關(guān)于汽車(chē)雨刮設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)探討

王嵩

摘要：汽車(chē)的雨刮器是用來(lái)清掃汽車(chē)風(fēng)窗玻璃上的雨水和污物的重要裝置，雨刮器的存在可以為司機(jī)提供開(kāi)闊的視野，是保障汽車(chē)安全行駛的重要措施。因此，雨刮器的科學(xué)設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。對(duì)此，本文將在介紹汽車(chē)雨刮器的機(jī)構(gòu)組成和材料工藝的基礎(chǔ)上，對(duì)傳統(tǒng)汽車(chē)雨刮的特點(diǎn)和弊端進(jìn)行分析，并對(duì)新型智能汽車(chē)雨刮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行深入分析。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)雨刮；電機(jī)驅(qū)動(dòng)；智能

1.引言

近些年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，智能化在人們的生活中越來(lái)越普遍，在當(dāng)前的雨刮設(shè)計(jì)中，也有智能化技術(shù)的應(yīng)用，可以說(shuō)，利用智能化技術(shù)設(shè)計(jì)的雨刮器與傳統(tǒng)的雨刮器存在很大的區(qū)別，在雨刮器的處理器設(shè)計(jì)、機(jī)電驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)等方面都有了很大的改變。除此之外，運(yùn)用智能化技術(shù)設(shè)計(jì)的雨刮器的系統(tǒng)運(yùn)行性能也有了很大的提升，因此，本文將結(jié)合新型汽車(chē)雨刮的上述特點(diǎn)，對(duì)其設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，以期為今后的相關(guān)工作提供一定的參考。

2.汽車(chē)雨刮的機(jī)構(gòu)組成及材料工藝

汽車(chē)的雨刮主要由機(jī)構(gòu)、刮桿和刮片三部分組成，其中還包含有直流電動(dòng)機(jī)、四連桿機(jī)構(gòu)、刮水片和減速器等十多個(gè)小部件組成。雨刮器的工作原理為：當(dāng)按下雨刮器的開(kāi)關(guān)時(shí)，電動(dòng)機(jī)即啟動(dòng)，其轉(zhuǎn)速會(huì)帶動(dòng)蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，渦輪蝸桿具有一定的減速增扭作用，在這種作用力的帶動(dòng)下會(huì)驅(qū)動(dòng)擺臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，再由四連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)安裝于車(chē)前身圍板上的轉(zhuǎn)軸進(jìn)行左右方向的擺動(dòng)，最后由轉(zhuǎn)軸的擺動(dòng)帶動(dòng)雨刮片進(jìn)行左右往復(fù)擺動(dòng)，使其進(jìn)行刮掃擋風(fēng)玻璃的運(yùn)動(dòng)。

雨刮主要包括直流電機(jī)和連桿機(jī)構(gòu)兩個(gè)組成部分，圖1所示即為直流電機(jī)和連桿機(jī)構(gòu)的組成部件，其中，直流電機(jī)主要包括電動(dòng)機(jī)、電機(jī)輸出軸和蝸桿蝸輪等部分，其制作材料一般會(huì)選用特種鋼材料，并對(duì)其表面進(jìn)行特殊處理后，才會(huì)用于制作電機(jī)；連桿機(jī)構(gòu)的組成主要包括轉(zhuǎn)軸、連桿、搖臂、固定管和固定板等部件，其制作材料通常為熱鍍鋅板和高強(qiáng)鋼。

如圖2所示為雨刮器的刮桿部分，其主要由刮桿、臂板、彈簧、c-Bow、臂座等幾部分組成，其中，雨刮器的臂板大多是采用冷軋板制成，而臂座的制作材料通常為壓鑄鋁。

圖3所示為雨刮器的刮片部分，主要組成部分有簧片、端蓋、膠條、接頭、風(fēng)翼和連接卡頭等，其中，在進(jìn)行雨刮簧片制作時(shí)需要為其制作防銹層；在進(jìn)行材料選擇時(shí)，連接卡頭和端蓋適合選用具有較高的耐摩擦性能的材料，在現(xiàn)代的制作工藝中，通常會(huì)選用熱塑性工程塑料進(jìn)行制作，因?yàn)檫@種工程塑料具有較高的結(jié)晶度和較高的密度，能夠有效的增加連接卡頭和端蓋的耐摩擦性；而雨刮通常會(huì)選用注塑件，因?yàn)槠渚哂懈邚?qiáng)度和高耐疲勞度；在進(jìn)行膠條材料選擇時(shí)，通常會(huì)偏向于選用優(yōu)質(zhì)的橡膠材料，并對(duì)其表面的石墨涂層進(jìn)行一定的鹵化處理。

3.傳統(tǒng)汽車(chē)雨刮特點(diǎn)與弊端

就我國(guó)目前的汽車(chē)雨刮刮刷方式而言，總共有4種刮刷方式，分別為同向刮刷、對(duì)刮、單臂可控刮刷和普通單臂刮刷。前兩種刮刷方式還可以根據(jù)電機(jī)數(shù)目的不同，分為單電機(jī)驅(qū)動(dòng)和雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩種。在上述多種刮刷方式中，具備伺服功能的雙電機(jī)對(duì)刮模式可以說(shuō)是當(dāng)前較為先進(jìn)的刮刷方式。

傳統(tǒng)的雨刮器有如下的特點(diǎn)：

1.雨刮采用對(duì)刮和同向刮刷的方式進(jìn)行布置，這就使得刮刷面積增大了10%，從而有效的減少了刮刷盲區(qū)。

2.雨刮片較為符合空氣動(dòng)力學(xué)特性。在使用后，關(guān)閉雨刮器的狀態(tài)下，雨刮可以完全的收進(jìn)雨刮槽內(nèi)，從而有效的減少了空氣阻力。

3.在車(chē)輛高速行駛的狀態(tài)下，雨刮片的空氣動(dòng)力學(xué)部件的下壓力會(huì)更強(qiáng)，從而有效的避免了下壓力不足而導(dǎo)致的刮刷不凈現(xiàn)象的產(chǎn)生。

4.新型智能汽車(chē)雨刮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

4.1處理器設(shè)計(jì)

在新型的智能汽車(chē)雨刮系統(tǒng)中，處理器可以說(shuō)是其中最為重要的組成部分，有著十分重要的地位。在整個(gè)雨刮系統(tǒng)中，處理器主要發(fā)揮著處理雨刮轉(zhuǎn)速、控制電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、處理雨量信號(hào)等信號(hào)的作用，處于整個(gè)系統(tǒng)的核心地位，因此，在新型智能雨刮的設(shè)計(jì)中，處理器的硬件配置就有了更高的要求。在新型智能雨刮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，想要滿(mǎn)足以上控制功能，處理器就要有更高精度的模擬水平，與此同時(shí)，處理器還需要具備高性能數(shù)字信號(hào)處理的能力。本文中介紹的搭載DSP芯片的處理器，是一款代碼兼容的高性能數(shù)字混合處理器，它不僅可以對(duì)各種外部信號(hào)進(jìn)行很好的處理，還能夠有效地提升智能汽車(chē)雨刮系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

4.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

現(xiàn)在使用最為普遍的電機(jī)驅(qū)動(dòng)主要是車(chē)載專(zhuān)用的電機(jī)，這類(lèi)電機(jī)可以為汽車(chē)的雨刮系統(tǒng)提供其所需要的電流，從而可以最大程度上保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要采用專(zhuān)用的車(chē)載電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片才能夠在最大程度上保證該電機(jī)驅(qū)動(dòng)為系統(tǒng)提供的最大驅(qū)動(dòng)電流可以達(dá)到30A，與此同時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的內(nèi)部集成了電流感應(yīng)模塊和H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。這樣的設(shè)計(jì)可以有效的保證整個(gè)雨刮系統(tǒng)運(yùn)行的正常性，也在一定程度上滿(mǎn)足了智能雨刮電機(jī)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)行要求，除此之外，電機(jī)驅(qū)動(dòng)還具備一定的智能保護(hù)功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，一旦電機(jī)出現(xiàn)異常情況，就可以及時(shí)的采取應(yīng)對(duì)措施，充分的保證了電機(jī)以及雨刮系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。

4.8其他設(shè)計(jì)

除上述的處理器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)外，智能汽車(chē)雨刮系統(tǒng)還包括很多硬件設(shè)備，比如光電編碼器、CAN總線結(jié)構(gòu)、DSP外圍電路和JTAG仿真接口等，上述的各種硬件設(shè)備都對(duì)新型智能汽車(chē)雨刮系統(tǒng)的正常運(yùn)行起到了一定的輔助和支撐作用，可以說(shuō)，在新型智能汽車(chē)的整個(gè)雨刮系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要充分的考慮到其設(shè)計(jì)的全面性。在雨刮系統(tǒng)中起到重要作用的光電編碼器，主要的功能是用于電機(jī)角度信號(hào)的返回，這樣就有效的實(shí)現(xiàn)了對(duì)雨刮的刮刷角度和電機(jī)轉(zhuǎn)速的監(jiān)測(cè)和測(cè)量，在保障汽車(chē)雨刮系統(tǒng)運(yùn)行性能和運(yùn)行可靠性方面有著重要的作用，是新型智能汽車(chē)雨刮系統(tǒng)的重要組成部分。

5.測(cè)試與仿真

5.1測(cè)試

對(duì)新型智能汽車(chē)的單片機(jī)PWM輸出波形進(jìn)行分析，如圖4所示即為單片機(jī)的PWM輸出波形，其主要的信號(hào)參數(shù)包括周期和脈寬兩方面，其中T1為脈寬，TI+T2為周期，可以通過(guò)調(diào)節(jié)PWM信號(hào)的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)雨刮的同步擺動(dòng)。

5.2仿真

使用simuilkn軟件包對(duì)雨刮系統(tǒng)進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖5所示，從圖5的數(shù)據(jù)和曲線中可以看出，自調(diào)整模糊控制響應(yīng)曲線的調(diào)整時(shí)間是.05s，超調(diào)量是2%，PID響應(yīng)曲線的調(diào)整時(shí)間是1.55，超調(diào)量是21%；與PID控制器相比較，自調(diào)整模糊控制器具有調(diào)節(jié)速度快，超調(diào)量小，控制精度高等特點(diǎn)。

6.結(jié)語(yǔ)

綜上所述可以看出，在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的當(dāng)下，新型智能汽車(chē)雨刮的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)已經(jīng)逐漸的成為了發(fā)展的熱潮，在傳統(tǒng)雨刮開(kāi)發(fā)和利用的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)制造的智能雨刮更具有使用的優(yōu)越性和先進(jìn)性，在實(shí)際的使用中更能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，相信在不久的將來(lái)，新型智能雨刮將會(huì)有一片光明的發(fā)展前景。