CN1962325A - 一种电子控制雨刷 - Google Patents

Abstract

一种电子控制雨刷，由雨刷控制器、电机总成以及雨刷执行机构组成。其中雨刷控制器包括微处理器[1]、LIN总线接口电路[2]、驱动电路[3]、信号输入电路[4]、复位电路[5]和稳压电源电路[6]；LIN总线接口电路[2]中的LIN收发器与系统总线相连，同时与微处理器[1]相连，总线传入的信号通过LIN总线接口电路[2]传入微处理器[1]，微处理器在对输入的指令和信号进行分析、处理后，输出相应的控制信号给驱动电路[3]，驱动电路[3]驱动雨刷电机工作于不同的工作状态，同时从电机得到的雨刷位置信号反馈到微处理器。本发明整体结构紧凑，导线线束少，易于扩展其他功能；微处理器加驱动芯片的控制方式，可减少状态转换过程中对电机的冲击，延长了电机使用寿命。

Description

一种电子控制雨刷

技术领域

本发明涉及一种电子控制的汽车用雨刷。

背景技术

当汽车行驶在雨雪天时，前风挡玻璃既会模糊不清，从而影响汽车行驶安全，为了保证驾驶员有良好的视线，汽车上均装设有雨刷器。

现在市场上所使用的电动雨刷，在中低档车上雨刷采用一档或快慢两档，功能单一，其实现雨刷高低速刮水是通过机械装置改变电机内的电枢工作数来实现，该方法导致电机构造复杂，接线多，且功能单一，且无法实现间歇刮水，而中高档车上的雨刷一般采用IC集成电路与电容电阻组成振荡电路和延时电路，用电位器或选择开关调整电阻、电容数值以改变振荡频率和延时时间，通过继电器控制雨刷电机的运转，控制器接头多，导线也多，装配复杂，且由于采用继电器以及开关来切换，对电机有很大的冲击，同时无法改变间歇刮水的间隔时间，成本高。如在专利CN2077821U中，公开了一种汽车电动雨刷的电子控制器，其由IC集成电路与电阻电容组成振荡电路和延时电路，用电位器或选择开关调整电阻、电容数值以改变振荡频率和延时时间，通过继电器控制电雨刷电机的运转，该控制器接头多，装配复杂，一般司机实施有困难，且没有保护措施，成本高。又如专利CN1611395A中，公开了一种双电机驱动的双雨刷刮水器，该专利通过IC集成器件组成控制电路，通过MOS管驱动两个电机，同时增加CAN通讯模块，该控制器接头多，两个电机需要同时协调控制，成本高。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种基于电子控制的汽车用雨刷，雨刷的整体结构紧凑，导线线束少，成本低，且功能齐全，并易于扩展其他附加功能，同时可以方便的通过LIN网络与车身网络相连，可以提供故障诊断等功能。

本发明由与刮水器电机一体化设计的雨刷控制器、电机总成以及雨刷执行机构组成。

其中雨刷控制器包括以下几个模块：

一微处理器，其作用在于对输入的信号进行分析处理，并输出相应的电机控制信号，使雨刷电机工作在不同的工作模式；

--LIN总线接口电路，由LIN收发器及相关的外围电路组成，其作用是提供微控制器电路与LIN总线连接的接口，使电控模块能够通过总线接收或发送数据和指令；

--驱动电路，其作用在于根据微控制器发出的控制信号，驱动雨刷电机工作于不同的状态；

--信号输入电路，其作用在于将雨刷的位置信号输入到微控制器；

--稳压电源电路，其作用在于向电控模块提供一个稳定的5V电源；

--复位电路，其作用在于向微控制器提供一个复位信号。

复位电路、稳压电路、信号输入电路、驱动电路和LIN总线接口电路分别和微处理器相连，其中复位电路、稳压电路和信号输入电路作为微处理器的输入，驱动电路作为微处理器的输出，LIN总线接口电路与微处理器进行信号交互。

LIN总线接口模块中的LIN收发器与系统总线相连，同时与微控制器相连，总线传入的信号通过LIN总线接口模块传入微处理器，微处理器在对输入的指令和信号进行分析、处理后，输出相应的控制信号给驱动电路，驱动电路驱动雨刷电机工作于不同的工作状态，同时从电机得到的雨刷位置信号反馈到微处理器。

电机总成中还包括一个雨刷位置采集机构，由一个处于电机内部的带突起的圆环以及触头构成的雨刷位置采集装置，提供雨刷的停止位置信号给微处理器。

雨刷执行机构由一个四连杆机构和两个雨刷臂组成，工作中雨刷电机带动四连杆机构运动，将电机的转动转化为雨刷臂的摆动，从而实现雨刷的刮水动作。

该雨刷的工作过程如下：

雨刷处于“停止”、“高速档”、“低速档”、“间歇档”等工作状态的指令信号可由两种情况得到，一种是由司机通过操作面板上的按钮来得到，另一种可以通过雨量传感器等得到雨量信息然后分析处理得到，该指令信号传到LIN总线，然后通过LIN总线传输到控制模块，通过控制模块中的LIN总线收发器接收后，传给微处理器，微处理器对信号进行分析、判断、处理后，并根据处理的结果对电机驱动电路输出不同的控制信号，从而使雨刷工作与不同的工作模式，驱动电路主要为一个功率输出芯片以及相关的外围器件，该芯片的输出响应快，且具有过压及限流保护功能，正常状态下，其输出随输入变化，微控制器发出不同的控制信号来改变电机的工作状态，低速档时，微处理器发出一定占空比的控制信号，使雨刷低速摆动；高速档时，微处理器发出占空比为0的高电平控制信号，驱动电路随之发出恒定的高电压来驱动电机，使雨刷高速摆动；间歇档时微处理器在雨刷每刮水一次后，监测到雨刷位置信号，经过一定的延时之后再发送控制信号，从而实现雨刷的间歇刮水，同时该延时时间长短可以方便的通过LIN总线传来的数据进行修改；停止时，微处理器并不马上使电机停转，而是保持电机工作状态不变，并不断监测雨刷电机的位置信号，当监测到雨刷位置处于停止位置时发出关断命令，使电机停转，从而保证雨刷停在其停止位置。如果出现故障，如过压，电流过大等情况，驱动芯片将通过管脚将故障状态传回给微处理器，微处理器根据故障发出不同的控制信号使雨刷停止或工作于其他状态，同时可以将故障代码通过LIN接收器发给LIN总线，从而反映到司机仪表板上来提示司机处理。

电机总成在转到初始位置时将产生一个低电平信号，该信号经过信号输入电路处理后发送给微处理器，微处理器根据该信号以及雨刷工作的状态来确定下一步电机的动作(如在间歇刮水工作状态下，将执行一段时间的延时，在停止状态下，将使电机停转)，从而保证雨刷能够实现不同的功能。

通过将电机与控制器电路进行一体化设计，优化了电机内部结构，使其更加简单，通过一个带突起的圆环以及两个触点实现了雨刷位置监测功能，以及LIN总线技术的应用，使电机的接头减少，同时减少了导线的数量，使整个总成结构紧凑，且节省材料，降低了成本。

本发明的有益效果是，采用了LIN总线技术，大大减少了雨刷接头数量，以及导线的使用，并可以通过LIN总线来发送命令改变雨刷间歇刮水的时间间隔，且可以方便的将其装备到CAN及LIN总线车载网络中，而无须对硬件电路重新设计；通过控制电路与雨刷电机的一体化设计，使电机结构紧凑，且内部结构更加简单可靠；通过改变传统的机械式改变电机工作方式的控制方法，转变为微控制器加驱动芯片的控制方式，减少了状态转换过程中对电机的冲击，延长了电机使用寿命，同时大大的扩展了雨刷电机的功能；增加了故障诊断功能；可以在不改变硬件结构的基础上，通过简单的软件修改实现雨刷功能的扩展；具有电压过载保护和电流过载保护功能，使雨刷能安全的运行。

附图说明

以下结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细说明；

图1是本发明雨刷控制器的结构框图；

图2是本发明的雨刷控制器电路原理图；

图3是本发明的电机总成中的雨刷位置监测装置剖面图；

图4是本发明微处理器控制流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明由与刮水器电机一体化设计的雨刷控制器、电机总成以及雨刷执行机构组成。

雨刷控制器包括：

--微处理器1微处理器1采用型号为PIC16F688的单片机，该单片机可以发送和接收符合LIN协议的总线信号，微处理器1的作用在于对输入的信号进行分析、处理，并根据处理结果输出相应的控制信号，以及发送消息到LIN总线；

--总线接口电路2，总线接口电路2由型号为TJA1020A的LIN收发器以及外围电路组成，控制器的TXD、RXD以及NSLP管脚与微处理器相连，用来进行信号交互，电源由稳压电源电路提供，地与LIN输出口用电容C10滤波。总线接口电路2的作用在于提供微处理器1与总线连接的接口，是将微处理器1的输出信号送入总线或将总线传来的数据、命令送入微处理器1；

--驱动电路3，由型号为BTS640S2的驱动芯片及外围器件组成，驱动芯片的输入为高电平则输出为高电平，输入为低电平则输出也为低电平。其作用是根据微处理器1输出的控制信号，驱动电机工作与不同的状态，从而实现雨刷的不同功能；

--信号输入电路4，由RC滤波电路和稳压二极管组成，其作用是将电机位置信号经过滤波，稳压后变为0-5V的信号输入给微处理器1；

--复位电路5，其作用是向微处理器1提供一个复位信号；

--稳压电源电路6，由滤波及稳压电源组成，其作用在于向雨刷控制器提供一个稳定的电源。

如图2所示：微处理器1由芯片PIC16F688组成，该芯片可以接收和发送符合LIN协议规范的信号。它通过RA3管脚与复位电路5相连，来接收复位信号；通过RAO管脚和信号输入电路4相连，来接收从信号输入电路传来的雨刷电机位置信号，通过管脚RXD、TXD、RC2与LIN总线接口电路2相连，来发动和接收LIN信号，并通过RC2端口输出唤醒信号给LIN总线接口电路2来唤醒总线接口电路，从而保证不通讯时节省电能；通过RA4、RA5和RC3管脚和驱动电路3相连，通过RA4给驱动电路3发送控制信号，并通过RA5和RC3接收由驱动电路3发来的状态信号。复位电路5由电阻R1和电容C4组成，上电时给微处理器1提供复位信号。信号输入电路4由电阻R3，R11，电容C1和稳压二极管Z3以及标准插接件J3组成，其中R3一端与VCC相连，一端和R2相连，R2另一端与接插件J3相连，电容C1和稳压管Z3并联连接，且一端接地，一端接R2和R3的连接处，雨刷电机位置信号通过J3进入信号输入电路4，然后经过R3和R11的降压，以及Z3稳压和C1滤波后进入微处理器1的RAO管脚。LIN总线接口电路2由LIN总线接口芯片TJA1020A以及外围的器件组成，该芯片具有LIN总线收发功能，可以将串口通讯转化为LIN信号，或者将LIN信号转化为串口通讯信号，其中通过管脚LIN来和外部总线进行信息传输，将LIN总线上的信号传入或者将微处理器1传来的信号传送给LIN总线。该芯片的RXD和TXD管脚和微处理器1的RXD、TXD管脚相连用来进行信号交互，而其NSLP管脚和微处理器1的RC2管脚相连，用来接收从微处理器1传来的唤醒信号，外围器件连接如下：C10连接在管脚GND和LIN之间，用来滤去信号线上的杂波，管脚LIN和INH之间连有电阻R2和二极管D1。驱动电路3由驱动芯片BTS640S2以及外围器件组成，外围器件连接如下：管脚ST通过电阻R8和C6与地相连，管脚IN通过电阻R9和C7与地相连，用来滤波，同时管脚ST还通过电阻R5与电源VCC相连来拉高该管脚，管脚IS连接电阻R10，电容C2、电阻R4和稳压管Z1并联，且一端接地，另一端接R10，输出管脚OUT1与电感L1相连，L1另一端与电容C5和插接件J4相连，C5的另一端接地，输出管脚OUT2通过电容C3与地相连。控制信号由微处理器1传送给该芯片的IN管脚，该芯片的ST、IS管脚将芯片所处状态和保护信息回馈给微处理器1，当微处理器1通过ST和IS的状态判断出工作状态不正常，将控制其停止工作，该芯片的输出OUT管脚经过电容C3，C5以及电感L1的滤波，去掉输出的脉冲冲击后由标准插接件J3输出给电机。

本发明电机总成中雨刷位置信号监测装置如图3所示：雨刷位置信号监测装置由一个带凸起的圆环和两个触头7、8构成，圆环和触头都置于电机总成内，其中圆环跟随电机一起转动，而触头7、  8固定在电机外壳上，当触头7、8处于图3中所示的凸起位置时，对应于雨刷处于停止位置，触头7与地相连，触头8和信号输入电路4的输入端相连，当处于雨刷停止位置时复位端信号为低电平，从而给出电机位置信号。

雨刷执行机构有一个四连杆机构和两个雨刷臂组成，工作中雨刷电机带动四连杆结构运动，将电机的转动转化为雨刷臂的摆动，从而实现雨刷的刮水动作。

该雨刷的工作过程如下：

雨刷处于“停止”、“高速档”、“低速档”、“间歇档”等工作状态的指令信号可由两种情况得到，一种是由司机通过操作面板上的按钮来得到，另一种可以通过雨量传感器等得到雨量信息然后分析处理得到，该指令信号传到LIN总线，然后通过LIN总线传输到雨刷控制器，通过雨刷控制器中的LIN总线收发器接收后，传给微处理器1，微处理器1对信号进行分析、判断、处理后，根据处理的结果向电机驱动电路3输出不同的控制信号，从而使雨刷工作在不同的工作模式。驱动电路3主要为一个功率输出芯片以及相关的外围器件，该芯片的输出响应快，且具有过压及限流保护功能，正常状态下，其输出随输入变化，微处理器1发出不同的控制信号来改变电机的工作状态，低速档时，微处理器1发出一定占空比的控制信号，使雨刷低速摆动；高速档时，微处理器1发出占空比为0的高电平控制信号，驱动电路3随之发出恒定的高电压来驱动电机，使雨刷高速摆动；间歇档时微处理器1在雨刷每刮水一次后，监测到雨刷位置信号，经过一定的延时之后再发送控制信号，从而实现雨刷的间歇刮水，同时该延时时间长短可以方便的通过LIN总线传来的数据进行修改；停止时，微处理器1并不马上使电机停转，而是保持电机工作状态不变，并不断监测雨刷电机的位置信号，当监测到雨刷位置处于停止位置时发出关断命令，使电机停转，从而保证雨刷停在其停止位置。如果出现故障，如过压，电流过大等情况，驱动芯片将通过管脚将故障状态传回给微处理器1，微处理器1根据故障发出不同的控制信号使雨刷停止或工作与其他状态，同时可以将故障代码通过LIN接收器发给LIN总线，从而反映到司机仪表板上来提示司机处理。

微处理器1工作过程如图4所示：当汽车上电后，微处理器1初始化，并打开中断，之后进入睡眠状态以节省电能，当LIN总线中有控制命令传来时，微处理器1被唤醒，并根据得到的控制命令转入相应的工作状态，其状态由电机状态(MOTORSTATE)确定，首先判断电机状态，当判断电机状态为1，表示雨刷工作于低速，此时设置微处理器1输出给驱动电路的控制信号占空比为相应的数值，雨刷工作于低速工况，若不为1，则继续判断电机状态是否为2，若判断电机状态为2时，为中速工作状态，微处理器1调整输出给驱动电路3的控制信号占空比为相应的数值，使雨刷在中速工作，若不为2，则继续判断电机状态是否为3，若判断电机状态为3，为高速工作状态，此时调整微处理器1输出给驱动电路的控制信号占空比为1，雨刷高速工作，若不为3，继续判断电机状态是否为4，若是，雨刷工作于间歇刮水状态，此时调整控制信号占空比为低速运行状态，同时监测从信号输入电路得到的雨刷位置信号，当其为低时，进入中断，设置延时程序进入延时，当延时时间到后，继续以低速驱动电机工作，从而实现雨刷的间歇刮水；若不为4，则关掉中断，然后继续判断电机状态是否为5，若为5，则为雨刷停止信号，微处理器1将不断监测雨刷是否到达停止位置(对应于微处理器1的RAO管脚为0)，若RAO管脚不为0，雨刷没有到达停止位置，则继续工作于低速状态，如果RAO为0，则到达停止位置，将命令电机停转，雨刷停止工作，同时微处理器1进入休眠状态。

Claims (5)

1.一种电子控制雨刷，包括雨刷控制器、电机总成以及雨刷执行机构，其特征在于雨刷控制器由微处理器[1]、LIN总线接口电路[2]、驱动电路[3]、信号输入电路[4]、复位电路[5]及稳压电源电路[6]组成；微处理器[1]与复位电路[5]相连，接收复位信号，与LIN总线接口电路]2]相连，发动和接收LIN信号，并输出唤醒信号给LIN总线接口电路[2]，给驱动电路[3]发送控制信号，并接收由驱动电路[3]发来的状态信号；LIN总线接口电路[2]由LIN收发器及相关的外围电路组成，其作用是提供微处理器[1]与LIN总线连接的接口，使电控模块能够通过总线接收或发送数据和指令；驱动电路[3]根据微处理器[1]发出的控制信号，驱动雨刷电机工作于不同的状态；信号输入电路[4]负责将雨刷的位置信号输入到微处理器[1]；复位电路[5]向微处理器[1]提供复位信号；稳压电源电路[6]负责向雨刷控制器提供稳定的5V电源；电机总成中包括一个雨刷电机和一个由处于雨刷电机内部的带突起的圆环以及触头[7和8]构成的雨刷位置采集装置，雨刷位置采集装置向微处理器[1]提供雨刷的停止位置信号；雨刷执行机构由一个四连杆机构和两个雨刷臂组成，工作中雨刷电机带动四连杆机构运动，将电机的转动转化为雨刷臂的摆动，从而实现雨刷的刮水动作。

2.根据权利要求1所述的电子控制雨刷，其特征在于：微处理器[1]由芯片PIC16F688组成，它通过RA3管脚与复位电路[5]相连来接收复位信号；通过RA0管脚和信号输入电路[4]相连，接收从信号输入电路[4]传来的雨刷电机位置信号，通过管脚RXD、TXD、RC2与LIN总线接口电路[2]相连，来发动和接收LIN信号，并通过RC2端口输出唤醒信号给LIN总线接口电路[2]来唤醒总线接口电路，保证在不通讯时节省电能；通过RA4、RA5和RC3管脚和驱动电路[3]相连，通过RA4给驱动电路[3]发送控制信号，并通过RA5和RC3接收由驱动电路[3]发来的状态信号。

3.根据权利要求1所述的电子控制雨刷，其特征在于：LIN总线接口电路[2]由LIN总线接口芯片TJA1020A以及外围的器件组成，LIN收发器与系统总线相连，其RXD和TXD管脚和微处理器[1]的RXD、TXD管脚相连用来进行信号交互，而其NSLP管脚和微处理器[1]的RC2管脚相连，用来接收从微处理器[1]传来的唤醒信号；

复位电路[5]由电阻R1和电容C4组成，上电时给微处理器[1]提供复位信号；

信号输入电路[4]由电阻R3，R11，电容C1和稳压二极管Z3以及标准插接件J3组成，其中R3一端与VCC相连，一端和R2相连，R2另一端与接插件J3相连，电容C1和稳压管Z3并联连接，且一端接地，一端接R2和R3的连接处，雨刷电机位置信号通过J3进入信号输入电路[4]，然后经过R3和R11的降压，以及Z3稳压和C1滤波后进入微处理器[1]的RA0管脚；

驱动电路[3]由驱动芯片BTS640S2以及外围器件组成，外围器件连接如下，管脚ST通过电阻R8和C6与地相连，管脚IN通过电阻R9和C7与地相连，用来滤波，同时管脚ST还通过电阻R5与电源VCC相连来拉高该管脚，管脚IS连接电阻R10，电容C2、电阻R4和稳压管Z1并联，且一端接地，另一端接R10，输出管脚OUT1与电感L1相连，L1另一端与电容C5和插接件J4相连，C5的另一端接地，输出管脚OUT2通过电容C3与地相连。控制信号由微处理器[1]传送给该芯片的IN管脚，该芯片的ST、IS管脚将芯片所处状态和保护信息回馈给微处理器[1]，当微处理器通过ST和IS的状态判断出工作状态不正常，将控制其停止工作，该芯片的输出OUT管脚经过电容C3，C5以及电感L1的滤波，去掉输出的脉冲冲击后由标准插接件J3输出给电机。

4、根据权利要求1所述的电子控制雨刷，其特征在于：雨刷位置采集装置中的圆环跟随电机转动，触头[7和8]固定在电机外壳上，当触头[7和8]处于凸起位置时，对应于雨刷处于停止位置，触头[7]与地相连，触头[8]和信号输入电路[4]的输入端相连，当处于雨刷停止位置时复位端信号为低电平，从而给出雨刷位置信号。

5、根据权利要求1所述的电子控制雨刷，其特征在于：雨刷工作状态的指令信号传到LIN总线，经LIN总线收发器接收，传给微处理器[1]，微处理器[1]对信号进行分析、判断、处理后，根据处理的结果向电机驱动电路[3]输出不同的控制信号来改变电机的工作状态，低速档时，微处理器[1]发出一定占空比的控制信号，使雨刷低速摆动；高速档时，微处理器[1]发出占空比为0的高电平控制信号，驱动电路[3]随之发出恒定的高电压来驱动电机，使雨刷高速摆动；间歇档时微处理器[1]在雨刷每刮水一次后，监测到雨刷位置信号，经过一定的延时之后再发送控制信号，从而实现雨刷的间歇刮水，同时该延时时间长短可以方便的通过LIN总线传来的数据进行修改；停止时，微处理器[1]并不马上使电机停转，而是保持电机工作状态不变，并不断监测雨刷的位置信号，当监测到雨刷位置处于停止位置时发出关断命令，使电机停转，从而保证雨刷停在其停止位置。如果出现故障，如过压，电流过大等情况，驱动芯片将通过管脚将故障状态传回给微处理器[1]，微处理器[1]根据故障发出不同的控制信号使雨刷停止或工作于其他状态，同时可以将故障代码通过LIN接收器发给LIN总线，从而反映到司机仪表板上来提示司机处理。

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