关于汽车雨刮设计开发探讨

王嵩

摘要：汽车的雨刮器是用来清扫汽车风窗玻璃上的雨水和污物的重要装置，雨刮器的存在可以为司机提供开阔的视野，是保障汽车安全行驶的重要措施。因此，雨刮器的科学设计就显得尤为重要。对此，本文将在介绍汽车雨刮器的机构组成和材料工艺的基础上，对传统汽车雨刮的特点和弊端进行分析，并对新型智能汽车雨刮系统的设计理念进行深入分析。

关键词：汽车雨刮；电机驱动；智能

1.引言

近些年来，随着科学技术的不断进步和发展，智能化在人们的生活中越来越普遍，在当前的雨刮设计中，也有智能化技术的应用，可以说，利用智能化技术设计的雨刮器与传统的雨刮器存在很大的区别，在雨刮器的处理器设计、机电驱动设计等方面都有了很大的改变。除此之外，运用智能化技术设计的雨刮器的系统运行性能也有了很大的提升，因此，本文将结合新型汽车雨刮的上述特点，对其设计进行简要的介绍，以期为今后的相关工作提供一定的参考。

2.汽车雨刮的机构组成及材料工艺

汽车的雨刮主要由机构、刮杆和刮片三部分组成，其中还包含有直流电动机、四连杆机构、刮水片和减速器等十多个小部件组成。雨刮器的工作原理为：当按下雨刮器的开关时，电动机即启动，其转速会带动蜗轮蜗杆转动，涡轮蜗杆具有一定的减速增扭作用，在这种作用力的带动下会驱动摆臂进行运动，从而带动四连杆机构运动，再由四连杆机构带动安装于车前身围板上的转轴进行左右方向的摆动，最后由转轴的摆动带动雨刮片进行左右往复摆动，使其进行刮扫挡风玻璃的运动。

雨刮主要包括直流电机和连杆机构两个组成部分，图1所示即为直流电机和连杆机构的组成部件，其中，直流电机主要包括电动机、电机输出轴和蜗杆蜗轮等部分，其制作材料一般会选用特种钢材料，并对其表面进行特殊处理后，才会用于制作电机；连杆机构的组成主要包括转轴、连杆、摇臂、固定管和固定板等部件，其制作材料通常为热镀锌板和高强钢。

如图2所示为雨刮器的刮杆部分，其主要由刮杆、臂板、弹簧、c-Bow、臂座等几部分组成，其中，雨刮器的臂板大多是采用冷轧板制成，而臂座的制作材料通常为压铸铝。

图3所示为雨刮器的刮片部分，主要组成部分有簧片、端盖、胶条、接头、风翼和连接卡头等，其中，在进行雨刮簧片制作时需要为其制作防锈层；在进行材料选择时，连接卡头和端盖适合选用具有较高的耐摩擦性能的材料，在现代的制作工艺中，通常会选用热塑性工程塑料进行制作，因为这种工程塑料具有较高的结晶度和较高的密度，能够有效的增加连接卡头和端盖的耐摩擦性；而雨刮通常会选用注塑件，因为其具有高强度和高耐疲劳度；在进行胶条材料选择时，通常会偏向于选用优质的橡胶材料，并对其表面的石墨涂层进行一定的卤化处理。

3.传统汽车雨刮特点与弊端

就我国目前的汽车雨刮刮刷方式而言，总共有4种刮刷方式，分别为同向刮刷、对刮、单臂可控刮刷和普通单臂刮刷。前两种刮刷方式还可以根据电机数目的不同，分为单电机驱动和双电机驱动两种。在上述多种刮刷方式中，具备伺服功能的双电机对刮模式可以说是当前较为先进的刮刷方式。

传统的雨刮器有如下的特点：

1.雨刮采用对刮和同向刮刷的方式进行布置，这就使得刮刷面积增大了10%，从而有效的减少了刮刷盲区。

2.雨刮片较为符合空气动力学特性。在使用后，关闭雨刮器的状态下，雨刮可以完全的收进雨刮槽内，从而有效的减少了空气阻力。

3.在车辆高速行驶的状态下，雨刮片的空气动力学部件的下压力会更强，从而有效的避免了下压力不足而导致的刮刷不净现象的产生。

4.新型智能汽车雨刮系统的设计分析

4.1处理器设计

在新型的智能汽车雨刮系统中，处理器可以说是其中最为重要的组成部分，有着十分重要的地位。在整个雨刮系统中，处理器主要发挥着处理雨刮转速、控制电机转速信号、处理雨量信号等信号的作用，处于整个系统的核心地位，因此，在新型智能雨刮的设计中，处理器的硬件配置就有了更高的要求。在新型智能雨刮系统的设计中，想要满足以上控制功能，处理器就要有更高精度的模拟水平，与此同时，处理器还需要具备高性能数字信号处理的能力。本文中介绍的搭载DSP芯片的处理器，是一款代码兼容的高性能数字混合处理器，它不仅可以对各种外部信号进行很好的处理，还能够有效地提升智能汽车雨刮系统的运行效率。

4.2电机驱动设计

现在使用最为普遍的电机驱动主要是车载专用的电机，这类电机可以为汽车的雨刮系统提供其所需要的电流，从而可以最大程度上保证系统的正常运行。在对电机驱动设计的过程中，需要采用专用的车载电机驱动芯片才能够在最大程度上保证该电机驱动为系统提供的最大驱动电流可以达到30A，与此同时，电机驱动的内部集成了电流感应模块和H桥电机驱动电路。这样的设计可以有效的保证整个雨刮系统运行的正常性，也在一定程度上滿足了智能雨刮电机驱动的运行要求，除此之外，电机驱动还具备一定的智能保护功能，可以实现对电机运行状态的实时检测，一旦电机出现异常情况，就可以及时的采取应对措施，充分的保证了电机以及雨刮系统运行的安全性和可靠性。

4.8其他设计

除上述的处理器和电机驱动外，智能汽车雨刮系统还包括很多硬件设备，比如光电编码器、CAN总线结构、DSP外围电路和JTAG仿真接口等，上述的各种硬件设备都对新型智能汽车雨刮系统的正常运行起到了一定的辅助和支撑作用，可以说，在新型智能汽车的整个雨刮系统设计的过程中，要充分的考虑到其设计的全面性。在雨刮系统中起到重要作用的光电编码器，主要的功能是用于电机角度信号的返回，这样就有效的实现了对雨刮的刮刷角度和电机转速的监测和测量，在保障汽车雨刮系统运行性能和运行可靠性方面有着重要的作用，是新型智能汽车雨刮系统的重要组成部分。

5.测试与仿真

5.1测试

对新型智能汽车的单片机PWM输出波形进行分析，如图4所示即为单片机的PWM输出波形，其主要的信号参数包括周期和脉宽两方面，其中T1为脉宽，TI+T2为周期，可以通过调节PWM信号的占空比来实现两个雨刮的同步摆动。

5.2仿真

使用simuilkn软件包对雨刮系统进行仿真，仿真结果如图5所示，从图5的数据和曲线中可以看出，自调整模糊控制响应曲线的调整时间是.05s，超调量是2%，PID响应曲线的调整时间是1.55，超调量是21%；与PID控制器相比较，自调整模糊控制器具有调节速度快，超调量小，控制精度高等特点。

6.结语

综上所述可以看出，在科学技术飞速发展的当下，新型智能汽车雨刮的设计和开发已经逐渐的成为了发展的热潮，在传统雨刮开发和利用的基础上，结合现代先进的科学技术制造的智能雨刮更具有使用的优越性和先进性，在实际的使用中更能发挥其优势，相信在不久的将来，新型智能雨刮将会有一片光明的发展前景。