一种新型汽车雨刷装置的设计与探究

（佛山市顺德区中等专业学校 528300)

1 新型汽车雨刷装置的研发背景

汽车雨刷是用来除去附着于车辆挡风玻璃上的雨水及灰尘的设备，用以改善驾驶人的能见度，增加行车安全。自发明使用至今，期间经历了由手动到气动、由气动到电动、由电动再到现在智能雨刷，从有骨到无骨等一系列的改进和完善，但现在汽车所使用的雨刷仍然还是采用雨刷臂和雨刷胶条相结合的机械结构形式[1]。但机械式雨刷存在刮扫范围有限、刮扫不干净、雨刷胶条易磨损、易刮花挡风玻璃、损坏雨刷胶条等主要缺点，严重时会影响行车安全。

针对汽车机械式雨刷所存在的问题，目前已经有汽车制造企业在尝试将战斗机上所使用的超声波技术运用到汽车雨刷装置的改进中来，这里研发一种以目前的科学技术手段能够较为轻易实现、简单、实用的新型汽车雨刷装置。

2 新型汽车雨刷装置的设计理念

根据雨水在行驶中的汽车车窗玻璃上的流动轨迹和无叶风扇的工作原理构想出来的一种新的汽车雨刷装置，我把它称之为汽车空气雨刷装置。其基本原理就是在汽车发动机舱盖上加装一个类似无叶风扇的空气倍增装置和空气增速装置，替代了传统的机械式雨刷。在汽车行驶过程中会受到迎风阻力，假设风阻相对于前挡风玻璃的空气流速为S，经过新型雨刷装置的快速空气流Sz快速的沿前挡风玻璃吹出，使得Sz＞5S，通过快速的气流克服风阻和雨雪的重力，从而将前挡风玻璃上的雨雪等快速的吹走[2]，其基本原理如图1所示。

图1 汽车空气雨刷装置基本原理图

当汽车行驶速度≥30 km/h时，在汽车控制单元ECU的控制下，遮蔽罩以及出风口打开，由于风阻效应，空气流速度增加，空气倍增器此时以低速档工作，空气气流先经过空气倍增器加速，再进入涡流增速器内迅速提速并吸收汽车发动机散发的热量，气流加热，另外当腔体内对的空气温度低于某一阈值，加热器开始工作，对气流进一步加热，最后气流通过狭小的出风口＞5 S1的流速沿挡风玻璃吹出，高速的热气流将挡风玻璃上的雨雪等迅速吹走。

当汽车行驶速度≤30 km/h时，在ECU的控制下，遮蔽罩以及出风口打开，空气倍增器此时以高速挡工作，空气气流先经过空气增速器加速，再进入涡流增速器内迅速提速并吸收汽车发动机散发的热量，气流加热，另外当腔体内对的空气温度低于某一阈值，加热器开始工作，对腔体内的气流进一步加热，最后通过出风口＞5 S1的流速沿挡风玻璃吹出，高速的热气流将挡风玻璃上的雨雪等迅速吹走。

该装置在非工作状态下，遮蔽罩以及出风口处于闭合状态。其工作原理如图2所示。

如果汽车空气雨刷装置能够实验通过，达到预想设计目标，它将能替代现有的机械式雨刷装置，并能够实现以下目标：

图2 汽车空气雨刷装置工作原理图

（1）快速不间断地清除挡风玻璃上的雨雪，以提高雷雨风雪天气的行车安全性。

（2）不断以热风吹出，防止挡风玻璃因内外温差而形成水雾，提高行车安全性。

（3）能消除机械式雨刷所存在的缺点。

3 新型汽车雨刷装置还有待开发

由于汽车空气雨刷装置目前虽然已经取得了实用新型专利（201611070043.2），但还只是初级的设计阶段，暂时还未经过实验验证，所以还存在许多不确定因素。根据设计出来的装置原理分析，这种新型的汽车空气雨刷装置会存在一些技术难点，需要进一步的研究和试验。

这种新型的汽车空气雨刷装置虽然还只是处于设计阶段，存在技术难点需要解决，需要大量的实验来验证和改进，但汽车空气雨刷装置的运用前景是可以期待的，成功的话它不仅能解决目前机械式雨刷所存在的缺陷、不足，更重要的是能极大的提高行车安全性。

【参考文献】

[1]钱翼稷.空气动力学[M].北京航天航空大学出版社,2004.

[2]陈继文,范文利等.工程机械电动雨刮器[M].化学工业出版社,2013.