層