雨刮电机复位原理及故障处理案例

龙小军，胡开银，唐 宾，陈鹏宇

（成都华川电装有限责任公司，四川 成都 610106）

1 雨刮系统及复位功能概述

雨刮系统是指能够刮净挡风玻璃外表上雨水、冰霜等物质的一整套装置，它能够及时刮除前风挡玻璃的障碍物，保证驾驶员视线清晰，减少事故发生概率。雨刮系统主要由雨刮电机、传动四连杆机构、雨刮臂以及雨刮片4部分组成，其中雨刮电机作为整个雨刮系统动力输出部分而成为雨刮系统的关重部件，同时在雨刮系统复位控制功能上，雨刮电机更是其核心。

所谓雨刮系统复位功能，是指当车身控制器/开关置于OFF或间歇挡时，雨刮系统不会立即停止工作，而是继续运转使得雨刮片准确停止于规定位置。目前市面上主要有机械式雨刮电机和电子式雨刮电机两种类型，其在复位实现方式上完全不同，而机械式雨刮电机目前在市面上仍然占有主导地位，此次讨论和研究的主要对象是机械式雨刮电机的复位问题。

2 雨刮电机复位原理

BCM（车身控制模块）雨刮复位控制策略：当采集到图1所示下降沿信号后，每间隔一定时间 （不同车型和厂家有所不同，一般为10～20ms）检测一次复位波形，连续多次（不同车型和厂家有所不同，一般为2～4次不等）检测到复位信号即认为到达复位位置，BCM控制停止对雨刮电机供电。

图1 复位波形示意图

雨刮电机复位回路原理：在产生BCM控制雨刮所需复位波形时，雨刮电机复位回路如图2所示，当复位板 （开关）与触头a、b处于如图2所示位置，复位信号回路导通使BCM获得低电平信号，BCM控制继电器Ⅰ、Ⅱ处于如图2所示位置，使电机按上图低速（53）回路搭铁导通，此时电机高、低速均与电源正极断开，低速端与电源负极接通，电机能耗制动实现复位。

图2 雨刮电机复位回路图

复位触头与复位板导通原理：雨刮电机复位信号梯形波取得的关键是通过齿轮上的复位板随电机360°旋转时，实现触头a与触头b有效通断，从而提供复位信息。

为了防止复位触头与复位板滑动接触过程中不会产生过度磨损、烧蚀等情况，复位触头与复位之间需要涂抺润滑脂。由于润滑脂本身不导电，在运行过程中是通过划破触头与复位板之间的油膜实现导通，而油膜在触头运行过程中可能产生流体润滑和边界润滑两种状态，从而导致触头a与触头b不能有效通断，产生复位杂波，导致复位故障的产生。油脂润滑状态如图3所示。

图3 油脂润滑状态

3 某车型雨刮复位卡滞问题案例分析

某车型在售后市场上收到多起雨刮电机间歇挡卡滞不良抱怨，故障描述为：雨刮系统在间歇挡运行时，雨刮会出现刚启动运行一小段后突然停滞的现象（就像突然断电了），如图4所示。卡滞现象偶发，且多发生在天气比较寒冷的冬季北方地区。

图4 卡滞故障现象

3.1 故障车型雨刮电机复位波形测试

3.1.1 针对市返品波形异常影响因素研究

经过26台市返品波形检测，其中有10台波形异常，因此挑选10台波形异常及1台波形正常市返品电机进行不同状态下对比分析，并希望通过此方法找出故障原因或者下一步研究方向。测试数据见表1，复位波形对比如图5所示。

表1 雨刮电机复位波形测试数据

图5 复位波形对比

通过测试发现，对电机进行一次拆装、增大触头压力都对消除故障有比较大的帮助，通过去除触头上的油污及打磨触头及复位板接触表面，在常温下可消除波形异常故障。分析如下。

1）故障件再现率不到50%，应该是与测试环境温度有关。

2）拆装、增大触头压力都能减少故障发生率，说明在触头与复位板接触之间有东西导致接触不良。

3）通过去除触头上的油污及打磨触头及复位板接触表面能使全部故障消除，说明油脂对该问题的产生有一定影响。

3.1.2 环境温度对复位波形影响测试分析

针对前面测试分析，认为温度对波形影响可能是主要因素，因此，同时对比新生产电机与市返品电机在不同温度条件下的波形测试。环境温度对复位波形影响测试数据见表2。

表2 环境温度对复位波形影响测试数据

分析如下。

1）电机复位波形随温度降低而变差，说明温度对该问题的产生有一定影响。

2）使用过一段时间（市返品）电机在低温状态下的表现更差，说明使用时间对该问题的产生有一定影响。

3.1.3 触头压力的测试及分析根据前面测试数据，触头压力对复位波形有一定影响，因此，对市返品故障件触头压力与批量产品触头压力、触头压力随时间变化情况、不同触头压力在低温下的表现情况进行测试，测试数据及结果详见表3～表5。

表3 市返品故障件触头压力与批量产品触头压力对比测试结果

表4 触头压力随时间变化情况

表5 不同触头压力在低温下的复位波形测试数据

分析如下。

1）市返品故障件触头压力与批量抽测产品为不同批次产品，其压力平均值相差0.08N，偏差百分比为2.4%左右，工程上视为相当，说明不同批次产品触头压力差异与该问题关系不大。

2）触头压力随时间变化变大变小波动相当，说明触头压力随时间变化对该问题的影响不大。

3）从对比测试5组压力偏小及压力偏大产品来看，压力偏大产品总体上看来波形比压力小的产品更好，说明触头压力大小对该问题有一定影响。

3.1.4 不同油脂对复位波形影响测试及分析

为了验证不同油脂在常温及低温状态下对复位波形影响情况，在原增大压力产品上增加测试-35℃环境及5台采用全合成油脂电机产品，测试数据见表6。

表6 不同油脂对复位波形影响测试数据

分析：通过更换全合成油脂并在增大触头压力的条件下进行的复位波形测试来看，进一步证明油脂对该问题的产生有很大的影响。

3.2 不同车型对比情况测试

根据市返品统计分析，卡滞问题仅在部分车型上出现，其出现比例较大，接近一半，且随时间的增加呈现增加的趋势，而在其它车型上则没有收到该类问题的投述。卡滞故障比例如图6所示，卡滞故障与使用时间关系统计如图7所示。

图6 卡滞故障比例

图7 卡滞故障与使用时间关系统计

由于不同车型市场表现情况差异很大，我们同时认为问题的产生与整车BCM控制策略也有一定关系。

4 试验验证

结合前面复位原理分析、市返品现象描述、市返品统计数据综合来看，我们将该问题锁定到油脂的选型、触头压力、复位板材料以及整车BCM控制策略等几个方面，并进行更加深入验证。

4.1 油脂类型、触头压力、复位板材料交叉作用的验证及结论

实验目的：验证全合成及原用半合成油脂在各种压力、复位板材料以及温度复合条件下复位波形状态哪个更好。实验方法如下。

1）电机在实验条件温度下放置至少2h。

2）复位波形测试时电机端通以13.5±0.2V端电压，复位回路模拟车身BMC控制器通以20mA烧蚀电流。

3）采集第1个出现的低电平复位波形。

油脂类型、触头压力、复位板材料交叉作用的测试数据见表7。

表7 油脂类型、触头压力、复位板材料交叉作用的测试数据

结论：使用全合成油脂电机在各种压力、复位板材料以及温度条件下，复位波形状态都较原使用半合成油脂更好。

4.2 全合成油脂耐久试验验证及结论

实验目的：验证全合成油脂在耐久过程中复位波形是否会发生变化。

实验方法如下。

1）电机在-35℃温度条件下放置至少2h。

2）复位波形测试时电机端通以13.5±0.2V端电压，复位回路模拟车身BMC控制器通以20mA烧蚀电流。

3）采集第1个出现的低电平复位波形。

全合成油脂耐久试验测试数据见表8。

表8 全合成油脂耐久试验测试数据

结论：采用全合成油脂后，电机复位波形不会随使用时间的增加而发生变化。

4.3 整车BCM控制策略的分析及试验验证

雨刮电机复位低电平时长计算（约110～125ms）：

按40r/min计算：t=（60×1000ms/40×360°）×30°=4.17ms×30°=125ms。

按45r/min计算：t=（60×1000ms/45×360°）×30°=3.7ms×30°=110ms。

雨刮电机复位过冲时长（按过冲角度5°测试换算）约：20ms。

1）发生卡滞故障车型BCM策略分析：BCM检波频次为10ms，采集到下降沿信号后检测到2次（即10～20ms）低电平后切换雨刮电机进入复位回路，加上雨刮电机惯性作用过冲20ms，则电机在30～40ms处停止。启动间歇挡后，当出现一个能让BCM错误识别的高电平（时长20～30ms的杂波），然后只需再出现一段超过40ms（如图8所示约可提供60ms时长）低电平，则雨刮立即停止下来，即出现卡滞现象。

图8 卡滞故障复位波形示意

2）基于卡滞故障车型调整BCM策略分析：检波频次仍为10ms，采集到下降沿信号后由检测到2次调整为检测到4次（即30～40ms）后切换雨刮电机进入复位回路，加上雨刮电机惯性作用过冲20ms，则电机在50～60ms处停止。在同样遇到一个时长20～30ms杂波干扰后，剩下余波长度约为40ms，启动间歇挡后，需要再出现50～60ms低电平才会发生卡滞现象，因此，从理论分析来看调整BCM控制策略后几乎不可能出现卡滞现象。调整BCM策略复位波形示意如图9所示。

图9 调整BCM策略复位波形示意

3）试验验证：通过人工干预在雨刮运行过程中，人为增加复位干扰杂波以再现卡滞现象。通过模拟上述两种复位杂波，并分别在两种BCM控制策略车型上进行验证，试验结果与上述分析结果保持一致，即认为分析有效。

4.4 改进措施及市场验证情况

此次雨刮卡滞问题涉及雨刮电机及整车BCM控制系统两部分，从零部件生产企业的角度来讲，更多的是应该想办法解决避免雨刮电机本身产生复位杂波的问题，但如果能同时对整车控制策略进行优化效果应该更好。

基于现款车型已经量产（BCM控制策略不能轻易变动），同时可分别验证雨刮电机单独改进与整车BCM同时改进之间的差异效果，分别针对现款出现卡滞的车型（称为A车型）与一款搭载相同雨刮电机的新款B车型采取不同的改进措施。

A车型：更改雨刮电机用油脂为全合成油、触头压力在现有基础上加大两项措施。

B车型：在A车型雨刮电机改进基础上，增加BCM控制策略调整。

市场跟踪情况：经过一年左右的市场跟踪，A车型断电后电机复位卡滞故障率降到改进前的1/10，B车型复位卡滞故障率为0。

5 结束语

雨刮系统复位问题产生原因很多，可能同时涉及零件单体及整车系统、同时涉及故障不易再现等各种问题，针对此类问题，我们需要仔细分析故障现象，收集更多更全的一手资料，并通过资料的收集和初步分析，找到与之对应的相关理论，再通过理论研究找出问题/故障的本质并加以试验验证，最后通过市场验证，以达到理论与实践的有机结合，从而成功解决问题。