CN107933509A - 一种汽车自动雨刮控制系统及防误判方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车自动雨刮控制系统，属于雨刮器控制系统领域，该系统包括控制器、由隔离放大器和两个半桥驱动芯片组成的驱动模块、雨刮电机、红外式雨量传感器、第一接触式雨滴传感器、第二接触式雨滴传感器、湿度传感器、温度传感器、雨刮片和按键K1、按键K2、按键K3、按键K4，该系统体现人性化设计理念，结构简单，使用方便；本发明还公开了雨刮控制系统的防误判方法，通过该方法，能够有效地防止因背景光、灰尘、环境温度等因素引起的误判，克服了干扰因素对传统的光电式雨量传感器、电容式雨量传感器测量准确度的影响。

Description

一种汽车自动雨刮控制系统及防误判方法
技术领域
本发明属于雨刮器控制系统领域，具体是指一种汽车自动雨刮控制系统及防误判方法。
背景技术
汽车自动雨刮控制系统通过雨量传感器自动检测降雨的强度，进而判断出不同的下雨模式，发出刮水请求至控制器，控制雨刮完成间歇刮水、低速连续刮水以及高速连续刮水，始终保持前挡风玻璃干洁，增强了驾驶员的可见度，同时保证驾驶员可以专心、集中精力开车，去除了事故隐患，增加了驾车的舒适度，得到了越来越多的市场关注。
目前应用最为广泛的是光电式雨量传感器：传感器内有红外发射二极管（LED）,通过发射红外线，红外线透过挡风玻璃射入挡风玻璃外表面，当玻璃上有雨水、雨滴时，由于折射率改变，光线将不能发生全反射，而是视水滴面积大小发生部分反射，此时接收管只收到部分信号，按照百分率比值能够计算出雨量大小，可根据雨量大小控制雨刷器电机运动，实现对雨刮器工作速度和时间的控制。当玻璃干燥时、光线将发生全反射，并经过透镜系统成平行光状态被接收器件接收，输出最大值100%。
利用该技术的优点是，雨量引起光强变化效果明显，光电受转换技术成熟，不容易受电磁干扰，安装在车内，不受工作环境影响;缺点是，受背景光的干扰，光电转换信号弱，信号易被噪声淹没。例如，在下雨天气，受到外部光线照射的影响，传感器在接收到反射光的同时还接收到背景光，使其误判为雨量减小。
为解决光电式雨量传感器误判问题，吉利公司提出了一种汽车自动感应式雨刮装置（专利公开号：CN205273417U），该装置通过增加一套红外传感器的方式解决了背景光对光电式雨量传感器测量准确度的影响，但是光电式雨量传感器发射的红外光也会对其新增的红外传感器造成干扰；武汉大学提出一种全新的智能型雨刮器（专利公开号：CN1415507A），该装置采用电容式雨量传感器，能实时辨别雨量大小，但是由于安装在室外，易受灰尘的影响；无锡市崇安区科技创业服务中心提出一种基于湿度传感器的汽车自动雨刮控制系统（专利公开号：CN103171520A），该装置采用空气湿度传感器检测雨量，解决了光电式雨量传感器误判问题，但是湿度传感器的测量精度易收温度变化的影响，对环境温度的稳定要求比较高。
因此针对现有的传感器存在的由于1）光电转换信号弱，多发生雨量误判的情况；2）传统的光电式雨量传感器不能实时准确判别雨量；3）现有的雨刮装置中存在的能够精确测量，但是传感器测量的敏感度较高，易受到外界因素的影响等的缺点，设计一种自动雨刮控制系统能够同时克服以上缺陷一直是本领域技术人员的待解决的技术难题。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的不足，提供一种汽车自动雨刮控制系统及防误判方法，通过多个传感器进行检测，检测进度高，再结合算法控制，克服背景光、灰尘、环境温度等对雨量传感器测量精确度的影响，能够有效地防止外界干扰因素引起的误判。
本发明是这样实现的：
一种汽车自动雨刮控制系统，所述的系统包括控制器、驱动模块、雨刮电机、红外式雨量传感器、第一接触式雨滴传感器、第二接触式雨滴传感器、湿度传感器、温度传感器和按键K1、按键K2、按键K3、按键K4；
所述的控制器、雨刮电机分别与驱动模块连接；
所述的按键K1、按键K2、按键K3、按键K4、红外式雨量传感器、第一接触式雨滴传感器、第二接触式雨滴传感器、湿度传感器、温度传感器分别与控制器连接。
进一步，所述的雨刮电机还连接有雨刮片，所述雨刮片最下端有微小凹槽；所述第一接触式雨滴传感器、第二接触式雨滴传感器通过强力胶粘贴安装在驾驶室外挡风玻璃下缘且处于雨刮片最下端的工作范围之内；雨刮片最下端的微小凹槽设计，使得雨刮片可以轻易刮走所述接触式雨滴传感器上的雨滴而不会掀起它。
进一步，所述的红外式雨量传感器、湿度传感器、温度传感器接入控制器的ADC（模/数转换器）的通道；所述第一接触式雨滴传感器、第二接触式雨滴传感器连接于控制器的IO（输入/输出）接口。
进一步，所述的控制器对雨刮电机以及驱动模块进行PWM（脉冲宽带调制）控制，通过控制器对其进行PWM控制，实现雨刮电机的无极调速。
进一步，所述的所述按键K1、按键K2、按键K3、按键K4分别与控制器的通用IO接口相连，并依次分别对应雨刮电机的高、中、低三种手动调节的固定速度模式和点动模式；所述按键K1、按键K2、按键K3、按键K4一端共同连接一个上拉电阻后连接5V电压。
进一步，所述的驱动模块包括隔离放大器和两个半桥驱动芯片；隔离放大器芯片可以接收控制器的输入信号并放大输出以驱动半桥驱动芯片，同时实现了驱动模块和控制器的信号隔离，防止雨刮电机的反电势损害控制器。两个半桥驱动芯片组成一个H桥驱动，控制雨刮电机的正反转。
进一步，所述的红外式雨量传感器安装在驾驶室内的前挡风玻璃上缘。
进一步，所述的湿度传感器和温度传感器安装在驾驶室外的前挡风玻璃上缘。
进一步，所述的所述第一接触式雨滴传感器、第二接触式雨滴传感器均由承载薄膜H表面间隔附有相互交错的导电镀膜J、导电镀膜K组成；所述的导电镀膜J连接+5V，导电镀膜K通过一个10K电阻连接GND（电线接地）。
本发明还公开了一种汽车自动雨刮控制系统的防误判方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一：通过控制器采集红外式雨量传感器、第一接触式雨滴传感器、第二接触式雨滴传感器、湿度传感器、温度传感器的数据；
步骤二：判断控制器处理按键信息，根据处理结果，其中按键K1、按键K2、按键K3、按键K4被按下时，分别对应雨刮电机的高、中、低三种手动调节的固定速度模式和点动模式，运行一段时间后退出循环；
步骤三：若无按键被按下，则使用温度传感器的值对湿度传感器进行修正，得到准确的环境湿度；
步骤四：根据红外式雨量传感器、第一接触式雨滴传感器、第二接触式雨滴传感器、湿度传感器的值来判断不同的外界工况，具体如下：
4.1，下雨工况；即当红外式雨量传感器的值小于阈值，且第一接触式雨滴传感器、第二接触式雨滴传感器的值中的任意一个或两个都为高电平，控制器将根据红外式雨量传感器的值对雨刮电机进行PWM控制，实现无极调速；
4.2，大雾工况；即当红外式雨量传感器的值小于阈值、湿度传感器的值大于阈值，但第一接触式雨滴传感器、第二接触式雨滴传感器的值两个均不为高电平，控制器将使用湿度传感器的值对红外式雨量传感器的值进行修正，采用修正后的值对雨刮电机进行PWM控制；
4.3，红外式雨量传感器误判工况；即当红外式雨量传感器的值小于阈值，但第一接触式雨滴传感器、第二接触式雨滴传感器的值两个均不为高电平且湿度传感器低于阈值，控制器不进行任何控制，直接退出循环。
本发明相对于现有技术的有益效果在于：
1)实现防误判控制：本发明采用红外式雨量传感器、两个接触式雨滴传感器、湿度传感器、温度传感器等多个传感器进行检测，检测进度高，通过算法控制，使用接触式雨滴传感器对红外式雨量传感器的信号进行矫正，使用温度传感器对湿度传感器的信号进行矫正，能够有效地防止因背景光、灰尘、环境温度等因素引起的误判；
2)手自一体控制：采用单片机对雨刮电机进行PWM控制，实现了真正意义上的无极调速。同时，结合手动按键控制，既能自动完成挡风玻璃的清洗工作，又能按照驾驶员意愿手动控制，体现了人性化设计理念。
3)本发明所采用的多个传感器并联接入控制器，设计特别、结构简单、使用方便，造价低廉。
附图说明
图1是本发明的一种汽车自动雨刮控制系统的总设计简图；
图2是本发明中接触式雨滴传感器示意图；
图3是本发明中传感器安装图；
图4是本发明的一种汽车自动雨刮控制系统的防误判方法的控制流程图；
其中，1-控制器，2-驱动模块，3-雨刮电机，4-第一接触式雨滴传感器，5-第二接触式雨滴传感器，6-雨刮片，7-湿度传感器，8-红外式雨量传感器，9-温度传感器。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下所述仅为本发明一部分实施例，非全部实施例。基于本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的汽车自动雨刮控制系统包括控制器1、由隔离放大器和两个半桥驱动芯片组成的驱动模块2、雨刮电机3、红外式雨量传感器8、第一接触式雨滴传感器4、第二接触式雨滴传感器5、湿度传感器7、温度传感器9、雨刮片6和按键K1、按键K2、按键K3、按键K4。
驱动模块2连接控制器1和雨刮电机3，通过控制器1对其进行PWM控制，实现雨刮电机3的无极调速。
红外式雨量传感器8、湿度传感器7、温度传感器9接入控制器1的ADC通道，第一接触式雨滴传感器4、第二接触式雨滴传感器5连接控制器1的IO接口。
按键K1、按键K2、按键K3、按键K4分别与控制器1的通用IO接口相连，并分别对应雨刮电机3的高、中、低三种手动调节的固定速度模式和点动模式。所述按键K1、按键K2、按键K3、按键K4一端共同连接一个上拉电阻后连接5V电压。
如图2所示，第一接触式雨滴传感器4、第二接触式雨滴传感器5均由承载薄膜H表面间隔附有相互交错的导电镀膜J、导电镀膜K组成，导电镀膜J连接+5V，导电镀膜K通过一个10K电阻连接GND。第一接触式雨滴传感器4、第二接触式雨滴传感器5均通过强力胶粘贴安装在驾驶室外挡风玻璃下缘且处于汽车的两个雨刮片6最下端的工作范围之内。
如图3所示，驱动模块2连接控制器1和雨刮电机3，通过控制器1对其进行PWM控制，实现雨刮电机3的无极调速。控制器1通过IO接口与第一接触式雨滴传感器4、第二接触式雨滴传感器5连接，雨刮片6与雨刮电机3连接。第一接触式雨滴传感器4、第二接触式雨滴传感器5通过强力胶粘贴安装在驾驶室外挡风玻璃下缘且处于雨刮片6最下端的工作范围之内，雨刮片6最下端有微小凹槽，使得雨刮片可以轻易刮走所述接触式雨滴传感器上的雨滴而不会掀起它。红外式雨量传感器8安装在驾驶室内的前挡风玻璃上缘。湿度传感器7和温度传感器9安装在驾驶室外的前挡风玻璃上缘。
如图4所示，图4为本发明的防误判方法的控制流程图，具体方法步骤为：
当检测到按键信息时，控制器1不进行传感器信息采集，直接根据按键信息对雨刮电机3进行控制，按键K1、按键K2、按键K3、按键K4分别对应雨刮电机3的低速状态、中速状态、高速状态和点动状态，雨刮电机3工作一端时间后自动停止，控制器重新开始检测信号。
当下雨时，控制器1检测到红外式雨量传感器8的数据小于阈值，接触式雨滴传感器4、接触式雨滴传感器5为高电平，证明红外式雨量传感器8的数据是正确的，没有发生误判，此时控制器1对雨刮电机3进行PWM控制，实现无极调速。
当大雾时，控制器1检测到红外式雨量传感器8的数据小于阈值，接触式雨滴传感器4、接触式雨滴传感器5为低电平，无法证明红外式雨量传感器8的数据的正确性，此时控制器1再判断湿度传感器的值是否大于阈值，如果是，则证明是大雾工况，控制器1对雨刮电机3进行PWM控制，实现无极调速；如果否，则证明红外式雨量传感器8发生误判，控制器1不对雨刮电机3进行控制。

Claims (10)

1.一种汽车自动雨刮控制系统，其特征在于，所述的系统包括控制器（1）、驱动模块（2）、雨刮电机（3）、红外式雨量传感器（8）、第一接触式雨滴传感器（4）、第二接触式雨滴传感器（5）、湿度传感器（7）、温度传感器（9）、按键K1、按键K2、按键K3、按键K4；
所述的控制器（1）、雨刮电机（3）分别与驱动模块（2）连接；
所述的按键K1、按键K2、按键K3、按键K4、红外式雨量传感器（8）、第一接触式雨滴传感器（4）、第二接触式雨滴传感器（5）、湿度传感器（7）、温度传感器（9）分别与控制器（1）连接。
2.根据权利要求1所述的一种汽车自动雨刮控制系统，其特征在于，所述的雨刮电机（3）还连接有雨刮片（6），所述雨刮片（6）最下端有微小凹槽；所述第一接触式雨滴传感器（4）、第二接触式雨滴传感器（5）安装在驾驶室外挡风玻璃下缘且处于雨刮片（6）最下端的工作范围之内。
3.根据权利要求1所述的一种汽车自动雨刮控制系统，其特征在于，所述的红外式雨量传感器（8）、湿度传感器（7）、温度传感器（9）接入控制器（1）的ADC通道；
所述第一接触式雨滴传感器（4）、第二接触式雨滴传感器（5）连接于控制器（1）的IO接口。
4.根据权利要求1所述的一种汽车自动雨刮控制系统，其特征在于，所述的控制器（1）对雨刮电机（3）以及驱动模块（2）进行PWM控制。
5.根据权利要求1所述的一种汽车自动雨刮控制系统，其特征在于，所述的所述按键K1、按键K2、按键K3、按键K4分别与控制器（1）的D11、D12、D13、D14相连，并分别对应雨刮电机（3）的高、中、低三种手动调节的固定速度模式和点动模式；所述按键K1、按键K2、按键K3、按键K4一端共同连接一个上拉电阻后连接5V电压。
6.根据权利要求1所述的一种汽车自动雨刮控制系统，其特征在于，所述的驱动模块（2）包括隔离放大器和半桥驱动芯片。
7.根据权利要求1所述的一种汽车自动雨刮控制系统，其特征在于，所述的红外式雨量传感器（8）安装在驾驶室内的前挡风玻璃上缘。
8.根据权利要求1所述的一种汽车自动雨刮控制系统，其特征在于，所述的湿度传感器（7）和温度传感器（9）安装在驾驶室外的前挡风玻璃上缘。
9.根据权利要求1所述的一种汽车自动雨刮控制系统，其特征在于，所述的所述第一接触式雨滴传感器（4）、第二接触式雨滴传感器（5）均由承载薄膜H表面间隔附有相互交错的导电镀膜J、导电镀膜K组成；所述的导电镀膜J连接+5V，导电镀膜K通过一个10K电阻连接GND。
10.一种根据权利要求1所述的汽车自动雨刮控制系统的防误判方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一：通过控制器（1）采集红外式雨量传感器（8）、第一接触式雨滴传感器（4）、第二接触式雨滴传感器（5）、湿度传感器（7）、温度传感器（9）的数据；
步骤二：判断控制器（1）处理按键信息，运行一段时间后退出循环；
步骤三：若无按键被按下，则使用温度传感器（9）的值对湿度传感器（7）进行修正，得到环境湿度；
步骤四：根据红外式雨量传感器（8）、第一接触式雨滴传感器（4）、第二接触式雨滴传感器（5）、湿度传感器（7）的值来判断不同的外界工况，具体如下：
4.1，下雨工况；即当红外式雨量传感器（8）的值小于阈值，且第一接触式雨滴传感器（4）、第二接触式雨滴传感器（5）的值中的任意一个或两个都为高电平，控制器（1）将根据红外式雨量传感器（8）的值对雨刮电机（3）进行PWM控制，实现无极调速；
4.2，大雾工况；即当红外式雨量传感器（8）的值小于阈值、湿度传感器（7）的值大于阈值，但第一接触式雨滴传感器（4）、第二接触式雨滴传感器（5）的值两个均不为高电平，控制器（1）将使用湿度传感器（7）的值对红外式雨量传感器（8）的值进行修正，采用修正后的值对雨刮电机（3）进行PWM控制；
4.3，红外式雨量传感器（8）误判工况；即当红外式雨量传感器（8）的值小于阈值，但第一接触式雨滴传感器（4）、第二接触式雨滴传感器（5）的值两个均不为高电平且湿度传感器（7）低于阈值，直接退出循环。
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