CN105353309A - 一种汽车雨刮器电机性能检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车雨刮器电机性能检测装置及检测方法，属于汽车零部件领域，包括一个控制箱，控制箱内安装一块测控板，测控板通过控制箱接口和专用接线端子与雨刮器电机相连。所述测控板包括一个ARM？Cortex-M3内核的微控制器，一个固态继电器模块构成的数字输出模块，一个光电耦合器模块构成的数字输入模块，一个与上位机通信的USB模块和一个向测控板和电机提供5V、15V电压的AC转DC电源模块。测控板通过数字输入/输出模块与电机合理连线，结合雨刮器电机自身复位机构和控制特点，利用微控制器内置硬件资源和测控软件，提供一种对电机转速、复位区宽度等重要性能指标的同步一体化检测方法。本发明的优点在于检测精度高，效率高，简单易用，成本低。

Description

一种汽车雨刮器电机性能检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及一种汽车雨刮器电机性能检测装置，尤其是检测电机转速、复位区宽度等指标，属于汽车零部件制造领域。

背景技术

汽车雨刮器是汽车雨天行驶的重要安全设备。汽车雨刮器高速、低速刮水功能和自动复位功能，是通过雨刮器电机的结构和控制方式实现的。目前汽车上常用的雨刮器电机根据接线方式主要有5线制和4线制两种类型，如图1和图2所示，图1中的复位正极线104、复位线105、负极线106、高速线107和低速线108分别与电机转子101和自动复位器102相接，而图2的四线制电机没有复位正极线。当雨刮器关闭时，电机会继续旋转，直到复位线触点和负极线触点在复位区103处短路，电机转子由于断电和制动，使电机完成复位。自动复位器上复位区103的宽度对复位能否完成至关重要，因此复位区宽度，高、低转速值和高、低转速差等是雨刮器装配完成后需要检测的重要指标。目前企业生产中，对复位区宽度检测需要采用特殊电路，并通过示波器捕捉电机转过复位区时产生的电脉冲信号宽度来进行评价的，这种方法操作困难，效率低下，只适合样品抽检；对于高、低转速检测，目前的检测方法是在雨刮器曲柄起始位置放置接近开关，刮臂往返刮刷一次，接近开关通、断、通一次，根据两次导通之间的时间计算出转速，实践表明这种方法对接近开关的位置要求严格，容易出现检测不到接近开关的情况，且检测精度较低；另外，由于5线制和4线制电机复位方法不一样，因此现有检测装置通常设计两套控制电路，两套检测软件，导致成本上升。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开了一种汽车雨刮器电机性能检测装置及检测方法，直接利用电机自身复位机构和控制原理，实现复位区宽度、高低转速同步一体化检测，且5线制和4线制电机使用同一套控制电路和测控软件，检测精度高，使用方便，成本低。实现本发明的检测装置的技术方案如下：

一种汽车雨刮器电机性能检测装置，包括微控制器模块、数字输出模块、数字输入模块、电磁继电器；

微控制器模块分别与所述数字输入模块、数字输出模块相连接，所述电磁继电器、专用接线端子的一端与所述数字输出模块相连，专用接线端子的另一端连接雨刮器电机；

所述数字输入模块、所述数字输出模块以及所述电磁继电器在检测雨刮器电机性能时均通过专用接线端子与雨刮器电机相连；

所述微控制器模块通过控制数字输出模块、数字输入模块以及电磁继电器实现雨刮器电机高速、低速和复位区宽度的检测。

作为优选技术方案，还包括启动按钮、停止按钮、指示灯以及触摸屏模块；所述启动按钮与停止按钮均与所述数字输入模块相连接，所述指示灯与所述数字输出模块相连接；所述触摸屏模块通过显示接口与微控制器模块相连。

作为优选技术方案，还包括USB模块和电源模块；所述USB模块一端与所述微控制器模块相连接、另一端连接上位机；电源模块用于为检测装置供电。

作为优选技术方案，还包括控制箱和位于控制箱内部的测控板；所述启动按钮、停止按钮、指示灯、触摸屏模块以及电磁继电器、显示接口均设置在所述控制箱的箱体上，所述微控制器模块、数字输出模块、数字输入模块、电源模块以及USB模块均焊接在测控板上。

作为优选技术方案，所述数字输入模块包括光电耦合器，所述数字输出模块包括固态继电器，所述微控制器模块采用ARMCortex-M3内核CPU。

作为优选技术方案，所述电源模块将220V交流电转换成直流电，所述直流电包括5V电压和15V电压，所述5V电压为微控制器模块供电，所述15V电压为雨刮器电机、指示灯、启动按钮和停止按钮供电。

基于上述装置，本发明还提出了一种汽车雨刮器电机性能检测方法，包括如下步骤：

步骤1：将检测装置和雨刮器电机连接好，通过触摸屏模块设置好检测参数和电机高速、低速旋转圈数；

步骤2：检测雨刮器电机的性能，包括高速、低速以及复位区宽度。

作为优选技术方案，所述步骤1中检测装置和雨刮器电机的连接关系为：

IN1输出端连接微控制器模块的定时/计数器T1，并工作在周期测量模式；IN2输出端连接微控制器模块的定时/计数器T2，工作在计时模式；IN3输出端连接微控制器模块的定时/计数器T3，工作在脉冲捕捉模式；

K1的NO1端口通过K4接专用接线端子的低速端口，K2的NO2端口接专用接线端子的高速端口，K3的NO3端口通过K4接专用接线端子的复位端口，K1的COM1端口、K2的COM2端口以及K3的COM3端口均接15V+，K3的NC3端口分别接IN1的IN1+端口和IN2的IN2+端口，IN1的IN1-端口、IN2的IN2-端口均连接专用接线端子的复位端口，IN3的IN3+端口通过K4接15V+，IN3的IN3-端口接15V-，专用接线端子的负极接15V-，专用接线端子的低速端口通过K4接15V-；

所述IN1、IN2、IN3分别表示数字输入模块的光电耦合器，K1、K2、K3分别表示数字输出模块的固态继电器，K4表示电磁继电器。

作为优选技术方案，所述步骤2具体包括如下步骤:

步骤2.1：按启动按钮开始检测；

步骤2.2：使K1、K3断电，K2得电，电机高速旋转；定时/计数器T1测出脉冲周期和高电平宽度，检测装置根据脉冲周期计算出转速，根据脉冲高电平宽度评估复位区宽度；当转动圈数达到设定值，自动切换到低速旋转；

步骤2.3：低速旋转时，K2、K3断电，K1得电，测量过程同步骤2.2相同；当定时/计数器T2捕捉脉冲上升沿次数达到设定值，自动切换到复位控制；

步骤2.4：复位控制时，K1、K3得电，K2断电，电机继续低速旋转至复位触点与复位区接触时，K4得电，K4常闭触点断开，常开触点闭合，切断低速电流，同时造成复位线和负极线短路，实现电机制动复位；K4常开触点闭合使光耦IN3导通，定时/计数器T3捕捉脉冲上升沿，据此判断复位结束，检测装置切断K1和K3，检测完成；

所述步骤2.1至步骤2.4中的K1、K2、K3分别表示数字输出模块22的固态继电器，K4表示电磁继电器15，IN1、IN2、IN3分别表示数字输入模块23的光电耦合器。

作为优选技术方案，所述步骤2.2和所述步骤2.3中转动圈数达到设定值的判断方法为：利用定时/计数器T2捕捉脉冲上升沿，每转一圈，计数值加1，以此计数转动圈数，将此计数值与设定值比较。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)同示波器检测相比，电机自动复位区宽度和电机转速能够同步检测，精度高，操作方便，效率高，即可用于抽检，又可用于全检。

(2)同利用接近开关检测相比，根据电机自身结构和控制电路检测转速，精度高，机构简单。

(3)5线制和4线制电机使用同一套测控电路和软件，实用方便、成本低。

(4)检测装置既可以单独运行，又可以根据需要与上位机配合，实现更复杂的检测。

附图说明

图1为5线制雨刮器电机结构示意图；

图2为4线制雨刮器电机结构示意图；

图3为本发明的检测装置示意框图；

图4为本发明与雨刮器电机接线的实施例电路图；

图5为本发明作为检测依据的脉冲波形图。

图中标记：101-电机转子，102-自动复位器，103-复位区，104-复位正极线，105-复位线，106-负极线，107-高速线，108-低速线，1-控制箱，2-测控板，3-专用接线端子，4-雨刮器电机，11-启动按钮，12-停止按钮，13-指示灯，14-触摸屏模块，15-电磁继电器，16-显示接口，21-微控制器模块，22-数字输出模块，23-数字输入模块，24-USB模块，25-电源模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详尽描述。

如图1和图2所示，分别为5线制和4线制雨刮器电机结构示意图。图1中的复位正极线104、复位线105、负极线106、高速线107和低速线108分别与电机转子101和自动复位器102相接，而图2的四线制电机没有复位正极线。当雨刮器关闭时，电机会继续旋转，直到复位线触点和负极线触点在复位区103处短路，电机转子由于断电和制动，使电机完成复位。自动复位器上复位区103的宽度对复位能否完成至关重要，因此复位区宽度，高、低转速值和高、低转速差等是雨刮器装配完成后需要检测的重要指标。为此，本发明提出了一种汽车雨刮器电机性能检测装置和检测方法。

如图3所示，本发明提出的一种汽车雨刮器电机性能检测装置，包括控制箱1，安装在所述控制箱1内部的测控板2，连接雨刮器电机接头和所述测控板2的专用接线端子3。其中，控制箱1上安装有启动按钮11，停止按钮12，指示灯13，触摸屏模块14，双路15V电磁继电器15以及显示接口16。

测控板2上包括微控制器模块21、数字输出模块22、数字输入模块23、USB模块24、电源模块25。所述微控制器模块21用于实现所有测控、管理功能，所述微控制器模块21采用ARMCortex-M3内核CPU实现。所述数字输出模块22采用8路固态继电器，用于电机调速与启停，数字输出模块22的一端连接微控制器模块21，另一端连接指示灯13、电磁继电器15和专用接线端子3的一端，专用接线端子3另一端连接雨刮器电机4。所述数字输入模块23的一端连接微控制器模块21、另一端分别连接启动按钮11和停止按钮12，通过高电平向TTL电平转换，以实现微控制器模块21对外部数字输入信号的接收；另外，触摸屏模块14通过显示接口16与微控制器21相连；所述USB模块24与微控制器模块21连接，用来与上位机进行数据通信；所述电源模块25用于将220V交流电转换成直流电，直流电压有两种类型：一种是5V电压，为测控板2上的微控制器模块21等器件供电，另外一种是15V电压，用于为雨刮器电机4、指示灯13、启动按钮11和停止按钮12供电；所述启动按钮11用来启动检测装置；所述停止按钮12用于中途停止检测；所述指示灯13用于指示检测结果，检测合格显示绿色，不合格显示红色；所述触摸屏模块14用于显示检测结果和设置参数。

与汽车上实际应用不同，检测装置是通过控制电磁继电器15的导通和断开实现电机高、低调速和复位的，因此通过对5线制、4线制电机结构进行分析，本发明设计如图4所示接线电路(图中仅绘出与电机测控有关的部分电路)，不仅能同时满足5线制和4线制电机控制要求，还能够方便、准确的实现复位区宽度和高、低转速检测。

图4为本发明具体实施例的连接图，COMx、NCx和NOx(x＝1,2,3)分别为数字输出模块22的固态继电器的公共端、常闭触点和常开触点；INx+、INx-(x＝1,2,3)分别为数字输入模块23的光电耦合器的输入端的正极和负极。为叙述方便，用K1、K2、K3分别表示数字输出模块22的固态继电器，K4表示电磁继电器15，IN1、IN2、IN3分别表示数字输入模块23的光电耦合器。具体连接关系如下：

IN1光耦输出端连接微控制器模块21的定时/计数器T1，并工作在周期测量模式；IN2光耦输出端连接微控制器模块的定时/计数器T2，工作在计时模式；IN3光耦输出端连接微控制器模块的定时/计数器T3，工作在脉冲捕捉模式；数字输出模块22与电磁继电器15相连，并通过专用接线端子3和雨刮器电机4相连。

K1的NO1端口通过K4接专用接线端子3的低速端口，K2的NO2端口接专用接线端子3的高速端口，K3的NO3端口通过K4接专用接线端子3的复位端口，K1的COM1端口、K2的COM2端口以及K3的COM3端口均接15V+，K3的NC3端口分别接IN1的IN1+端口和IN2的IN2+端口，IN1的IN1-端口、IN2的IN2-端口均连接专用接线端子3的复位端口，IN3的IN3+端口通过K4接15V+，IN3的IN3-端口接15V-，专用接线端子3的负极接15V-，专用接线端子3的低速端口通过K4接15V-。

结合图3和图4，解释本发明提出的汽车雨刮器电机性能的检测方法。包括如下步骤：

步骤1：按照图4的连接方式将检测装置和雨刮器电机4连接好，

通过触摸屏模块设置好检测参数和电机高速、低速旋转圈数。例如，旋转圈数设置为3圈或4圈。

步骤2：按启动按钮11开始检测。

步骤3：使K1、K3断电，K2得电，电机高速旋转；由于K3断电，15V电压通过NC3和光耦IN1、IN2施加在电机复位线上，电机每旋转一圈，复位线触点与复位区断开、接触一次，光耦IN1、IN2也会断开、导通一次，定时/计数器T1测出如图5所示的脉冲周期a和高电平宽度a₂，检测装置利用公式v＝60/a(v是转速)计算出转速，并根据公式L＝v*a₂(L是复位区宽度，v是转速)计算出复位区宽度。同时，定时/计数器T2会捕捉脉冲上升沿，每转一圈，计数值加1，以此计数转动圈数，当转动圈数达到设定值，自动切换到低速旋转。

步骤4：低速旋转时，K2、K3断电，K1得电，测量过程同步骤3相同。当定时/计数器T2捕捉脉冲上升沿次数，计数转动圈数，当转动圈数达到设定值，自动切换到复位控制。

步骤5：复位控制时，K1、K3得电，K2断电，电机继续低速旋转到复位触点与复位区接触时，K4得电，K4常闭触点断开，常开触点闭合，切断低速电流，同时造成复位线105和负极线106短路，实现电机制动复位；K4常开触点闭合使光耦IN3导通，定时/计数器T3捕捉脉冲上升沿，据此判断复位结束，检测装置切断K1和K3，检测完成。

为了更好的发挥本发明的优势，作为优选，推荐将本发明和上位机配合使用，借助LabVIEW或VisualC++等计算机语言开发测控一体化系统，不仅可以实现雨刮器的检测，还能对检测结果进行打印条码、记录、分析、统计报表，乃至与企业MRP(ManufactureResourcePlan)系统对接，实现产品生产管理的智能化。

以上所述仅用于描述本发明的技术方案和具体实施例，并不用于限定本发明的保护范围，应当理解，在不违背本发明实质内容和原则的前提下，所作任何修改、改进或等同替换等都将落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种汽车雨刮器电机性能检测装置，其特征在于，包括微控制器模块(21)、数字输出模块(22)、数字输入模块(23)、电磁继电器(15)；

微控制器模块(21)分别与所述数字输入模块(22)、数字输出模块(23)相连接，所述电磁继电器(15)、专用接线端子(3)的一端与所述数字输出模块(23)相连，专用接线端子(3)的另一端连接雨刮器电机(4)；

所述数字输入模块(23)、所述数字输出模块(22)以及所述电磁继电器(15)在检测雨刮器电机性能时均通过专用接线端子(3)与雨刮器电机(4)相连；

所述微控制器模块(21)通过控制数字输出模块(22)、数字输入模块(23)以及电磁继电器(15)实现雨刮器电机高速、低速和复位区宽度的检测。

2.根据权利要求1所述的一种汽车雨刮器电机性能检测装置，其特征在于，还包括启动按钮(11)、停止按钮(12)、指示灯(13)以及触摸屏模块(14)；所述启动按钮(11)与停止按钮(12)均与所述数字输入模块(23)相连接，所述指示灯(13)与所述数字输出模块(22)相连接；所述触摸屏模块(14)通过显示接口(16)与微控制器模块(21)相连。

3.根据权利要求1或2所述的一种汽车雨刮器电机性能检测装置，其特征在于，还包括USB模块(24)和电源模块(25)；所述USB模块(24)一端与所述微控制器模块(21)相连接、另一端连接上位机；电源模块(25)用于为检测装置供电。

4.根据权利要求3所述的一种汽车雨刮器电机性能检测装置，其特征在于，还包括控制箱(1)和位于控制箱(1)内部的测控板(2)；所述启动按钮(11)、停止按钮(12)、指示灯(13)、触摸屏模块(14)以及电磁继电器(15)、显示接口(16)均设置在所述控制箱(1)的箱体上，所述微控制器模块(21)、数字输出模块(22)、数字输入模块(23)、电源模块(25)以及USB模块(24)均焊接在测控板(2)上。

5.根据权利要求1所述的一种汽车雨刮器电机性能检测装置，其特征在于，所述数字输入模块包括光电耦合器，所述数字输出模块包括固态继电器，所述微控制器模块采用ARMCortex-M3内核CPU。

6.根据权利要求3所述的一种汽车雨刮器电机性能检测装置，其特征在于，所述电源模块(25)将220V交流电转换成直流电，所述直流电包括5V电压和15V电压，所述5V电压为微控制器模块(21)供电，所述15V电压为雨刮器电机(4)、指示灯(13)、启动按钮(11)和停止按钮(12)供电。

7.一种汽车雨刮器电机性能检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将检测装置和雨刮器电机连接好，通过触摸屏模块设置好检测参数和电机高速、低速旋转圈数；

步骤2：检测雨刮器电机的性能，包括高速、低速以及复位区宽度。

8.根据权利要求7所述的一种汽车雨刮器电机性能检测方法，其特征在于，

所述步骤1中检测装置和雨刮器电机的连接关系为：

IN1输出端连接微控制器模块(21)的定时/计数器T1，并工作在周期测量模式；IN2输出端连接微控制器模块的定时/计数器T2，工作在计时模式；IN3输出端连接微控制器模块的定时/计数器T3，工作在脉冲捕捉模式；

K1的NO1端口通过K4接专用接线端子(3)的低速端口，K2的NO2端口接专用接线端子(3)的高速端口，K3的NO3端口通过K4接专用接线端子(3)的复位端口，K1的COM1端口、K2的COM2端口以及K3的COM3端口均接15V+，K3的NC3端口分别接IN1的IN1+端口和IN2的IN2+端口，IN1的IN1-端口、IN2的IN2-端口均连接专用接线端子(3)的复位端口，IN3的IN3+端口通过K4接15V+，IN3的IN3-端口接15V-，专用接线端子(3)的负极接15V-，专用接线端子(3)的低速端口通过K4接15V-；

所述IN1、IN2、IN3分别表示数字输入模块(23)的光电耦合器，K1、K2、K3分别表示数字输出模块的固态继电器，K4表示电磁继电器(15)。

9.根据权利要求7所述的一种汽车雨刮器电机性能检测方法，其特征在于，

所述步骤2具体包括如下步骤:

步骤2.1：按启动按钮(11)开始检测；

步骤2.2：使K1、K3断电，K2得电，电机高速旋转；定时/计数器T1测出脉冲周期和高电平宽度，检测装置根据脉冲周期计算出转速，根据脉冲高电平宽度评估复位区宽度；当转动圈数达到设定值，自动切换到低速旋转；

步骤2.3：低速旋转时，K2、K3断电，K1得电，测量过程同步骤2.2相同；当转动圈数达到设定值，自动切换到复位控制；

步骤2.4：复位控制时，K1、K3得电，K2断电，电机继续低速旋转至复位触点与复位区接触时，K4得电，K4常闭触点断开，常开触点闭合，切断低速电流，同时造成复位线(105)和负极线(106)短路，实现电机制动复位；K4常开触点闭合使光耦IN3导通，定时/计数器T3捕捉脉冲上升沿，据此判断复位结束，检测装置切断K1和K3，检测完成；

所述步骤2.1至步骤2.4中的K1、K2、K3分别表示数字输出模块(22)的固态继电器，K4表示电磁继电器(15)，IN1、IN2、IN3分别表示数字输入模块(23)的光电耦合器。

10.根据权利要求9所述的一种汽车雨刮器电机性能检测方法，其特征在于，所述步骤2.2和所述步骤2.3中转动圈数达到设定值的判断方法为：利用定时/计数器T2捕捉脉冲上升沿，每转一圈，计数值加1，以此计数转动圈数，将此计数值与设定值比较。