智能除冰霜雨刷裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計及控制研究

尚建宇 田旭東 屈小貞 徐格格 張露露

摘 要：文章介紹了一種智能除冰霜雨刷裝置。該雨刷裝置通過加熱裝置和雨刷片上獨有的噴水換向裝置，以及雨刷開關(guān)控制的智能控制線路系統(tǒng)設(shè)計，可在極短時間內(nèi)有效清除前風擋玻璃上的霜花或凍冰，及污漬等。

關(guān)鍵詞：智能；雨刷片；換向裝置；控制線路

中圖分類號：U462.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988（2018）17-218-03

Abstract： A intelligent defrosting wiper device is presented in this paper. By the heating device and unique changing-over device of wiper blade， as well as the wiper switch controlling the intelligent control circuit system， the wiper device can effectively remove frost or ice and blot on the front windscreen in a very short time.

Keywords： Intelligent； Wiper Blade； Changing-over Device； Control Circuit

CLC NO.： U462.1 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2018）17-218-03

前言

雨刷器作為安裝在汽車上前風窗玻璃上的重要附件，能及時清除前風窗上的污漬、雨雪等，消除對汽車駕駛員的視線影響，其對汽車安全行駛有著重要作用。但在一些多霜季節(jié)或較為寒冷地區(qū)，室外停放的汽車車身及風窗玻璃極易被霜花或凍冰覆蓋，而傳統(tǒng)雨刷裝置很難在較短時間清除前風擋玻璃上的霜花或凍冰，且基本都是靠人工借用輔助工具清除，在費時費力的同時還極易影響出行時間。

因此本文設(shè)計出一種智能除冰霜雨刷裝置，通過其結(jié)構(gòu)及智能控制系統(tǒng)[1-2]可快速除去前風擋玻璃上的霜花或凍冰，還可高效清除前風擋玻璃上的污漬，對提高汽車的出行效率和安全有著重要的實用意義。

1 智能雨刷裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計

本文設(shè)計的智能除冰霜雨刷裝置是由如圖1所示的雨刷開關(guān)通過控制線路連接的雨刷電機和蝸輪蝸桿機構(gòu)、噴水電機和加熱裝置（即熱式）、以及雨刷片中的電熱絲等實現(xiàn)快速消融并清除汽車前風擋玻璃上的霜花或凍冰的雨刷裝置。

雨刷電機驅(qū)動蝸輪蝸桿減速機構(gòu)通過擺臂帶動拉桿及擺桿左右擺動。拉桿左右兩端分別通過鎖銷把擺桿和球頭銷與雨刷臂的刮臂座連接在一起，且擺桿和球頭銷又通過鎖銷與固定在艙室內(nèi)的連桿兩U型端相連接。拉桿擺動隨擺臂左右擺動，促使兩側(cè)擺桿和球頭銷繞連桿兩端鎖銷支點擺動，進而帶動固定在球頭銷上的刮臂座繞鎖銷支點左右擺動，使雨刷臂隨刮臂座一起左右擺動。雨刷臂通過鎖銷和拉簧結(jié)構(gòu)與刮臂座連接在一起，可使雨刷臂繞連接鎖銷處豎折，以方便清理更換。

雨刷臂端接頭（上接頭）和雨刷片端接頭（下接頭）的上下連接結(jié)構(gòu)如圖2所示，其上接頭固定在雨刷臂的尾端，下接頭固定在雨刷片的正中間位置。對接后上接頭外側(cè)的卡扣與下接頭外側(cè)的凸起卡在一起，完成對上下接頭的固定連接和密封，且上接頭掛槽內(nèi)的螺旋彈簧對掛扣起到張緊作用。上接頭內(nèi)的電纜接線柱和水管接頭與下接頭端面上的電熱絲接線孔和水管接口完全吻合對接。水管接頭通過張緊膠圈與水管接口密封對接以保障玻璃水流經(jīng)接口處時的貫通和密封。上下接頭連接處設(shè)計時要保障接線柱的有效連接和絕緣密封、以及連接水管接口的密封性。

雨刷臂端接頭內(nèi)的接線柱和水管接頭分別通過電纜和水管連接到控制接線盒對應(yīng)的輸出接線端和和即熱式加熱裝置的出水端。電纜和水管沿雨刷臂的U型內(nèi)壁布置固定，依次貫穿刮臂座、球頭銷、連桿的U型端、中空連桿，并從中空連桿中間位置引出分別連接到控制接線盒對應(yīng)的輸出接線端和即熱式加熱裝置的出水端。

雨刷片端接頭內(nèi)的接線孔和水管接口分別連接到雨刷片內(nèi)的電熱絲和水管。水管內(nèi)置固定在橡膠墊片中，并在橡膠墊片兩側(cè)設(shè)置相應(yīng)的噴水口（每側(cè)噴水口設(shè)置5至6個），且兩側(cè)噴水口的位置成交叉布置；水管出水口與橡膠墊片的噴水口對應(yīng)，且在二者噴水口連接處加裝一個單向球閥裝置，保障玻璃水從內(nèi)向外的單向噴射，防止玻璃面上的污漬堵塞噴水口。電熱絲布置在膠條內(nèi)，并在膠條兩側(cè)構(gòu)成一個有效線圈加熱回路。鋼條對雨刷片其支撐作用，且鋼條的彎曲弧度要滿足安裝后雨刷片與玻璃面之間保持適度均勻的彈性壓力。

雨刷片內(nèi)部組合結(jié)構(gòu)及噴水換向裝置的截面圖如圖3所示。噴水換向裝置中的V型彈片上端固定在雨刷片端接頭處的內(nèi)孔中，V型彈片底部置于膠條的刮水面內(nèi)側(cè)，且V型彈片的底部形狀設(shè)計要保障其最佳彈性變形。V型彈片兩側(cè)貫穿柱塞的兩端，并由螺旋彈簧支撐。柱塞貫穿噴水換向裝置的下端圓柱體，初始安裝時柱塞呈對稱結(jié)構(gòu)布置，且要避免柱塞產(chǎn)生繞軸向方向的旋轉(zhuǎn)運動。柱塞兩側(cè)沿軸向方向設(shè)置有左右對稱的水路通道，柱塞中的左水路入口和右水路入口分別偏置在居中入水孔的左右兩側(cè)。柱塞兩端與兩側(cè)水管的進水孔通過置于橡膠墊片內(nèi)的連接套管相套對接，且連接套管內(nèi)壁與柱塞兩端間設(shè)置有密封圈以保障其連接處水流的密封性。連接套管的另一端置于水管內(nèi)，以保障柱塞與噴水口之間的水路暢通。

雨刷片端接頭處的噴水換向裝置是靠膠條與玻璃面之間的刮動摩擦來實現(xiàn)噴水口噴水方向的左右切換，以保障雨刷片上的兩側(cè)水管的噴水時間始終與雨刷片刮動方向一致。當雨刷片在玻璃面上左右刮動時，膠條的刮水面隨雨刷片左右刮動摩擦而產(chǎn)生左右擠壓偏移，換向裝置中的V型彈片底部會隨刮水面左右刮動摩擦而產(chǎn)生沿柱塞軸向方向的左右擠壓變形。V型彈片底部受擠壓一側(cè)就會推動螺旋彈簧向另一側(cè)方向壓縮移動，螺旋彈簧推動柱塞隨之沿軸向方向向另一側(cè)移動。此時柱塞受擠壓一側(cè)水路入口與居中入水孔吻合對接，連通由噴水電機到水管的水路。當雨刷片刮動換向或靜止時，噴水換向裝置通過螺旋彈簧回位裝置自動恢復(fù)到初始位置，保持柱塞中的左水路入口和右水路入口偏置在入水孔的左右對稱位置上。

且當膠條左右刮動摩擦時，雨刷片上的噴水口會偏向雨刷片刮動方向的玻璃面傾斜，使玻璃水在噴水電機作用下直接噴在雨刷片刮動正前方的玻璃面上，有利于提高噴水除污效果。噴水口的噴水方向和水壓作用可有效直接清除玻璃面上的部分污漬。

2 智能雨刷裝置的控制研究

該雨刷裝置控制系統(tǒng)的控制電路設(shè)計如圖4所示，其中保險絲對整個控制電路起保護作用，電路中的即熱式加熱裝置和電熱絲分別通過溫度控制器（溫度控制器參照65度標準）控制其最高加熱溫度。該雨刷裝置切換各檔位模式的控制電路是由雨刷開關(guān)統(tǒng)一控制實現(xiàn)，通過雨刷開關(guān)手柄切換不同檔位模式時，系統(tǒng)控制電路啟動對應(yīng)不同的電器元件。

當雨刷開關(guān)打到冰霜檔（推位）時，雨刷控制系統(tǒng)才會通過控制電路啟動即熱式加熱裝置和電熱絲的加熱功能，雨刷電機、噴水電機、即熱式加熱裝置和電熱絲同時工作，受熱的玻璃水和膠條隨雨刷片慢速擺動以消融并清除前擋風玻璃上的霜花或凍冰等。其加熱、噴水和雨刷控制電路的通電控制方法分別為：開關(guān)-保險絲-即熱式加熱裝置（電熱絲）-溫度控制器-搭鐵；開關(guān)-保險絲-噴水電機-搭鐵；開關(guān)-保險絲-間歇控制繼電器常開觸點-低速控制繼電器常開觸點-高速控制繼電器常閉觸點-雨刷電機電刷-搭鐵。

當雨刷開關(guān)切換到其他檔位模式時，控制系統(tǒng)控制電路不啟動加熱功能或噴水功能，此時該雨刷裝置與傳統(tǒng)雨刷的除水或除污功能基本相同。例如：當雨刷開關(guān)打到噴水檔（拉位）時，雨刷電機與噴水電機同時工作，雨刷裝置邊噴水邊以間歇的低速檔轉(zhuǎn)動除污。其噴水和雨刷控制電路的通電控制方法分別為：開關(guān)-保險絲-噴水電機-搭鐵；開關(guān)-保險絲-間歇控制繼電器常開觸點-低速控制繼電器常開觸點-高速控制繼電器常閉觸點-雨刷電機電刷-搭鐵。

最后當雨刷開關(guān)打到關(guān)檔（OFF）時，雨刷電機內(nèi)部的自動復(fù)位開關(guān)會自動保持在觸點a位上，接通自動停機復(fù)位電路，直到刮雨片復(fù)位，然后自動復(fù)位開關(guān)將自動打到觸點b位上，切斷自動停機復(fù)位電路，使雨刷電機盡快停止。

3 結(jié)論

本文設(shè)計的智能除冰霜雨刷器裝置利用雨刷片中的噴水換向裝置、即熱式加熱裝置加熱玻璃水和內(nèi)置電熱絲加熱膠條，可在極短時間內(nèi)清除前風擋玻璃上的霜花或凍冰，還能高效清除玻璃上的污漬等，極大地提高汽車的出行效率和安全。且該設(shè)計方案及控制方法切實可行，易于應(yīng)用到我們?nèi)粘Ｉ钪衼?，具有很高的實用價值。

參考文獻

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