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汽車雨刮設(shè)計(jì)幵發(fā)探討分析

更新時(shí)間:2017-09-19      點(diǎn)擊次數(shù):1895

1、概述

近些年來(lái),隨著科學(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(dāng)前的雨刮設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)、機(jī)電驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)等方面都有了很大的改變。除此之外,運(yùn)用智能化技術(shù)設(shè)計(jì)的雨刮器的系統(tǒng)運(yùn)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(diǎn),對(duì)其設(shè)計(jì)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 汽車雨刮的機(jī)構(gòu)組成及材料工藝

汽車的雨刮主要由機(jī)構(gòu)、刮桿和刮片三部分組成,其中還包含有直流電動(dòng)機(jī)、四連桿機(jī)構(gòu)、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(dāng)按下雨刮器的開關(guān)時(shí),電動(dòng)機(jī)即啟動(dòng),其轉(zhuǎn)速會(huì)帶動(dòng)蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)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(qū)動(dòng)擺臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng),從而帶動(dòng)四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng),再由四連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)安裝于車前身圍板上的轉(zhuǎn)軸進(jìn)行左右方向的擺動(dòng),zui后由轉(zhuǎn)軸的擺動(dòng)帶動(dòng)雨刮片進(jìn)行左右往復(fù)擺動(dòng),使其進(jìn)行刮掃擋風(fēng)玻璃的運(yùn)動(dòng)。

雨刮主要包括直流電機(jī)和連桿機(jī)構(gòu)兩個(gè)組成部分,圖1所示即為直流電機(jī)和連桿機(jī)構(gòu)的組成部件,其中,直流電機(jī)主要包括電動(dòng)機(jī)、電機(jī)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(duì)其表面進(jìn)行特殊處理后,才會(huì)用于制作電機(jī);連桿機(jī)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髙強(qiáng)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(xiàn)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?yàn)檫@種工程塑料具有較髙的結(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(huì)選用注塑件,因?yàn)槠渚哂畜{強(qiáng)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(duì)其表面的石墨涂層進(jìn)行一定的鹵化處理。

3、傳統(tǒng)汽車雨刮特點(diǎn)與弊端

就我國(guó)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(duì)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(jī)數(shù)目的不同,分為單電機(jī)驅(qū)動(dòng)和雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩種。在上述多種刮刷方式中,具備伺服功能的雙電機(jī)對(duì)刮模式可以說是當(dāng)前較為先進(jìn)的刮刷方式。

傳統(tǒng)的雨刮器有如下的特點(diǎn):

1. 雨刮采用對(duì)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(qū)。

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(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(dòng)力學(xué)部件的下壓力會(huì)更強(qiáng),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(jì)分析

4 . 1 處理器設(shè)計(jì)

在新型的智能汽車雨刮系統(tǒng)中,處理器可以說是其中zui為重要的組成部分,有著十分重要的地位。在整個(gè)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(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、處理雨量信號(hào)等信號(hào)的作用,處于整個(gè)系統(tǒng)的核心地位,因此,在新型智能雨刮的設(shè)計(jì)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(tǒng)的設(shè)計(jì)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(shí),處理器還需要具備髙性能數(shù)字信號(hào)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(duì)各種外部信號(hào)進(jìn)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(yùn)行效率。

4 . 2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

現(xiàn)在使用zui為普遍的電機(jī)驅(qū)動(dòng)主要是車載的電機(jī),這類電機(jī)可以為汽車的雨刮系統(tǒng)提供其所需要的電流,從而可以zui大程度上保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的過程中,需要釆用的車載電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片才能夠在zui大程度上保證該電機(jī)驅(qū)動(dòng)為系統(tǒng)提供的zui大驅(qū)動(dòng)電流可以達(dá)到30A, 與此同時(shí),電機(jī)驅(qū)動(dòng)的內(nèi)部集成了電流感應(yīng)模塊和H 橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。這樣的設(shè)計(jì)可以有效的保證整個(gè)雨刮系統(tǒng)運(yùn)行的正常性,也在一定程度上滿足了智能雨刮電機(jī)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)行要求,除此之外,電機(jī)驅(qū)動(dòng)還具備一定的智能保護(hù)功能,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測(cè),一旦電機(jī)出現(xiàn)異常情況,就可以及時(shí)的釆取應(yīng)對(duì)措施,充分的保證了電機(jī)以及雨刮系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。

4 . 3 其他設(shè)計(jì)

除上述的處理器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(duì)新型智能汽車雨刮系統(tǒng)的正常運(yùn)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(gè)雨刮系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中,要充分的考慮到其設(shè)計(jì)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(jī)角度信號(hào)的返回,這樣就有效的實(shí)現(xiàn)了對(duì)雨刮的刮刷角度和電機(jī)轉(zhuǎn)速的監(jiān)測(cè)和測(cè)量,在保障汽車雨刮系統(tǒng)運(yùn)行性能和運(yùn)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(cè)試與仿真

5 . 1 測(cè)試

對(duì)新型智能汽車的單片機(jī)PWM輸出波形進(jìn)行分析,如圖4所示即為單片機(jī)的PWM輸出波形,其主要的信號(hào)參數(shù)包括周期和脈寬兩方面,其中T1為脈寬,T1+T2為周期,可以通過調(diào)節(jié)PWM信號(hào)的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)雨刮的同步擺動(dòng)。

5 . 2 仿真

使用simuilkn軟件包對(duì)雨刮系統(tǒng)進(jìn)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(shí)間是.05s, 超調(diào)量是2% ,PID響應(yīng)曲線的調(diào)整時(shí)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(diǎn)。

綜上所述可以看出,在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的當(dāng)下,新型智能汽車雨刮的設(shè)計(jì)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(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(shì),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。

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