挡风玻璃刮水器系统

挡风玻璃刮水器子系统主讲：骆孟波在GolfV上车窗玻璃刮水器由一个单电动机刮水装置组成，其功能归属于舒适系统。转向柱模块内的控制单元读取刮水器开关的开关位置并将开关位置信息通过舒适系统CAN数据总线传输给车载网络控制单元，然后由车载网络控制单元进行控制。该控制单元将CAN信息转换为LIN信息，然后将信息发送到至刮水器电动机控制单元的LIN数据总线上。如果车辆带有雨量和车灯传感器，则还有其他控制方式。1车窗玻璃刮水器子系统车窗玻璃刮水器子系统通过刮水器控制开关可以设置不同的刮水器电动机刮水挡和刮水功能。车窗玻璃上有阻碍物或因某些原因造成刮水器驱动装置卡住时，刮水器电动机控制单元通过电动机耗电量提高识别到这种情况。如果五次尝试后无法推开阻碍物，则刮水器摆臂保持在静止位置。此后必须手动清除阻碍物。除在此所述的防卡住功能外，还可以执行其他功能：维护和冬季位置、备选静止位置、取决于车速的刮水挡复位、取决于车速的间歇挡位、预清洗、清洗和刮水功能完成后的继续刮水、水滴刮水。维护和冬季位置如果点火起动开关处于关闭位置后10s内，驾驶员向点动刮水方向操纵车窗玻璃刮水器开关，则刮水器摆臂移动到上部调转位置。在这个位置时很容易更换刮水片或将其从车窗玻璃上抬起，以免冬季时冻住。1．1刮水器控制备选静止位置两次关闭中的第二次关闭后，刮水器电动机向上移动一段距离，以便刮水片翻转到另一侧。通过这种交替翻转可以在刮水器处于静止位置时使刮水片刃口均匀承受负荷。取决于车速的刮水挡复位如果刮水器接通时ABS控制单元通报车速低于4km／h，刮水器电动机控制单元就会将刮水器速度调低一挡。如果此后驾驶员使车辆加速，则车速超过8km／h时该系统接通事先选择的刮水挡。取决于车速的间歇挡位对于在此所述的车辆来说，与刮水挡复位一样，四个可调间歇挡位取决于车辆的速度。因此，刮水挡时各刮水过程之间的间歇时间为1．28s，刮水挡4时该时间约为24s。预清洗如果车速低于120km／h时驾驶员操纵清洗和刮水功能，则只有清洗液泵启用约0．8s后，才开始执行刮水过程。清洗和刮水功能完成后继续刮水如果刮水器开关位于清洗和刮水功能位置的时间超过0．5s，则松开开关后继续刮水三次。如果操纵开关的时间小于这个时间，则只执行两个后续刮水过程。水滴刮水如果车辆行驶速度超过2km／h，则三次或两次继续刮水后执行一个最终刮水过程约5s。与CAN相比通过LIN数据总线联网是一种成本较低的解决方案，可以在短距离内连接开关、显示屏、传感器和执行机构等控制元件。在此期间LIN总线发展成为另一种标准。局域互联网意味着所有总线设备都位于一个有限安装区域内(例如驾驶员或前乘客车门内)。在联网车辆系统内LIN子网络不是独立工作，而是始终通过CAN-LIN接口或网关接入车辆的整个网络内。因此LIN也称为局域子系统。这种网络不用于替代CAN，而是作为CAN网络的补充。采用LIN标准可以进一步减少导线数量，CAN规模过大时使用这种总线，尤其是在车身总线或舒适系统总线范围内。1．2网络结构未使用LIN总线的刮水器控制系统使用LIN总线的刮水器控制系统在线性拓扑结构的LIN数据总线上最多可以连接63个设备。但是建议最多连接16个设备。根据工作任务，总线设备分为主控控制单元和副控控制单元。传输率可以在1～20kbit／s之间，在此优先选择2．4kbit／s、9．6kbit／s和19．6kbit／s。在此规定网络扩展上限为40m。LIN数据总线的工作电压为12V。因此总线电平始终取决于UBat(车载网络电压)，不需要附加的电压电平转换器。1．3LIN数据总线上控制单元的结构LIN数据总线上的控制单元主要由一个微控制器、一个电压调节器和一个LIN收发器组成。微控制器与收发器之间通过一个线性接口通信。LIN收发器的发送器转换在此传输的数据并将数据发送到数据总线上。接收器则负责读取总线信号。电压调节器将车载网络电压转换为微控制器所需的5V电压。因为LIN信息过程传输本质上与CAN不同，所以在LIN总线中始终需要一个主控控制单元和至少一个副控控制单元。只有主控单元通过石英晶体振荡器确定时钟频率。副控单元利用电阻、电容器元件工作。只有主控控制单元发出请求信息时，副控控制单元才参与数据交换。控制单元的结构车载网络控制单元是LIN中的主控控制单元。该控制单元控制LIN总线和信息传输流程。例如何时通过LIN,总线发送哪些信息。此外，这个主控单元还负责处理所有故障、使总线与其时基同步、接收总线休眠时副控单元的唤醒抑制信号、控制数据字节和检验字节以及系统诊断。诊断时控制单元为诊断测试仪准备由LIN副控单元根据请求发送的答复信息。如果副控单元无应答(故障信息：副控单元无响应故障)，则在诸如发出五次查询信息且无响应后，会在主控单元内存储一条故障记录。车载网络控制单元作为主控单元两个总线的协议、传输率和电压电平不同。车载网络控制单元还承担两个总线系统之间的网关功能。在此从CAN信息中过滤出用于LIN控制单元的信息，然后转换为LIN协议。这个过程也可以向相反方向进行。与LIN数据总线连接的刮水器电动机控制单元集成在刮水器电动机的壳体盖板内。该控制单元作为副控单元执行车载网络控制单元的指令。通常情况下一个LIN,总线上连接2—16个副控单元。主控单元发送一个相应的标识符后，这些副控单元才能接收和传输数据。除CAN接口外，副控单元的内部接口与主控单元相同。因为主控单元也传输数据，所以它也可以是一个副控单元。刮水器电动机控制单元作为副控单元带控制单元的刮水器电动机在这个系统中刮水器来回运动不通过连杆传动机构实现，而是通过刮水器电动机实现，刮水器摆臂达到调转点时电动机转动方向自动改变。因此也称为可逆电动机。使用这种电动机时，刮水器传动杆的所需空间明显小于传统系统。由刮水器电动机控制单元微控制器控制的电桥电路使电枢电流反向流动。为使电动机向右转动，电桥电路的金属氧化硅场效应晶体管(MOS-FET)T1和T4必须导电，且MOS-FETT2和T3必须阻隔。转动方向改变时反向控制场效应晶体管。为了确保控制单元的微控制器能够控制调转时刻和刮水器速度，刮水器电动机的电枢和齿轮上安装了用于探测位置和转速的霍尔传感器。刮水器电动机的控制刮水器向左转动刮水器向右转动电桥电路内安装的晶体管是金属氧化硅场效应晶体管。这种晶体管可以在无功率消耗状态下进行控制且可以快速接通大电流。在车辆技术中，这种晶体管已在很大程度上替代了控制单元输出级断路器内的传统晶体管和电路中的继电器。金属氧化硅具有半导体基本结构。如果在栅极与源极之间施加一个正电压，则基底内源极与漏极接口之间产生一个导电层。在此可以借助栅极电压影响电导率。其过程与控制NPN晶体管时类似，在这种晶体管中相对于发射极的正电势使集电极—发射极导通。对于MOS-FET来说不需要此时流过的基极—发射极电流，因为栅极上的正电势足以实现开关过程。电动机电桥电路内的金属氧化硅场效应晶体管金属氧化硅场效应晶体管截止金属氧化硅场效应晶体管导通转向柱电子装置控制单元转向柱电子装置控制单元由上下重叠布置的多个模块组成。其任务是，将车窗玻璃刮水功能和转向信号功能开关以及定速巡航控制系统开关等操作元件的信息发送到CAN数据总线上并分析收到的信息。该控制单元有两个收发器，因此可以与舒适系统CAN和动力传动系统CAN上的控制单元交换信息。LIN技术以经过验证的原理为基础，其基本结构与K导线的数据传输系统相似。LIN模块的主要特征是易于实现，因为其微控制器较简单且拥有与LIN收发器通信所需要的线性接口。在此不需要独立的LIN控制器。2在LIN数据导线上生成信号LIN收发器将单线LIN总线导线的信号转换到用于微控制器与收发器之间读取和写入数据的标准双线接口上并将信号发送到LIN总线上。用于在总线上生成信号的发送部件由一个集电极开路驱动器组成，需要发送一个显性电平，即逻辑“0”时，该驱动器切换为接地。收发器未受控制时，产生逻辑“1”隐性电平约12V。所有网络节点内都有上拉电阻。在主控单元中其电阻值为1kΩ，在副控单元中为30kΩ。上拉电阻前的二极管用于保护总线设备(至车辆接地的连接断路)前的总线，同时还能防止电流经过LIN数据导线流向控制单元。为防干扰辐射较大，LIN规范中规定信号电压的最大上升和下降时间为1～3V／μs。以实现较好的电磁兼容性，其最大数据传输率(20kbit／s)。接收部件将总线导线上的电压值与供电电压值的一半进行比较并将结果以TTL信号(TTL=晶体管—晶体管逻辑)的形式继续发送给微控制器。LIN总线导线对地或对正极短路时UN总线停止工作。2．1收发器工作原理LIN收发器的系统方框图LIN发送器的基本结构LIN接收器的基本结构借助模拟电路解释LIN收发器内发送器和接收器的工作原理驱动器晶体管BDl35的基极连接在模拟微控制器输入信号(TxD)的功能发生器上。如果功能发生器在晶体管T1的基极上施加正电势，则会使集电极—发射极导通且晶体管T2基极上的电压从负电势切换为正电势。因此其集电极—基极段导电且LIN数据总线上的电压值从11．3V切换为0．4V。因为所有收发器的晶体管都通过数据导线以并联方式与负极连接，所以“低电平”为显性电平且像CAN数据总线一样覆盖隐性电平。驱动器晶体管BD135改变其开关状态时，晶体管BD108基极上的电势也发生变化。因为只有一个数据导线，所以作为比较器使用的运算放大器分析LIN数据导线电压值与供电电压值一半之间的电压差。输出信号从运算放大器传输至晶体管的输出端RXD。如果观察多个总线设备，则会看出设备是通过数据导线连接的。只有收发器输出极内的所有晶体管都阻隔时，总线电平才为高位或隐性。2．2LIN数据总线的电压值和传输率该示波图表示一个完整的LIN信息。示波器通道A设置为2V／格，时间格设为500μs／格。因此隐性电平的电压值为12V，显性电平的电压值为OV。比特时间可以按数值约50μs读取。传输率：X=20000bit／s=20kbit／s=20kBaud传输可靠性为确保数据稳定传输，LIN规范中规定了显性电平和隐性电平的公差。接收器将接地及其内部供电电压作为数据导线上电压电子的基准电压使用。供电电压值与车载网络电压不同，车载网络电压可以在8～18V之间变化。如果电压电平低于供电电压的40％，则接收器将该数值解释为逻辑“o”或显性。如果电平值超过60％，则为逻辑“1”或隐性电平。对发送器来说，规范中规定显性和隐性电平与供电电压或接地的最大允许偏差为10％。为确保外部干扰辐射不会造成传输中断，接收信号时需要较大的公差。虽然未规定信号上升沿和下降沿的陡度，但是收发器的发送器必须将上升速度限制在大约2V／μs。只有这样才能满足有关电磁兼容性的规定。针对发送器的限值针对接收器的限值LIN数据总线系统的诊断通过LIN主控控制单元实现。通过CAN诊断总线、诊断网关和相应的CAN数据总线可以访问这些主控控制单元。存储在副控控制单元内的诊断数据通过LIN数据总线传输至主控控制单元。3.诊断3．1故障信息和可能的故障原因故障部位主控控制单元故障码存储器内的故障描述存储故障记录的原因LIN副控控制单元无信号／无法通信LIN副控控制单元与主控控制单元之间无法传输数据。主控控制单元软件中规定了用于检查数据传输的时间段。该故障的原因可能是LIN数据导线断路或者对负极或正极短路、LIN控制单元供电部件损坏或者LIN副控单元或LIN主控单元部件型号错误。刮水器电动机控制单元或车灯和雨量传感器(如果安装的话)LIN副控控制单元不可信信号如果某一控制单元通过校验和确认存在一个故障或确认信息传输不完整，则会出现这个故障信息。该故障的原因可能是电磁干扰影响、LIN导线上的电容或电阻发生变化以及插接连接件潮湿或有污物。控制单元型号不正确时也会出现这个故障信息。刮水器电动机控制单元或车灯和雨量传感器(如果安装的话)利用示波器进行任何测量时，车辆接地都是确定LIN数据总线电压电平的基准点。必须将诊断设备连接在诊断接口上。3．2LIN数据总线故障系统无故障时，在网关安装列表层