叶圣伟，胡燕娇

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

汽车雨刮系统的研究与分析

叶圣伟，胡燕娇

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

雨刮系统是汽车车身安全必不可少的装置，使驾驶员有一个清晰的视野以保证行车安全，降低雨雪天气下交通事故的发生，正朝着智能化和人性化的方向不断发展，本文主要针对我公司现有两代车型的雨刮控制系统的结构、控制原理进行了研究与分析。

汽车雨刮系统；车身控制器；控制原理

引言

汽车雨刮系统是行车安全的重要保证，它的作用是清除汽车驾驶室前，后挡风玻璃上的雨水，霜雪和尘埃等物质，使驾驶员有一个清晰的视野以保证行车安全，降低雨雪天气下交通事故的发生，直接影响到了乘车人员的财产和生命安全[1]。

汽车雨刮系统发明至今已有了100多年的历史，从最初的手动式雨刮直到现在的电动雨刮，其结构已经发生了翻天覆地的变化。随着近些年来汽车电子技术的不断发展及广泛应用，汽车雨刮系统正朝着智能化和人性化的方向不断发展。本文结合我公司汽车雨刮系统的发展历程，从雨刮系统的结构、控制原理进行了研究与分析。

1 汽车雨刮电机结构及调速原理

雨刮系统主要由雨刮电机，控制电路，减速传动机构和雨刮片总成组成。雨刮电机是整个雨刮系统的动力所在，为系统提供转速和扭矩；控制电路实现雨刮的高速、低速及间歇动作；减速传动机构功能是减小电机的输出转速，增大电机的输出扭矩，并将电机的转动变成雨刮片的来回摆动，雨刮电机是整个雨刮系统的动力所在，为系统提供转速和扭矩。

1.1 雨刮电机的基本结构

图1 雨刮电机外形图及内部结构图

雨刮电机主要分为定子和转子两部分，定子由电机外壳、主磁极、电刷和机座等部件组成；转子由电枢铁心、绕组、换向器等部件组成，外形和内部结构如图1所示。

雨刮电机的主要部件功能如下：

电枢铁心：电枢铁心既是主磁路的一部分，又是电枢绕组的支撑部件，为了形成较大的磁通，电枢铁心采用的是导磁率良好的硅钢片。

电枢绕组：电枢绕组由一定数目的线圈按一定规律连接而成，它是电机的电路部分。一般雨刮电机采用的是单叠对称绕组。

换向器：雨刮电机的换向器由12个彼此绝缘的换向片组成，换向片成圆筒状排列。每个电枢绕组首段和尾端的引线，分别焊在两个相邻的换向片上。

电刷装置：电刷装置将外电源引入电机的电枢，它由电刷，刷盒，刷杆和连线等部分组成。电刷是由石墨和金属粉末混合做成的导电块，放在刷盒内用弹簧以一定的压力按放在换向器表面。电机旋转时，电刷与换向器表面形成滑动接触。

1.2 雨刮电机的调速原理

在汽车的行驶过程中，雨刮电机的工作状态往往需要根据实际情况作调整。比如在降雨不是很大时，只需要刮水器低速刮水就能保证挡风玻璃的清洁和驾驶员视野的清晰；但在降雨很大时，则需要刮水器以相对较快的速度刮水。所以，雨刮电机设有高速档和低速档两种运行状态。

根据直流电机的调速原理可知转速公式为：

式中：U—电动机端电压，单位为V；

I—电枢绕组中的电流，单位为A；

R—电枢绕组的电阻，单位为Ω；

K—常数；

Z—正、负电刷间串联的绕组数；

φ—磁极磁通，单位为Wb。

从公式(1)可知，当电压U和电枢电流I基本不变时，可通过改变串联的绕组数Z或调节磁极磁通φ来改变电机的转速。雨刮电机正是通过改变正负电刷间的串联绕组数来调速的，它的调速原理如图2所示。

当雨刮电机处于低速档时，电流流经A、B两电刷，这两个电刷均位于换向器上的几何中性线上，这时电枢内部形成两条对称的支路，一条流经绕组6→5→4→3→2→1，另一条流经绕组 12→11→10→9→8→7，每条支路串联的绕组数为6个，匝数多，雨刮电机以较低的速度稳定运转。

当雨刮电机处于高速档时，电流流经C、B两电刷，这时电枢内部形成两条不对称的支路，一条流经绕组11→12→6→5→4→3→2→1，另一条流经绕组 10→9→8→7，绕组中11→12所产生的反电动势与6→5的反电动势方向相反（图中箭头方向为绕组反电动势方向），相互抵消，此时实际上每条支路串联的绕组只有4个，匝数较少，因此雨刮电机以较高的速度稳定运转。

图2 雨刮电机的调速原理

2 汽车雨刮系统的控制原理

雨刮系统是汽车车身不可缺少的一部分，不仅要满足安全性要求，更要注重舒适性，其控制方式也随着技术的进步发生了改进，其能够实现前雨刮的点动、关闭、间歇、低速、高速，后雨刮的打开、间歇、关闭，喷水、前大灯洗涤等功能[2]，本文主要针对Ⅰ代、Ⅱ代两代车型的前雨刮控制原理进行研究分析。

2.1 Ⅰ代车型

该平台车型通过机械结构复位与BCM（车身控制器）共同实现雨刮系统的功能，其控制原理如图3所示。其功能实现过程如下：

自动复位控制：当电机不处在复位位置时，此时机械复位开关接地，电源 IG2→共用电刷→电枢绕组→低速电刷→关闭开关触点→间歇继电器常闭触点→接地，电机按照低速控制运行直至到达复位位置；

制动控制：当电机处在复位位置时，此时机械复位开关接共用电刷，电源 IG2→共用电刷→电枢绕组→低速电刷→关闭开关触点→间歇继电器常闭触点→共用电刷，电枢绕组被短接产生很大的反电动势，电动机迅速停止转动；

关闭控制：电机执行自动复位和制动控制；

点动控制：短按时执行过程与关闭控制相同，长按时执行过程与低速控制相同；

间歇控制：BCM测量电阻设置间歇时间，通过间歇继电器脉冲触发，电源 IG2→共用电刷→电枢绕组→低速电刷→关闭开关触点→间歇继电器常开触点→接地，电机运行，其停止为关闭控制；

低速控制：电源 IG2→共用电刷→电枢绕组→低速电刷→低速开关触点→接地；

高速控制：电源 IG2→共用电刷→电枢绕组→高速电刷→高速开关触点→接地；

洗涤联动控制：洗涤电机喷水同时雨刮低速动作。

图3 Ⅰ代车型雨刮系统控制原理

2.2 Ⅱ代车型

该平台车型完全通过BCM实现雨刮系统的功能，集成度高，能够实现复杂的逻辑控制，编程行强，其控制原理如图4所示。具有以下功能：

图4 Ⅱ代车型雨刮系统控制原理

在钥匙处于点火开关ON档时，前雨刮控制开关拨到高速、低速、间歇位置即相应的开关接通，则前雨刮执行相应的动作。

雨刮高低速控制：当开关低速档导通，则低速继电器吸合，电机低速运转。若高速档导通，则高低速继电器同时吸合，电机高速运转；

雨刮点动开关有效时，低速继电器一直工作；

前雨刮复位控制：当开关关闭后，当电机未运行到初始位置时，BCM未接收复位档信号，继电器不断开，电机继续运行；当电机运行到初始位置时，复位开关闭合，BCM接收复位档信号，高低速继电器同时断开，电机停止运行；

在雨刮间歇工作时，喷水联动优先。

3 汽车雨刮控制系统的对比

通过Ⅰ代、Ⅱ代汽车雨刮系统的控制原理可知，从BCM成本、线束成本、实现功能三个方面进行对比，见表1。

表1 两代车型雨刮系统对比

通过表1可知，Ⅱ代相比Ⅰ代车型，线束成本较低及实现功能合理，但对系统控制器有较高的要求，BCM输入输出点数及继电器增加，人性化功能通过软件程序实现。

4 结束语

雨刮系统是汽车车身安全必不可少的装置，正朝着智能化和人性化的方向不断发展，本文主要针对我公司现有两代车型的雨刮控制系统的结构、控制原理进行了研究与分析。

[1] 周尚华. 汽车雨刮电机电磁干扰的仿真与实验研究[D]. 重庆：重庆大学, 2009. 18-20.

[2] 葛化敏,肖志铭,王勤伟. 新型智能汽车雨刮系统的设计[J]. 科技信息,2012,23：46.

Research and analysis of automotive wiper system

Ye Shengwei, Hu Yanjiao
（AnHui JiangHuai Automobile Group CO., LTD. Technical Center, Anhui Hefei 230601）

Wiper system is essential for automotive body safety device, so that the driver has a clear vision in order to ensure traffic safety and reduce traffic accidents under rain and snow, Is moving in the direction of intelligent and humane continuous development, this paper focuses My company has two generations of models wiper control system structure,control principle has been studied and analyzed .

automotive wiper system; body control module; control principle

CLC NO.: TP271 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)12-80-03

TP271 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)12-80-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.12.025

叶圣伟（1987-），男，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心。