汽车雨刮器的改进

图1 雨刮器的刮刷种类 a同向刮刷 b对刮 c单臂可控刮刷 d普通单臂刮刷 由于技术上的差别,不同的雨刮刮刷效果大不 相同。目前大多数车型都采用的是单电机驱动的 雨刮器系统,采用连杆机构驱动 2个雨刷,这套系 统机构简单,造价低廉。但噪声和雨雪天气刮刷不 净的现象还是时有发生,且刮刷面积不够大,视野 也不够开阔。 1 传统雨刮器的特点 就刮刷方式而言,目前国内外使用的形式总共 有 4种,如图1所示,分别为同向刮刷、对刮、单臂 可控刮刷和普通单臂刮刷。前2种根据电机数目不 汽车雨刮器的改进 岑木峰 (湖北汽车工业学院 汽车系 T343-7,湖北 十堰 442002) 摘 要:针对传统雨刮器刮刷面积较小的问,在原有结构上对传统雨刮加以改进,从而增大刮刷面积,扩大驾 驶员视野,提高了行车安全。其中电子控制技术决定了刮刷效果的好坏,机构的强度决定了雨刮器使用的可靠性。 关键词:汽车;雨刮器;机构 中图分类号:U463.85+5 文献标识码:A 文章编号:1008-5483(2007)03-0074-03 ImprovementofAutomotiveScreenWiper CenMufeng (Dept.ofAutomotiveEngineering,HubeiAutomotiveIndustriesInstitute,Shiyan442002,China) Abstract:Basedonthetraditionalscreenwipermachine,anewscreenwipewasdesigned,which wascontrolledbytheelectroniccontrolunit,toincreaseitssweepingsquareandenhancethedriv- ingsafety. Keywords:auto;screenwiper;structure 湖 北 汽 车 工 业 学 院 学 报 JournalofHubeiAutomotiveIndustriesInstitute 第 21卷 第 3期 2007年9月 Vol.21 No.3 Sep.2007 第21卷 第3期 同,可分为单电机驱动和双电机驱动。其中具备伺 服功能的双电机的对刮模式是目前比较先进的刮 刷方式。 传统雨刮器有如下特点: 1)雨刮采用对刮和同向刮刷方式布置,这使 得刮刷面积增大了10%,刮刷时盲区进一步减少。 2)雨刮片更符合空气动力学特性。在关闭雨 刮器的状态下雨刮将完全收进雨刮槽内,这样就减 少了空气阻力。 3)雨刮片的空气动力学部件在车辆高速状态 下的下压力更强,避免了下压力不足造成的刮刷不 净的现象。 4)雨刮器采用双电机左右雨刮间不存在 机械连接,减少了噪声,同时也节省了布置空间。 5)伺服系统能够在雨刮片接近上刮刷位置时 自动降低刮刷速度进而达到上刮刷位置,此时电机 反转则雨刷向相反的方向刮刷,这样大大降低了刷 片突然反转产生的噼啪噪声。 6)雨刮系统具备冬季在雨刮器开关置于点触 刮刷位置时,如果车辆静止并且点火器置于关闭位 置10s以内,雨刷器就会自动拉起并停止在上刮 刷位置,方便了用户在前风挡上铺设防雪塑料布以 避免车辆雪天过夜而在风挡上产生积雪。 7)对于普通单臂刮刷式雨刮器而言,结构最 简单,成本最低,但刮刷面积不够大是其最大缺点。 8)对于单臂可控刮刷式雨刮器而言,刮刷面 积最大是其最大优点,但其结构及控制方式较复 杂,使用频率较低。 根据上述传统雨刮的特点,本文在保证其优点 的基础上对其存在的缺点进行改进,如增大刮刷面 积、降低噪声等。 2 雨刮器系统改进设计 目前,世界各大汽车公司均致力于增大汽车雨 刮器的刮刷面积,其中以博世公司为代走在最同 行最前列。但能否设计出一种机构既简单,刮刷面 积又大,而且成本又低的雨刮器呢?通过汽车设计 的学习,笔者设想以普通单臂刮刷式雨刮器为基 础,对其结构加以改进,改整体雨刷杆为伸缩杆,使 其刮刷面积达到近似100%。如图2所示。 具体设计方案如下: 1)由电机的转动带动雨刷转动,刮刷半径为 雨刷在玻璃表面刮刷时的最小半径,刮刷域呈半圆 图形,此为雨刷执行动作一。 2)在电控单元的控制下,使雨刷自动伸缩,保 证雨刷最远端在刮刷过程中与其它三边保持接触, 即最外端运动轨迹为玻璃的另三边边线。此为雨刷 执行动作二。 3)动作一和动作二的执行次数比均由电控单元 来完成,通过编写程序做到雨刷适应不同天气、不同 雨量的刮刷效果。刮刷速度也由电控单元来控制。 4)伸缩机构的设计如图3所示。伸缩机构的 运动由线性电机来控制。在最小半径时,即在执行 动作一时线性电机不工作,执行动作二时通过电控 单元控制线性电机根据实际需要使杆二沿杆一自 由伸缩。 5)杆二比杆一的直径大,这样做可以防止雨 水进入两杆间的摩擦面,避免影响刮刷效果。 通过以上动作的执行,可以做到刮刷面积达到 100%的良好效果,增大了司机的视野,解决了汽车 雨刷刮刷面积小的问题,提高了行车安全性。 3 雨刮器的主要机构设计说明 使雨刷杆伸缩的机构由一根弹簧、电机以及与 其相连的钢索组成,如图3所示。安装好的雨刮器 中弹簧已被压缩,保证雨刷的最小刮刷半径。当需 要执行动作二时,由电机释放钢索,并在弹簧力的 作用下使雨刷杆伸长,当要减小半径时,电机缠绕 钢索,使弹簧压缩,雨刷杆长度减小。通过此控制可 以使得雨刷杆的长度根据刮刷需要而实现自动伸 图2 伸缩式单臂雨刮器结构示意图 岑木峰:汽车雨刮器的改进 75— — 湖北汽车工业学院学报 2007年9月 缩,从而在雨刷动作一和动作二的配合下使得刮刷 死角都能够被刮刷到,实现了刮刷面积大大增大的 效果。当然这些动作的完成需要电控单元来配合。 在此设计中,所使用的机构简单,只是将原来的雨 刷杆由单一杆改为伸缩杆,并且增加了另一个电 机,虽然耗能有所增加,但对于刮刷面积的提高等 方面的性价比得到提高。它综合了双电机式雨刷、 普通单臂式雨刷以及可控单臂式雨刷的要求而设 计,方案可行,在机械制造中完全可以实现。 4 伸缩机构中细节问题的处理 在雨刷的伸缩杆中,为防止在刮刷的时候出现 杆二转动的现象,杆件的形状不能做成圆柱形,必 须保证其中有棱角或做成椭圆形的光杆,以限制杆 二绕杆一转动的自由度。杆二的外圆直径要比杆 一的大,保证杆二套在杆一上,并能防止雨水进入 杆一与杆二的缝隙间,防止其生锈而使得二者之间 的伸缩滑动失效。弹簧在执行动作一时已处于最 大的压缩状态,若钢索被拉断的情况下,雨刷杆很 有可能在弹簧力的作用下被弹出,这就需要在杆一 和杆二之间加上一个锁止机构,保证在出现此类情 况时不会将杆二弹出。对于弹簧的刚度K和钢索 的强度要求需要通过 CAD设计并仿真初步测算, 以使得在保证强度足够和可靠性的情况下,使加工 成本最低,制造难度降到最小。 5 机构布置方案 雨刮机构总体布置方案与控制系统结构示意 图,如图4、图5所示。 图4 雨刮机构总体布置方案 与电机一相连的钢索通过电机二的中心,并布 置在其旁边,这样可以在原有空间下起到合理布置 的效果,避免了妨碍其它设备的布置。伸缩运动以 及雨刷的左右摆动动作的完成由电控单元ECU收 集雨量信息和雨刷最外端与前挡风玻璃的边缘距 离信息,保证在执行动作二时雨刷最外端与玻璃外 缘保持零距离接触,这样做的目的可以使得雨刮能 刮到死角位置。雨量大小传感器传送到ECU的雨 图5 雨刮控制系统结构示意图 图3 雨刮伸缩机构 (下转第78页) 76— — 湖北汽车工业学院学报 2007年9月 量大小信息可以改变雨刷摆动的频率和电机一的 转速,使得司机在任何时候都有一个清晰的视野, 提高行车安全性。 在控制系统的设计中,电子控制技术决定了刮 刷效果的好坏,而机构的强度决定了雨刮器使用的 可靠性。这也是系统设计的重点和难点所在。 6 结束语 目前国内外各种形式的汽车中使用的雨刮器 的刮刷面积均不够大,视野效果有一定局限性,但 各大汽车制造厂都在努力使得刮刷面积进一步增 大。通过平时的学习以及日常生活的观察,笔者设 想了此套机构,以解决刮刷面积不够大的问题,从 而实现刮刷面积近似达到 100%,并综合现有雨刷 机构的优点,最大限度提高了行车安全性,且此机 构结构简单、制造成本低、有较高的使用价值。 参考文献: [1]李朝晖.汽车电器及电子设备[M].重庆:重庆大学出版 社,2004. [2]陈家瑞.汽车构造.[M].北京:机械工业出版社,2005. [3]ROBERTBOSCHPRESS.于细微处显神通———雨刮器 技术探密,2005,2. 图3 倒倾后的油箱 测到油箱倾斜达到一定程度,隔离设备(类似干粉 灭火器装置),瞬时喷出大量泡沫,阻断油箱口的油 与空气接触,从而有效防止爆炸发生。 3 结 论 通过采取上述措施对油箱进行一定的改造,可 有效防止油箱损坏漏油产生的爆炸,从而保护车内 人的生命安全。由于油箱内壁弹性膜材料的选择与 加工制造,以及传感器技术的应用和隔氧设备的研 制仍是今后的一项重点和难点所在,目前只是对油 箱改进技术的可行性进行了一个初步研究。 参考文献: [1]陈家瑞.汽车构造.[M].北京:机械工业出版社,2005. !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! (上接第76页) 78— —