智能雨刮控制系统设计

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1、万方数据公路与汽运18Highways＆AutomotiveApplications总第160期智能雨刮控制系统设计黄启科，麻友良，陈小兵，崔挺(武汉科技大学汽车与交通工程学院，湖北武汉430081)摘要：为了减少频繁的手动操作，提高汽车雨天行驶的安全性与舒适性，文中设计了一款基于MC9S12D64单片机的智能雨刮控制系统，介绍了智能雨刮控制系统设计方案，完成了其软、硬件分析设计。关键词：汽车；智能雨刮；设计方案；自动模式；雨量传感器中图分类号：U463．85文献标志码：A文章编号：1671--2668(2014)01--0

2、018--04雨刷是现代汽车重要的安全设备之一。雨刮器的主要功能是刮除附着于挡风玻璃上的水渍及污垢，以提供驾驶员清新的视野。传统的雨刷系统以机械结构为主，采用手动方式调整雨刮器挡位，驾驶员依据雨量大小不断切换挡位，反复操作不仅使驾驶员感觉不适，容易分心，而且致使雨水刮除过程中玻璃清晰度不一，容易引发安全事故。随着人们对汽车安全性、舒适性要求的提高，智能雨刮系统成为一种新的发展趋势。智能雨刮系统在传统雨刮系统的基础上增加了雨量传感器、驱动装置和ECU，它根据雨量传感器检测到的雨量信号，经过ECU综合处理，实现雨刮器自动调速。1

3、系统设计方案智能雨刮系统由红外线发射／接收电路、开关信号电路、雨刮电机驱动电路、蜂鸣器报警电路等组成(如图1所示)。系统ECU选用廉价实用的frees—cale16位单片机MC9S12D64，其总线时钟为16MHz，具备64kBFlashROM、4kBRAM，且集成了PWM模块、ATD模块及CAN模块，完全能满足雨量检测和电机驱动要求。该系统采用模块化设计，Mcgsl2D64单片机首先控制红外线发射管发射红外线信号，然后接收并解调出红外线接收管的编码脉冲，与预设脉冲数量比较，判别雨量大小，接着输出PWM脉宽信号占空比，以此控

4、制直流电机的电枢电压，实现直流电机的正转、反转、加速、减速功能，整个系统调速损耗小、操作简便、可靠有效。传统的雨刷系统以机械结构为主，其主要部件包括雨刮器电动机、杆式开关、连杆机构和继电器(如图2所示)，一般具有间歇、慢、快、复位4种工作模式，但是内部继电器在快慢挡之间切换时电机输入电压不能产生瞬间变化，所以传统雨刮电机调速性能不太理想。。玎外!《发琦丁／I"奠接4t}乜路!ni‘j戛1H％M7嚣≯玉7Hl蓊图l智能雨刮系统结构简图挡风玻璃图2传统汽车雨刮系统示意图智能雨刮系统保留了间歇、慢、快、复位4种工作模式，设置内部继

5、电器常闭合，当切入另一种模式时，其他继电器断开，这样电压不会瞬变，能很好地克服传统雨刮的缺陷。智能雨刮系统在有雨的情况下只需启动自动模式，即可实现雨刮智能调速目的。其原理是利用原有慢挡、快挡、间歇挡，由控制器内继电器控制断开，切断组合开关与雨刮电机的连接。同时在切断的过程中新增一个延时操作，使电机输入电压正好达到换挡时的电压，实现转速的渐增与渐减。但自动模式里不包括复位模式。保留复位挡，主要出于以下几方面的考虑：1)雨量传感器非常精准，在小阵雨时也会工作，反复干刮易损坏玻璃；2)在不影响驾万方数据2014年第1期黄启科，等：

6、智能雨刮控制系统设计19驶员视线的前提下，某些特殊天气无需一直处于自动模式；3)自动挡发生故障时，雨刮无法复位。综上，智能雨刮系统正常情况下只需启动自动模式和复位模式，当自动模式发生故障时启用手动模式。2硬件设计2．1雨量传感器设计2．1．1雨量传感器原理光学式传感器接收反射光的面积很大，而且十分精确，因而把半导体发光元件和感光元件配成一对，形成雨量检测装置。该装置由玻璃棱镜、红外线发射管和红外线接收管等部件组成。发射管将红外光以固定角度投射到挡风玻璃上，经由挡风玻璃、棱镜反射回接收管；在挡风玻璃足够清晰的情况下，接收管收到

7、的红外线总量与发射管发出的红外线总量基本相等[如图3(a)所示]；当有雨滴落在挡风玻璃上时，部分红外线会因为雨滴的折射而分散到外部，导致接收管收到的红外线总量小于发射管发出的红外线总量[如图3(b)所示]。通过与挡风玻璃干燥情况下接收光强的比较，可以得出目前挡风玻璃上的雨量情况。¨呲玻墒发射管接收管(a)无雨情况雨滴、、+友挡风萼璃___‘—‘二_·__—I发躺管接收管(b)有雨情况图3雨量传感器原理示意图根据全反射光学原理，经过计算，要使红外线接收管能收到红外线，红外线发射管的角度必须使红外线入射角大于42。、小于63。，

8、同时要求接收管与发射管的填充区的气密性良好。2．1．2红外线发射电路利用单片机内部定时器的PWM功能产生红外载波信号来驱动红外线发射管。红外线发射管采用硅光电二极管，共8个，每4个一组，将其置于38kHz的频率下工作，采用这种方式可减少发射电路的功耗。脉冲发生器由555电路构成。2．1．3