Подрулевой переключатель – позволяет задавать режимы работы стеклоочистителя. Имеет кольцо регулировки частоты хода щёток в прерывистом режиме.

Блок управления стеклоочистителем – обеспечивает различные режимы работы стеклоочистителя;

Электродвигатель омывателя – подаёт жидкость на поверхность ветрового стекла;

Электродвигатель стеклоочистителя – исполнительный механизм обеспечивающий движение щёток очистителя;

Концевой выключатель – представляет собой секторный механизм и служит для отслеживания положения щёток стеклоочистителя. При отмене любого из режимов работы стеклоочистителя концевой выключатель вернёт щётки в парковое положение;

Схема задержки – в режиме совместной работы стеклоочистителя и омывателя осуществляет задержку работы электродвигателя стеклоочистителя для предотвращения движения щёток стеклоочистителя по сухой поверхности ветрового стекла;

Генератoр прямоугольных импульсoв (ГПИ) – генерирует импульсы с регулируемой скважностью, обеспечивая работу стеклоочистителя в прерывистом режиме Пр;

Датчик дождя – предназначен для автоматического управления стеклоочистителем.

Электронные ключи (ЭК1, ЭК2) – обеспечивают работу электродвигателя стеклоочистителя: ЭК1 – выход щёток из паркового положения, ЭК2 – возврат в парковое положение.

Далее рассмотрим работу схемы в каждом режиме.

Режимы работы устройства

Прерывистый режим - режим осуществляется переведением подрулевого переключателя в положение “Пр”. Далее система стеклоочистки работает в соответствии с заданным интервалом, ниже описанным образом.

По контактам подрулевого переключателя подаётся питание на генератор прямоугольных импульсов (ГПИ). По переднему фронту импульса с выхода ГПИ открывается электронный ключ ЭК1, подавая напряжение на щётку электродвигателя стеклоочистителя. Щетки начинают двигаться. По заднему фронту импульса с выхода ГПИ закрывается электронный ключ ЭК1. В этот момент щётки стеклоочистителя находятся уже в непарковом положении. Концевой выключатель в непарковом положении щёток автоматически перебрасывает свои контакты, открывая электронный ключ ЭК2, что обеспечивает дальнейший ход щёток. Вернувшись в парковое положение, щётки остановятся. С приходом очередного импульса с ГПИ цикл повторится.

Режим совместной работы стеклоочистителя и стеклоомывателя - режим осуществляется переведением подрулевого переключателя в нефиксированное положение “0”. Далее система стеклоочистки работает описанным образом.

В промежутке времени когда подрулевой переключатель замкнут в положении “0” на стекло подаётся омывающая жидкость. При отпускании подрулевого переключателя, его контакты возвращаются в исходное положение и двигатель стеклоочистителя начинает работать. Накопленная в цепи задержки энергия поддерживает в открытом состоянии электронный ключ ЭК1 втечение времени, достаточного для совершения трёх циклов работы щёток стеклоочистителя (І, ІІ, ІІІ). Причём в конце третьего цикла доведение щёток в парковое положение производится посредством концевого выключателя.

Работа на первой скорости - режим осуществляется переведением подрулевого переключателя в положение “1ск”. Питание через контакты подрулевого переключателя подаётся на щётку электродвигателя стеклоочистителя постоянно. При отмене режима, щётки вернутся в парковое положении посредством концевого выключателя.

Работа на второй скорости - в этом режиме работа стеклоочистителя происходит на повышенной скорости. Данный режим используется в случае интенсивного залива ветрового стекла (идёт ливень). В этом случае переключатель устанавливается в положение “2ск”. Питание якоря двигателя происходит через щётку смещённую на некоторый угол от геометрической нейтрали.

 

2.3 Выбор элементной базы узлов устройства

В качестве датчика загрязнения стекла выбрана оптопара EL817 с открытым оптическим каналом, особенностью которого является возможность управлять извне интенсивностью излучения, попадающего от излучателя к фотоприемнику оптопары.

Оптопара работает с компаратором К1401СА1. Это счетверенный компаратор среднего быстродействия (t_ЗАД≤120 нс) и небольшого тока потребления (I_ПОТ≤45 мА). Компаратор работает в диапазоне питающего напряжения 3…16,5В.

Параметры оптопары EL817:

прямой ток	20 мА
пробивное напряжение коллектор – эмиттера	15 В
напряжение насыщения коллектор – эмиттера	5 В

В качестве времязадающих элементов использованы таймеры КР1006ВИ1[2]. Они имеют следующие достоинства: небольшие размеры (восьмивыводной корпус DIP); минимальное количество и простота расчета времязадающих R,C-элементов обвязки; достаточно мощный выход (I_ВЫХ≈100мА) позволяет работать непосредственно на транзистор средней мощности КТ815А.

Транзистор КТ815А выбран с запасом по току, для того чтобы иметь возможность использования его без теплоотвода (постоянная рассеиваемая мощность без теплоотвода транзистора КТ815А Р_РАС=1ВТ) для снижения массогабаритных параметров [1].

Диоды КД522Б и КД106А выбраны из-за своих миниатюрных размеров, а следовательно, занимаемой площади на печатной плате. Немалую роль играет их доступность и дешевизна.

	Напряжение питания	от 3 до 15 В
	Выходное напряжение низкого уровня при Uп=5 В, Uср=3,7...4,7 В, Iвых=5 мА при Uп=15 В, Uср=11,5...14 В, Iвых=0,1 А	не более 9,35 В не более 2,5 В
	Выходное напряжение высокого уровня при Uп=5 В, Uср=1,8...2,8 В, Iвых=0,1 А при Uп=15 В, Uср=5,5...8 В, Iвых=0,1 А	не менее 2,75 В не менее 12,5 В
	Ток потребления при Uп=5 В, Uср=3,7...4,7 В, Uвх=2,3...3,3 В при Uп=15 В, Uср=11,5...14 В, Uвх=7...9,5 В	не более 6 мА не более 15 мА
	Ток сброса при Uп=15 В	не более 1,5 мА
	Выходной ток при Uп=15 В	не более 2 мкА
	Ток срабатывания	250 нА
	Время нарастания (спада)	300 нс
	Начальная погрешность при Uп=15 В	не более 3 %

Таблица 2.1. Электрические параметры микросхемы КР1006ВИ1

2.4 Принципиальная электрическая схема системы управления стеклоочстителем

Принципиальная электрическая схема разработанной системы управления стеклоочистителем приведена на листе ДП 1.140706.65.11.27.07 00 Э3.

Система стеклоочистки работоспособна при включённом выключателе зажигания и при наличии сигнала от датчика дождя. При переводе подрулевого переключателя в положении “0” из любых рабочих положений через выводы 53 и 53е накоротко замыкается обмотка якоря через основные щётки, чем обеспечивается динамическое торможение электродвигателя стеклоочистителя.

Рассмотрим работу системы управления стеклоочистителем в каждом режиме.

Работа устройства при прерывистом режиме

Для организации этого режима подрулевой переключатель переводится в положение 1, 2. Сигнал от датчика дождя подаётся на генератор прямоугольных импульсов (ГПИ).

ГПИ построен на базе ИМС DD1 [2] (рисунок 2.2). Он генерирует сигнал с регулировкой длительности подстроечным резистором R4 и регулировкой паузы переменным резистором R3, расположенным в корпусе рычага подрулевого переключателя Длительность импульсов задаётся резисторами R1, R4 и конденсатором С1.Длительность паузы задаётся резисторами R2, R3 и конденсатором С1. Формирование на выходе схемы последовательности импульсов происходит в результате заряда и разряда времязадающего конденсатора С1.

 

Рисунок 2.2 - Схема генератора прямоугольных импульсов и осциллограммы его работы

 

При подключении схемы к источнику питания конденсатор С1 заряжается от 0 до 2/3 Uп через резисторы R1, R4 и диод VD1 за время T0. Напряжение на выходе таймера в течение этого времени равно Uп. В момент T0, когда напряжение на конденсаторе С1 достигнет величины 2/3Uп, потенциал выводов 3 и 7 падает до нуля и конденсатор С1 начинает разряжаться от 2/3 до 1/3Uп через диод VD2, резисторы R3, R2 и вывод 7 микросхемы DD1. Время T0 определяет продолжительность выхода таймера на периодический рабочий режим работы, после чего формируются одинаковые повторяющиеся импульсы. Конденсатор С2 снижает влияние помех на длительность формируемых импульсов.

В момент появления импульса на выходе ГПИ (момент времени t₁) открываются транзисторы VT1 и VT3, и питание +12 В от замкнутого выключателя зажигания (точка Н), через вывод 15 блока управления, точку M, к–э переход транзистора VT3, точку F, вывод S блока управления, выводы 53е, 53 подрулевого переключателя, точку В, вывод 1 привода стеклоочистителя подаётся на щётку электродвигателя стеклоочистителя – щётки выходят из паркового положения. В момент времени t₂ щётки стеклоочистителя отклоняются на угол достаточный для переключения контактов концевого выключателя из нормальнозамкнутого положения 1–2 в положение 1–3. Во время отсутствия импульса напряжение на выходе ГПИ уменьшается практически до нуля, и транзисторы VT1, VT3 закрываются, а питание на электродвигатель стеклоочистителя подаётся посредством контактов 1–3 концевого выключателя. Замкнутые контакты 1–3 концевого переключателя обеспечивают открытие транзисторов VT2, VT4 тем самым подаётся питание электродвигателя стеклоочистителя по следующей цепи: +12 В от выключателя зажигания, точка Н, вывод 15 блока управления, точка M, к–э переход транзистора VT4, точка F, вывод S блока управления, выводы 53е, 53 подрулевого переключателя, точка В, вывод 1 привода стеклоочистителя, щётка электродвигателя стеклоочистителя (момент времени t₂ – t₃ ). Электродвигатель останавливается (щётки не движутся) после возвращения щеток в парковое положение (момент времени t₃–t₄).

Таким образом, с приходом последующего импульса с ГПИ (момент времени t₄) цикл повторится.

Рисунок 2.3 - Осциллограммы в контрольных точках принципиальной схемы системы управления стеклоочистителем

 

Режим совместной работы стеклоочистителя и стеклоомывателя

Совместная работа стеклоочистителя и стеклоомывателя обеспечивается блоком управления. Для организации этого режима подрулевой переключатель из исходного положении “0” переводится в нефиксированное положение 5. Вследствие чего питание через выводы 53аh и W подрулевого переключателя подаётся на электродвигатель омывателя и схему задержки блока управления (вывод 86. блока управления стеклоочистителем).

Схема задержки состоит из следующих узлов:

- Времязадающая цепь (С3, R6, VD3);

- Резистивный делитель (R7, R8);

- Компаратор DA1.

При подачи питания на времязадающую цепь, потенциал в точке К мгновенно примет значение U_К-U_VD3= 11,6 В, что превышает значение потенциала в точке L (U_L=3 В), с выхода компаратора будет сниматься высокий уровень напряжения и следовательно транзисторы VT1, VT3 откроются (момент времени t₀–t₁). При отключении питания времязадающей цепи в момент t₁, контакты подрулевого переключателя вернутся в положение “0” и цепь питания электродвигателя стеклоочистителя замкнётся, щётки стеклоочистителя начнут двигаться. В это же время конденсатор C3 начинает разряжаться через резистор R7. Диод VD3 препятствует разряду конденсатора С3 через электродвигатель омывателя. Как только потенциал в точке К станет меньше потенциала в точке L с выхода компаратора будет сниматься низкий уровень напряжения и следовательно транзисторы VT1, VT3 закроются. За время разряда конденсатора С3 (t₁–t₂) щётки стеклоочистителя успевают сделать 3 цикла работы. В конце третьего цикла доведение щёток стеклоочистителя в парковое положение (при необходимости) осуществляется посредством контактов концевого выключателя аналогично, как было рассмотрено в выше описанном режиме (момент времени t₂–t₃).

Рисунок 2.4 – Осциллограммы в контрольных точках принципиальной схемы системы управления стеклоочистителем (Режим совместной работы стеклоочистителя и стеклоомывателя).

 

 

Работа на первой скорости

Режим работы на первой скорости осуществляется переведением подрулевого переключателя в положение 3. Питание через вывод 53а и 53 подрулевого переключателя, вывод 1 привода стеклоочистителя, подается на щётку электродвигателя стеклоочистителя постоянно. При этом доведение щёток стеклоочистителя в парковое положение осуществляется посредством контактов концевого выключателя аналогично, как было рассмотрено в выше описанных режимах

Работа на второй скорости

В этом случае подрулевой переключатель устанавливается в положение 4. Питание через вывод 53а и 53b подрулевого переключателя, вывод 2 привода стеклоочистителя, подается постоянно на щётку электродвигателя стеклоочистителя, смещённую на некоторый угол от геометрической нейтрали.

При выборе элементной базы принципиальной схемы, в качестве элементов DA1, выбираем микросхемы типа LM111N [19]. В качестве интегрального таймера DD1 по справочнику выбираем микросхему КР1006ВИ1 [16]. На рисунке 2.5 показана функциональная схема ИМС КР1006ВИ1 (NE555).

Схема состоит из следующих узлов:

- Резистивный делитель (R1–R3);

- Два компаратора – верхний (ВК) и нижний (НК);

- Триггер памяти (Тр);

- разрядный транзистор (VT3);

- выходные транзисторные каскады (VT1, VT2).

Рисунок 2.5 – Функциональная схема ИМС КР1006ВИ1 (NE555)

 

Резистивный делитель содержит три одинаковых резистора и подает на нижний по схеме компаратор напряжение U_н = Un/3, а на верхний – напряжение U_в = 2Un/3. Таким образом, если на выводе 2 таймера напряжение станет меньше, чем Uн, то на триггер пойдет сигнал установки в единицу, транзистор VT1 откроется и с выхода 3 таймера будет сниматься высокий уровень напряжения; если же напряжение на выводе 6 станет больше, чем U_B, то с верхнего компаратора на триггер придет сигнал установки в нуль, транзистор VT1 закроется, а транзисторы VT2 и VT3 откроются тем самым, образуя цепь: вывод 7 таймера – переход коллектор-эмиттер транзистора VT3– вывод 1 таймера.