基于挡风玻璃清洗试验的喷嘴工装夹具设计

张丹译

摘要：为了测试喷嘴在不同位置和角度的挡风玻璃的透光率，本文提出一套基于完整的前挡风玻璃清洗系统试验的喷嘴夹具，以调节喷嘴的位置和角度，能满足试验中的所有喷嘴与前挡风玻璃的相对位置和相对角度的边界条件。

关键词：喷嘴;清洗;透光率

1  研究背景与意义

汽车在行驶过程中，由于粉尘、泥浆等逐渐附着在前挡风玻璃上，阻挡驾驶者的视线，影响驾驶者对路况的判断，从而危及驾驶安全。因此，研究如何借助清洗系统，达到在保证对驾驶者视线影响最小的同时，及时地去除挡风玻璃表面的视线干扰物的清洗效果，保障驾驶安全，具有重要意义。

本项目的目标在于设计出一套基于完整的前挡风玻璃清洗系统试验的喷嘴夹具，以调节喷嘴的位置和角度，能满足试验中的所有目标边界条件（喷嘴与前挡风玻璃的相对位置和相对角度）。

2  清洗试验概况

2.1 试验系统

本试验工装是建立在某厂原有的车用灯具配光性能测试系统上设计的，测量挡风玻璃清洗前后的光强变化，进而计算玻璃透光率，反映玻璃的清洗效果。

透光率是衡量物体投射光通量的尺度。1993年，国际照明委员会（CIE）对透光率做了明确的定义：透光率是透过物体的光通量和射到物体的光通量之比[1]，即

式中T——总透光率;

Φ0——射到物體上的光通量，流（明）;

Φ——透过物体的光通量;

Iλ——光源的分谱辐射强度，瓦每球面度;

Vλ——明视觉相对光谱灵敏度（或视见函数）;

τλ——单色光透光率;

dλ——波长间隔，纳米。

该车用灯具配光性能测试系统由光度计、自动转台、分布光度计转台控制器、计算机以及测控软件等组成，如图1所示。灯具装夹在一个两轴可转动的转台上，如图1箭头所示，即灯具可以绕 X 轴和 Y 轴转动。光探测器与灯具的光度中心等高，用照度计测出距离灯具光度中心 R 处A点的照度 E，再乘以距离 R 的平方得到灯具在某个方向上的发光强度 I。[2]此发光强度可在右侧的计算机显示器中显示，即

测量汽车前挡风玻璃清洗前后A点的光强，即可反应玻璃的透光率T。

2.2 试验目标参数

本试验通过改变汽车前挡风玻璃清洗系统中喷嘴的位置和角度，测量喷射前后玻璃的透光率，确定最佳透光率范围。根据试验要求设计一副工装，实现喷嘴位置上下、前后、左右及角度变化四个自由度的自由移动，满足试验条件。

3  喷嘴夹具设计制造

3.1 喷嘴夹具设计方案

根据多数汽车玻璃清洗系统中喷嘴所在位置范围，提出了喷嘴工装夹具的方案，此方案主要由两部分组成，分别是喷嘴夹具固定装置和喷嘴夹具操控装置。

3.1.1 喷嘴夹具固定装置

在此方案中，喷嘴夹具的固定装置主要由铝材台架、玻璃安装支架、以及固定滑块等组成。按照汽车喷嘴与玻璃的相对位置来固定安装操控装置，如图2所示。

3.1.2 喷嘴夹具操控装置

喷嘴夹具操控装置的三维图，如图3所示，由喷嘴安装板、喷嘴安装底座、角度调节仪、角度调节仪安装座、角度粗调定位板、固定螺栓、定位销、支撑背板和支撑底板组成。

3.2 喷嘴夹具加工制造

方案C中的喷嘴工装夹具需要加工的部分主要是操控装置中的喷嘴安装板、喷嘴局部底座、角度调节仪安装座、角度粗调定位板、定位销、支撑背板和支撑底板，其他部分为选购件。

3.2.1 喷嘴夹具的选材

此喷嘴工装夹具的加工件部分均采用铝2011，铝2011具有质量轻、防锈、易切学加工等优良性能适合本喷嘴夹具的试验要求。

3.2.2 喷嘴夹具的加工制作

如图4所示为喷嘴工装夹具操控装置总装图。总体采用轻质铝合金2011，进行机加工，角度调节仪、手动升降台及横向位移调节台为采购件。

4  喷嘴夹具操控特性

4.1 喷嘴位置调节

优化后的喷嘴工装夹具C方案能够满足试验需求，做到沿引擎盖前后，左右及上下调节，其中喷嘴沿引擎盖左右调节通过改变喷嘴工装夹具中的操控装置在工字钢的位置实现，安装量程为200mm的标尺;喷嘴沿引擎盖前后位置的改变通过横向位移调节台实现前后200mm范围的调节，可读精度为0.1mm;喷嘴高度的调节通过手动升降台实现范围为60mm范围的调节，可读精度为0.1mm，如图5、图6所示。

4.2 喷射角度调节

喷嘴的角度调节分为粗调和微调两部分，粗调通过角度粗调定位板实现，可实现5°一次的调节;微调通过角度调节仪实现，可调范围为±10°，精度可达到1′。角度粗调定位板和角度调节仪可实现共85°量程的角度调节范围，如图7所示。

5  总结

本文研究了汽车前风挡玻璃透光率的测试工装，此工装借助某厂车用灯具配光性能测试系统的基础上进行设计，重点解决了以下几个自由度上汽车前挡风玻璃清洗系统透光率的测试：

①喷嘴角度从0°到85°变化的前挡风玻璃清洗系统透光率的测试;

②喷嘴在沿纵向从0到60mm位置变化（0mm位置以某款车目前喷嘴位置为基准）的前挡风玻璃清洗系统透光率的测试;

③喷嘴沿引擎盖前后、左右从0到200mm位置变化（0mm位置以某款车目前喷嘴位置为基准）的前挡风玻璃清洗系统透光率的测试。

参考文献：

[1]刘烨树.基于三角/正交排布微环网栅的透明频率选择表面研究[D].哈尔滨工业大学，2018.

[2]王尚.银纳米线导电薄膜制备与电镀修饰及性能[D].哈尔滨工业大学，2019.