汽車風(fēng)窗雨刮系統(tǒng)調(diào)速方案分析

陳善球

摘要：通過對風(fēng)窗雨刮系統(tǒng)工作特性進(jìn)行分析，建立雨刮電機(jī)數(shù)學(xué)模型，估算雨刮系統(tǒng)負(fù)載，分析電機(jī)轉(zhuǎn)速影響要素，為汽車風(fēng)窗雨刮系統(tǒng)設(shè)計過程中雨刮電機(jī)調(diào)速方案選擇提供參考。

關(guān)鍵詞：影響要素;調(diào)速;雨刮電機(jī)

0 ?引言

風(fēng)窗雨刮系統(tǒng)是汽車的輔助系統(tǒng)之一，其作用是將擋風(fēng)玻璃上的灰塵、雨、霧、雪及污漬等障礙物及時清除干凈，使駕駛員在行車過程中具有清晰視線和足夠視野，保證駕駛安全。雨天行車過程中，雨刮器的運動速度需與雨量大小匹配，確保擋風(fēng)玻璃的水珠是否能夠及時掃除，保證駕駛員視線清晰;同時，雨刮片的左右擺動頻率應(yīng)減少對駕駛員視線的干擾，因此，電機(jī)的調(diào)速控制是汽車風(fēng)窗雨刮系統(tǒng)設(shè)計過程中的核心要素。

1 ?電機(jī)數(shù)學(xué)模型建立與分析

汽車風(fēng)窗雨刮系統(tǒng)通常包含雨刮電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、四連桿機(jī)構(gòu)及雨刮器等，雨刮電機(jī)是系統(tǒng)的動力源，減速機(jī)構(gòu)將電機(jī)輸出的動力實行減速增扭作用，四連桿機(jī)構(gòu)則將雨刮電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為左右擺動運動，雨刮器是系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過左右刮刷運動，確保汽車擋風(fēng)玻璃的視線清晰度。系統(tǒng)方框圖如圖1所示。

對比式（13）和（14）可知，將雨刮電機(jī)從低速檔調(diào)到高速檔時，系統(tǒng)串聯(lián)的電阻減少，即等效線圈數(shù)量下降;再根據(jù)式（3），系統(tǒng)的反電動勢減少（反電動勢具體大小值跟電樞繞組數(shù)及串并聯(lián)方案相關(guān)），因為電樞電源電壓基本保持不變，式（3）中的電樞壓降與反電動勢之和小于電源電壓，此時，只有提高反電動勢的值，才能重新讓系統(tǒng)電壓處于新的平衡狀態(tài)，根據(jù)式（2）可知，反電動勢與電樞轉(zhuǎn)速n成正比，因此電機(jī)電樞轉(zhuǎn)速提升，雨刷執(zhí)行部件在新的平衡狀態(tài)以高速檔運動。

以前面估算的雨刮電機(jī)參數(shù)為例，在電阻調(diào)速法中對電機(jī)轉(zhuǎn)速隨電樞串聯(lián)的電阻變化情況進(jìn)行分析，假設(shè)已知T=0.1344N·m，Ua=12V，Ia1=2.5V，在Matlab中繪制電樞電阻在0-5Ω范圍內(nèi)電樞轉(zhuǎn)速的變化趨勢曲線如圖4所示。

3.2 電樞電壓調(diào)速法

根據(jù)（6）式可知，當(dāng)電樞的電阻值、電樞電流及電樞電磁轉(zhuǎn)矩大小恒定時，電樞轉(zhuǎn)速與電樞端電壓大小成正比。因此，可通過改變電樞正、負(fù)端之間端電壓實現(xiàn)調(diào)速功能，以前面估算的雨刮電機(jī)參數(shù)為例，在電樞電壓調(diào)速法中對電機(jī)轉(zhuǎn)速隨電樞電壓變化情況進(jìn)行分析，假設(shè)已知T=0.1344N.m，Ra總=12V，Ia=2.5V，i=25，在Matlab中繪制電樞電壓在6-14V范圍內(nèi)電樞轉(zhuǎn)速的變化趨勢曲線如圖5所示。

3.3 勵磁電流調(diào)速法

4 ?小結(jié)

汽車風(fēng)窗雨刮系統(tǒng)電機(jī)調(diào)速方案選擇直接決定雨天行車雨刮器擺動頻率與雨量大小匹配程度，影響惡劣天氣的駕駛視線清晰度，影響行車安全。從以上分析可知，電機(jī)電樞正、負(fù)級間串聯(lián)的電阻值大小、電樞工作電壓值、定子勵磁線圈勵磁電流大小是影響雨刮電機(jī)轉(zhuǎn)速的重要因素。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈艷.控制工程基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2015，01.

[2]王勇.電機(jī)與控制[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2016，06.

[3]王愛元.控制電機(jī)及其應(yīng)用[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2013，11.

[4]熊新.汽車電氣設(shè)備與維修技術(shù)[M].長沙：中南大學(xué)出版社，2016，08.