王嵩

摘要：汽車的雨刮器是用來清掃汽車風(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提供開闊的視野，是保障汽車安全行駛的重要措施。因此，雨刮器的科學(xué)設(shè)計就顯得尤為重要。對此，本文將在介紹汽車雨刮器的機構(gòu)組成和材料工藝的基礎(chǔ)上，對傳統(tǒng)汽車雨刮的特點和弊端進行分析，并對新型智能汽車雨刮系統(tǒng)的設(shè)計理念進行深入分析。

關(guān)鍵詞：汽車雨刮；電機驅(qū)動；智能

1.引言

近些年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步和發(fā)展，智能化在人們的生活中越來越普遍，在當前的雨刮設(shè)計中，也有智能化技術(shù)的應(yīng)用，可以說，利用智能化技術(shù)設(shè)計的雨刮器與傳統(tǒng)的雨刮器存在很大的區(qū)別，在雨刮器的處理器設(shè)計、機電驅(qū)動設(shè)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(shè)計的雨刮器的系統(tǒng)運行性能也有了很大的提升，因此，本文將結(jié)合新型汽車雨刮的上述特點，對其設(shè)計進行簡要的介紹，以期為今后的相關(guān)工作提供一定的參考。

2.汽車雨刮的機構(gòu)組成及材料工藝

汽車的雨刮主要由機構(gòu)、刮桿和刮片三部分組成，其中還包含有直流電動機、四連桿機構(gòu)、刮水片和減速器等十多個小部件組成。雨刮器的工作原理為：當按下雨刮器的開關(guān)時，電動機即啟動，其轉(zhuǎn)速會帶動蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動，渦輪蝸桿具有一定的減速增扭作用，在這種作用力的帶動下會驅(qū)動擺臂進行運動，從而帶動四連桿機構(gòu)運動，再由四連桿機構(gòu)帶動安裝于車前身圍板上的轉(zhuǎn)軸進行左右方向的擺動，最后由轉(zhuǎn)軸的擺動帶動雨刮片進行左右往復(fù)擺動，使其進行刮掃擋風(fēng)玻璃的運動。

雨刮主要包括直流電機和連桿機構(gòu)兩個組成部分，圖1所示即為直流電機和連桿機構(gòu)的組成部件，其中，直流電機主要包括電動機、電機輸出軸和蝸桿蝸輪等部分，其制作材料一般會選用特種鋼材料，并對其表面進行特殊處理后，才會用于制作電機；連桿機構(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，在進行雨刮簧片制作時需要為其制作防銹層；在進行材料選擇時，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，通常會選用熱塑性工程塑料進行制作，因為這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；而雨刮通常會選用注塑件，因為其具有高強度和高耐疲勞度；在進行膠條材料選擇時，通常會偏向于選用優(yōu)質(zhì)的橡膠材料，并對其表面的石墨涂層進行一定的鹵化處理。

3.傳統(tǒng)汽車雨刮特點與弊端

就我國目前的汽車雨刮刮刷方式而言，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(jù)電機數(shù)目的不同，分為單電機驅(qū)動和雙電機驅(qū)動兩種。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是當前較為先進的刮刷方式。

傳統(tǒng)的雨刮器有如下的特點：

1.雨刮采用對刮和同向刮刷的方式進行布置，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雨刮槽內(nèi)，從而有效的減少了空氣阻力。

3.在車輛高速行駛的狀態(tài)下，雨刮片的空氣動力學(xué)部件的下壓力會更強，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.新型智能汽車雨刮系統(tǒng)的設(shè)計分析

4.1處理器設(shè)計

在新型的智能汽車雨刮系統(tǒng)中，處理器可以說是其中最為重要的組成部分，有著十分重要的地位。在整個雨刮系統(tǒng)中，處理器主要發(fā)揮著處理雨刮轉(zhuǎn)速、控制電機轉(zhuǎn)速信號、處理雨量信號等信號的作用，處于整個系統(tǒng)的核心地位，因此，在新型智能雨刮的設(shè)計中，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)計中，想要滿足以上控制功能，處理器就要有更高精度的模擬水平，與此同時，處理器還需要具備高性能數(shù)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(shù)字混合處理器，它不僅可以對各種外部信號進行很好的處理，還能夠有效地提升智能汽車雨刮系統(tǒng)的運行效率。

4.2電機驅(qū)動設(shè)計

現(xiàn)在使用最為普遍的電機驅(qū)動主要是車載專用的電機，這類電機可以為汽車的雨刮系統(tǒng)提供其所需要的電流，從而可以最大程度上保證系統(tǒng)的正常運行。在對電機驅(qū)動設(shè)計的過程中，需要采用專用的車載電機驅(qū)動芯片才能夠在最大程度上保證該電機驅(qū)動為系統(tǒng)提供的最大驅(qū)動電流可以達到30A，與此同時，電機驅(qū)動的內(nèi)部集成了電流感應(yīng)模塊和H橋電機驅(qū)動電路。這樣的設(shè)計可以有效的保證整個雨刮系統(tǒng)運行的正常性，也在一定程度上滿足了智能雨刮電機驅(qū)動的運行要求，除此之外，電機驅(qū)動還具備一定的智能保護功能，可以實現(xiàn)對電機運行狀態(tài)的實時檢測，一旦電機出現(xiàn)異常情況，就可以及時的采取應(yīng)對措施，充分的保證了電機以及雨刮系統(tǒng)運行的安全性和可靠性。

4.8其他設(shè)計

除上述的處理器和電機驅(qū)動外，智能汽車雨刮系統(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)備都對新型智能汽車雨刮系統(tǒng)的正常運行起到了一定的輔助和支撐作用，可以說，在新型智能汽車的整個雨刮系統(tǒng)設(shè)計的過程中，要充分的考慮到其設(shè)計的全面性。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角度信號的返回，這樣就有效的實現(xiàn)了對雨刮的刮刷角度和電機轉(zhuǎn)速的監(jiān)測和測量，在保障汽車雨刮系統(tǒng)運行性能和運行可靠性方面有著重要的作用，是新型智能汽車雨刮系統(tǒng)的重要組成部分。

5.測試與仿真

5.1測試

對新型智能汽車的單片機PWM輸出波形進行分析，如圖4所示即為單片機的PWM輸出波形，其主要的信號參數(shù)包括周期和脈寬兩方面，其中T1為脈寬，TI+T2為周期，可以通過調(diào)節(jié)PWM信號的占空比來實現(xiàn)兩個雨刮的同步擺動。

5.2仿真

使用simuilkn軟件包對雨刮系統(tǒng)進行仿真，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)整時間是.05s，超調(diào)量是2%，PID響應(yīng)曲線的調(diào)整時間是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。

6.結(jié)語

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