汽車(chē)雨刮設計幵發(fā)探討分析

1、概述

近些年來(lái)，隨著(zhù)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，在當前的雨刮設計中，也有智能化技術(shù)的應用，可以說(shuō)，利用智能化技術(shù)設計的雨刮器與傳統的雨刮器存在很大的區別，在雨刮器的處理器設計、機電驅動(dòng)設計等方面都有了很大的改變。除此之外，運用智能化技術(shù)設計的雨刮器的系統運行性能也有了很大的提升，因此，本文將結合新型汽車(chē)雨刮的上述特點(diǎn)，對其設計進(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)雨刮的機構組成及材料工藝

汽車(chē)的雨刮主要由機構、刮桿和刮片三部分組成，其中還包含有直流電動(dòng)機、四連桿機構、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：當按下雨刮器的開(kāi)關(guān)時(shí)，電動(dòng)機即啟動(dòng)，其轉速會(huì )帶動(dòng)蝸輪蝸桿轉動(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 )驅動(dòng)擺臂進(jìn)行運動(dòng)，從而帶動(dòng)四連桿機構運動(dòng)，再由四連桿機構帶動(dòng)安裝于車(chē)前身圍板上的轉軸進(jìn)行左右方向的擺動(dòng)，zui后由轉軸的擺動(dòng)帶動(dòng)雨刮片進(jìn)行左右往復擺動(dòng)，使其進(jìn)行刮掃擋風(fēng)玻璃的運動(dòng)。

雨刮主要包括直流電機和連桿機構兩個(gè)組成部分，圖1所示即為直流電機和連桿機構的組成部件，其中，直流電機主要包括電動(dòng)機、電機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，并對其表面進(jìn)行特殊處理后，才會(huì )用于制作電機；連桿機構的組成主要包括轉軸、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髙強鋼。

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釆用冷軋板制成，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)需要為其制作防鎊層；在進(jìn)行材料選擇時(shí)，連接卡頭和端蓋適合選用具有較髙的耐摩擦性能的材料，在現代的制作工藝中，通常會(huì )選用熱塑性工程塑料進(jìn)行制作，因為這種工程塑料具有較髙的結晶度和較高的密度，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，因為其具有髙強度和髙耐疲勞度；在進(jìn)行膠條材料選擇時(shí)，通常會(huì )偏向于選用的橡膠材料，并對其表面的石墨涂層進(jìn)行一定的鹵化處理。

3、傳統汽車(chē)雨刮特點(diǎn)與弊端

就我國目前的汽車(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電機數目的不同，分為單電機驅動(dòng)和雙電機驅動(dòng)兩種。在上述多種刮刷方式中，具備伺服功能的雙電機對刮模式可以說(shuō)是當前較為先進(jìn)的刮刷方式。

傳統的雨刮器有如下的特點(diǎn)：

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

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*的收進(jìn)雨刮槽內，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，從而有效的避免了下壓力不足而導致的刮刷不凈現象的產(chǎn)生。

4、新型智能汽車(chē)雨刮系統的設計分析

4 . 1 處理器設計

在新型的智能汽車(chē)雨刮系統中，處理器可以說(shuō)是其中zui為重要的組成部分，有著(zhù)十分重要的地位。在整個(gè)雨刮系統中，處理器主要發(fā)揮著(zhù)處理雨刮轉速、控制電機轉速信號、處理雨量信號等信號的作用，處于整個(gè)系統的核心地位，因此，在新型智能雨刮的設計中，處理器的硬件配置就有了更髙的要求。在新型智能雨刮系統的設計中，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)，處理器還需要具備髙性能數字信號處理的能力。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字混合處理器，它不僅可以對各種外部信號進(jìn)行很好的處理，還能夠有效地提升智能汽車(chē)雨刮系統的運行效率。

4 . 2 電機驅動(dòng)設計

現在使用zui為普遍的電機驅動(dòng)主要是車(chē)載的電機，這類(lèi)電機可以為汽車(chē)的雨刮系統提供其所需要的電流，從而可以zui大程度上保證系統的正常運行。在對電機驅動(dòng)設計的過(guò)程中，需要釆用的車(chē)載電機驅動(dòng)芯片才能夠在zui大程度上保證該電機驅動(dòng)為系統提供的zui大驅動(dòng)電流可以達到30A, 與此同時(shí)，電機驅動(dòng)的內部集成了電流感應模塊和H 橋電機驅動(dòng)電路。這樣的設計可以有效的保證整個(gè)雨刮系統運行的正常性，也在一定程度上滿(mǎn)足了智能雨刮電機驅動(dòng)的運行要求，除此之外，電機驅動(dòng)還具備一定的智能保護功能，可以實(shí)現對電機運行狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測，一旦電機出現異常情況，就可以及時(shí)的釆取應對措施，充分的保證了電機以及雨刮系統運行的安全性和可靠性。

4 . 3 其他設計

除上述的處理器和電機驅動(dòng)外，智能汽車(chē)雨刮系統還包括很多硬件設備，比如光電編碼器、CAN總線(xiàn)結構、DSP外圍電路和JTAG仿真接口等，上述的各種硬件設備都對新型智能汽車(chē)雨刮系統的正常運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)雨刮系統設計的過(guò)程中，要充分的考慮到其設計的全面性。在雨刮系統中起到重要作用的光電編碼器，主要的功能是用于電機角度信號的返回，這樣就有效的實(shí)現了對雨刮的刮刷角度和電機轉速的監測和測量，在保障汽車(chē)雨刮系統運行性能和運行可靠性方面有著(zhù)重要的作用，是新型智能汽車(chē)雨刮系統的重要組成部分。

5、測試與仿真

5 . 1 測試

對新型智能汽車(chē)的單片機PWM輸出波形進(jìn)行分析，如圖4所示即為單片機的PWM輸出波形，其主要的信號參數包括周期和脈寬兩方面，其中T1為脈寬，T1+T2為周期，可以通過(guò)調節PWM信號的占空比來(lái)實(shí)現兩個(gè)雨刮的同步擺動(dòng)。

5 . 2 仿真

使用simuilkn軟件包對雨刮系統進(jìn)行仿真，仿真結果如圖5所示，從圖5的數據和曲線(xiàn)中可以看出，自調整模糊控制響應曲線(xiàn)的調整時(shí)間是.05s, 超調量是2% ，PID響應曲線(xiàn)的調整時(shí)間是1.55,超調量是21%;與PID控制器相比較， 自調整模糊控制器具有調節速度快，超調量小，控制精度高等特點(diǎn)。

綜上所述可以看出，在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的當下，新型智能汽車(chē)雨刮的設計和開(kāi)發(fā)已經(jīng)逐漸的成為了發(fā)展的熱潮，在傳統雨刮開(kāi)發(fā)和利用的基礎上，結合現代先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)制造的智能雨刮更具有使用的*性和先進(jìn)性，在實(shí)際的使用中更能發(fā)揮其優(yōu)勢，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。