自適應(yīng)大面積雨刮器的設(shè)計(jì)與研究

周天宇，田泉，黃富

（貴州師范大學(xué)機(jī)械與電氣工程學(xué)院，貴州貴陽550025）

自適應(yīng)大面積雨刮器的設(shè)計(jì)與研究

周天宇，田泉，黃富

（貴州師范大學(xué)機(jī)械與電氣工程學(xué)院，貴州貴陽550025）

對現(xiàn)有雨刮器刮刷面積較小問題進(jìn)行研究，力求在原有結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)，以使雨刷面積最大化。改變原有結(jié)構(gòu)固定路徑運(yùn)行方式，采用雙軌道，實(shí)現(xiàn)雨刮回程與出程的刮刷區(qū)域互相交錯(cuò)，這樣雨刷的刮刷面積就變?yōu)閮蓚€(gè)面積之和，從而達(dá)到增加雨刮器刮刷面積的目的。

雨刮器；刮刷面積；雙軌道

雨刮器是安裝在擋風(fēng)璃上的重要附件，對于行車安全具有至關(guān)重要的作用。雨刮器按其驅(qū)動(dòng)方式可分為機(jī)械式、真空式、液壓式、氣壓式和電動(dòng)式等。由于技術(shù)上的差別，不同的雨刮刮刷效果大有不同，現(xiàn)代汽車一般采用電動(dòng)刮水器，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、控制方便。雨刮器的刮刷方式不同，刮刷面積也大小不一，雨刮器刮刷方式有對刮、同向刮刷、單臂可控刮刷與普通單臂刮刷等幾種[1]。目前用得最多的是前兩種刮刷方式，單臂刮刷一般用于汽車后車窗玻璃，前者能使雨刮器刮刷面積增加10%左右[2]。對于單臂刮刷式雨刮器而言，結(jié)構(gòu)最簡單，成本最低，但刮刷面積不大是其致命的缺點(diǎn)[3]；單臂可控式雨刮刮刷面積最大，但其結(jié)構(gòu)控制、控制方式復(fù)雜，故而使用頻率很少；雨刮片又有無骨與有骨兩種類型，現(xiàn)在市面上大多數(shù)的小型汽車都是使用無骨雨刮[4，5]。無骨雨刮更貼合車窗玻璃，減少空氣阻力，能更達(dá)到更好的去水效果；有骨雨刮磨損程度平均，容易出現(xiàn)雨刮片和玻璃之間磨擦的噪音，不易刮干凈雜質(zhì)。

據(jù)國際駕駛安全調(diào)查顯示，雨天行車且是由于雨刮器問題引起的交通事故率，要比平時(shí)高出好幾倍。當(dāng)眼前視線模糊不清的時(shí)候駕車是非常危險(xiǎn)的，車前方的視線受到阻礙，車輛、行人、和景物都變得模糊不清。此時(shí)，開啟雨刮，理論上車前方就會一片清明，然而由于設(shè)計(jì)上的缺陷，雨刷的工作范圍只在一個(gè)特定的扇形區(qū)域（如圖1所示），不能把整個(gè)車窗玻璃刮完全，因此就留下了視覺盲區(qū)。加上有些車輛車身A柱過大，而雨刮器又刮不到位，于是使盲區(qū)增大，從而帶來安全隱患。另外雨刷刮不到的地方久而久之就會積灰，車主行車前還需手動(dòng)清理，這在一定程度上帶來了不便，也不能及時(shí)應(yīng)對污水飛濺在車窗玻璃上的突發(fā)事件，污水會干擾駕駛者的視線，影響駕駛甚至造成車禍。

圖1 刮刷范圍及盲區(qū)示意圖

對市面上的雨刮器進(jìn)行了考查后，在雨刮器原有的特點(diǎn)上進(jìn)行了改進(jìn)，對優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行保留，缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，如增大雨刮器面積、減少噪聲等等。

1 雨刷總成及動(dòng)作原理

雨刮器主要由電機(jī)及減速機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、雨刮臂和雨刮片等構(gòu)件組成。電動(dòng)機(jī)是雨刮器的動(dòng)力來源，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過蝸輪蝸桿的減速增扭作用驅(qū)動(dòng)擺臂，擺臂帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為刮臂的左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)刮雨動(dòng)作。雨刮臂在其中又起到壓片的作用，使雨刮片貼在車窗玻璃上，使其不至于外翹，影響駕駛。

雨刷總成如圖2所示，電動(dòng)機(jī)與旋轉(zhuǎn)片通過傳動(dòng)軸連接、旋轉(zhuǎn)片與傳動(dòng)桿用鉚釘連接，傳動(dòng)桿又分別與連桿及驅(qū)動(dòng)片連接，驅(qū)動(dòng)片通過傳動(dòng)軸支承板連接。電機(jī)啟動(dòng)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)片、傳動(dòng)桿等運(yùn)動(dòng)，最終帶動(dòng)擦板做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

圖2 雨刷總成

2 新型雨刮器結(jié)構(gòu)

本次設(shè)計(jì)在原有基礎(chǔ)上作了較大改動(dòng)，主要體現(xiàn)在調(diào)幅桿和支撐板上。

2.1 調(diào)幅桿

調(diào)幅桿的作用是對雨刮器的擺動(dòng)做微小調(diào)整，它是實(shí)現(xiàn)雨刮臂動(dòng)作的一部分，與驅(qū)動(dòng)柄一起對刮片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在本次設(shè)計(jì)中，調(diào)幅桿被徹底設(shè)計(jì)成桿狀，剪去其尾部原本燕尾的形狀，加長圓柱桿，并在尾部設(shè)計(jì)了一個(gè)圓柱轉(zhuǎn)動(dòng)銷。設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)銷的目的是為了在支撐板的軌道里擺動(dòng)。并在原來調(diào)幅桿燕尾結(jié)構(gòu)與圓柱相接的部位改成長方體結(jié)構(gòu)，中間留有鍵槽用來放置符合彈簧。調(diào)幅桿結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 調(diào)幅桿結(jié)構(gòu)

2.2 支撐板

本次設(shè)計(jì)對支撐板作了很大創(chuàng)新：首先，在原支撐板放置齒輪盤的位置邊沿加了一塊板壁，縱向留出放置齒輪盤、齒輪軸以及驅(qū)動(dòng)柄高度的距離，向里橫向設(shè)計(jì)了一個(gè)導(dǎo)軌盤，改進(jìn)后的支撐板結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。導(dǎo)軌盤內(nèi)有1、2兩號軌道，一前一后，以供設(shè)計(jì)后的調(diào)幅桿在導(dǎo)軌盤里作扇形擺動(dòng)。

圖4 支撐板改進(jìn)圖

2.3 其他改進(jìn)

除了支撐板與調(diào)幅桿做了較大改動(dòng)，雨刮器其他構(gòu)件保持不變，符合在原有結(jié)構(gòu)上改進(jìn)的預(yù)期目標(biāo)。另外為了實(shí)現(xiàn)雨刮動(dòng)作，在新型雨刮器上還增加了幾個(gè)小構(gòu)件來保證機(jī)構(gòu)順利運(yùn)行，如新增彈片：用來使調(diào)幅桿復(fù)位；卡針：幫助調(diào)幅桿完成在一、二導(dǎo)軌之間的轉(zhuǎn)換。改進(jìn)后的雨刮器總體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 改進(jìn)后的雨刮器結(jié)構(gòu)

3 新型雨刷動(dòng)作順序及原理

通過對現(xiàn)有雨刮器運(yùn)行方式的觀察以及查找到的資料，對如何增大雨刮器刮刷面積進(jìn)行了深入探討，并設(shè)計(jì)出了可以使得雨刮器刮刷面積在原有基礎(chǔ)上增加，并且減小視覺盲區(qū)的結(jié)構(gòu)。本次設(shè)計(jì)采用雙軌導(dǎo)運(yùn)行方式，利用軌道一與軌道二之間的距離來達(dá)到增加雨刮器刮刷面積的目的。改進(jìn)后的雨刮器具體的動(dòng)作順序如下：

（1）雨刮器在靜止的時(shí)候，彈簧處于自然伸長狀態(tài)，此時(shí)雨刷停在導(dǎo)軌一內(nèi)待機(jī)準(zhǔn)備。

（2）由電機(jī)帶動(dòng)雨刮器擺動(dòng)，此時(shí)調(diào)幅桿在導(dǎo)軌一內(nèi)隨著驅(qū)動(dòng)柄做半圓周擺動(dòng)，此為雨刮器的路徑一，設(shè)刮片由此刮刷出來的扇形面積為S1.

（3）當(dāng)雨刮器順時(shí)針擺動(dòng)到導(dǎo)軌末端時(shí)，調(diào)幅桿末端碰到卡針并推動(dòng)卡針轉(zhuǎn)動(dòng)到一定位置，這時(shí)調(diào)幅桿已進(jìn)入導(dǎo)軌盤右端相對較空的位置，卡針在彈片的作用下復(fù)位。隨著調(diào)幅桿在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，此時(shí)復(fù)位的卡針由于是斜三角椎體結(jié)構(gòu)，充當(dāng)了導(dǎo)槽的作用，引導(dǎo)調(diào)幅桿進(jìn)入導(dǎo)軌二。

（4）調(diào)幅桿在導(dǎo)軌二內(nèi)繼續(xù)做順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，由于導(dǎo)軌二位于導(dǎo)軌一前方，且兩導(dǎo)軌之間間隔了一定距離，由此推動(dòng)調(diào)幅桿向前偏移了相應(yīng)的長度，使得雨刮器的刮刷區(qū)域也向前偏移同樣的距離，此為雨刮器的路徑二。設(shè)此時(shí)雨刷的刮刷面積為S2，刮刷半徑未變，此時(shí)彈簧處于壓縮狀態(tài)。

（5）電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)調(diào)幅桿轉(zhuǎn)動(dòng)到導(dǎo)軌最左端。這時(shí)由于脫離了導(dǎo)軌，彈簧伸長，伸長時(shí)的作用力使得調(diào)幅桿后退，回到導(dǎo)軌一內(nèi)。進(jìn)入路徑一，由此循環(huán)。

通過雨刮器的兩種路徑，使其刮刷面積變?yōu)镾1與S2，這時(shí)雨刷的總面積等于兩面積之和，既為S1+S2.這樣就達(dá)到了增加雨刮器刮刷面積的目的，新增后的雨刮面積示意圖如圖6所示。虛線表示路徑一，形成的封閉區(qū)域?yàn)镾1；實(shí)線為路徑二，形成的區(qū)域?yàn)镾2.

圖6 雨刮面積示意圖

4 結(jié)束語

目前國內(nèi)外的汽車使用的雨刮器均為固定面積，刮刷區(qū)域?yàn)樯刃?，雖然可以通過適當(dāng)增加刮片長度來增大雨刮刮刷面積，但雨刮片能增加的長度有限，因此由此增大的刮刷面積有限。而且如果把握不好增加的尺寸，在雨天行車反而對行車安全是一個(gè)重大的隱患，如果再加上雨刮刮不到位以及車身A柱的面積，對行車安全的影響可想而知。

通過學(xué)習(xí)以及對日常生活的觀察，設(shè)計(jì)的這套自適應(yīng)大面積雨刮器在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行了創(chuàng)新，首次采用雙軌道模式，改變原有結(jié)構(gòu)固定軌道運(yùn)行方式。并且在原有結(jié)構(gòu)上改進(jìn)，保留了原有結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，對刮刷面積較小這一問題做了較大改善，能夠解決傳統(tǒng)雨刮刮刷面積較小的問題，消除刮掃死角，減小視覺盲區(qū)，對行車安全性有重大的意義。

[1]陳家瑞．汽車構(gòu)造（下冊）[M].3版.北京：人民交通出版社，2000.

[2]張小虞．汽車工程手冊[M].北京：人民交通出版社，2007.

[3]臧杰，閻巖.汽車構(gòu)造[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[4]ROBERT BOSCH PRESS.于細(xì)微處顯神通——雨刮器技術(shù)探密[J].汽車與駕駛維修：汽車版，2005（2）：15-20.

[5]岑木峰.汽車雨刮器的改進(jìn)[J].湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007（9）：30-33.

Design and Research of Adaptive Large Wiper

ZHOU Tian-yu，TIAN Quan，HUANG Fu
（College of Mechanical and Electronic Engineering，Guizhou Normal University，Guiyang Guizhou 550025，China）

This paper studies the wiper wiping area is lesser，strive for improvement on the original structure，to maximize the wiper area.This design change fixed path operation mode，the original structure with double track，realize the return of windscreen and the process of mutual crisscross，wiping area becomes such a wiper wiping area the sum of two area，so as to achieve the purpose of increasing wiper wiping area.

wiper；wiping area；dual track

U463.85

：A

：1672-545X（2017）01-0097-03

2016-10-17

周天宇（1994-），女，貴州思南人，本科，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)。