浅析电控刮水器

浅析电控刮水器摘要刮雨器是用以清扫前窗玻璃雨水、霜雪、尘埃等物质的重要安全部件，广泛应用于各种车辆。文章较系统地介绍电动刮雨器组成、类型、工作原理、控制方式和无骨雨刷的特点，重点阐述了刮雨器的控制及使用维护，最后对刮雨器的发展进行了展望。关键词刮水器刮水电动机无骨雨刷0引言汽车风窗玻璃电动机刮水器是用以刮刷风窗玻璃外表面上雨水、霜雪和尘埃物质的重要安全装置。性能优异的刮水器能够增加司机对外界的能见度。特别是随着路面改进、车速增加、车箱封闭、风挡玻璃大型化曲面化,对视野清晰度的要求就格外迫切。而且近年来国内车祸发生率呈上升趋势，人们更重视车的安全性能。可见,确保刮水器的可靠及最佳运行是至关重要的。1刮水器的组成12刮雨器安装于车辆头罩上，用于清洁玻璃，给驾驶员一个清晰视线，其主要由电机组件、刮雨片、刮雨器臂、控制系统4部分组成，有些还具有喷水装置。11电机组件电机组件是刮雨器的核心部件，其结构见图1。刮水电动机为直流电动机，按其输出形式分可分为旋转输出与摆动输出二种。其减速方式也可采用圆柱齿轮减速和蜗轮蜗杆减速二种，目前轿车上多采用蜗轮蜗杆减速摆动输出结构，当采用摆动输出型式时，除减速外，还需要一套将旋转运动改变为摆地动的装置如图1所示。为了保证刮水器系统在不工作时其雨刷能始终停在挡风玻璃下沿，在大多刮水器电动机的减速箱内都装有一套回位装置，用这个装置来控制电路，使刮水电动输出轴每次停在一个固定的位置。这种回位装置的控制电路有两触点回位双速控制电路和三触点回位双速控制电路二种结构。图1刮雨器电机组成12刮雨片刮雨片由橡胶唇、外壳、可移动臂、螺钉4部分组成（见图2）。图2刮雨片组成13刮雨器臂刮雨器臂也包括4部分，由臂、压缩弹簧、夹紧件、支座组成（见图3）图3刮水器臂组成14控制系统控制系统由控制盒、控制面板两部分组成（见图4）。图4控制系统组成2刮雨器类型刮雨器有很多类型按制动方式分，有电动、气动刮雨器；按安装位置分，有上置式、侧置式、下置式、前后置式和内外置式。目前城轨车辆中应用较多的是上置式、下置式、侧置式。按运动方式分，有四杆机构左右摆动式、导轨式直线和弧线运动式；按制作材料分，有普通黑胶体刮雨器、透明塑料体刮雨器和磁性体刮雨器；按刮刷方式分，有同向刮刷、对刮、单臂可控与普通单臂刮刷（见图5）。前两种刮刷方式又根据驱动电机数量的不同可分为单电机驱动和双电机驱动，其中具备伺服功能的双电机驱动的对刷模式是目前比较先进的刮刷方式。这种模式具有能够减少噪声、增大刮刷面积、有效清洁玻璃的优点。图5刮雨器刮刷方式3刮水器的工作原理刮雨器工作时，电机的旋转运动经过蜗轮蜗杆的减速增扭后驱动摆臂，摆臂再带动四连杆机构，四连杆机构使得安装在前围板上的转轴左右摆动，最后由转轴带动刮雨片，刮扫前窗玻璃。图6车窗刮水器的ECU车窗刮水器ECU与整车中央控制单元通过CAN网络进行数据信息交换，同时还要接受各种传感器和测量装置传送进来的不同信号，并做出相应的控制操作。电控刮水器的电动机驱动电路需要满足电机正反两个方向运转的要求，因此电机驱动模块多采用H桥形式，其电路原理如图6所示。图7刮水电机H桥驱动电路由图7可以看出，当A和A晶体管同时导通时，电流按实线箭头方向流动；当B和B晶体管同时导通时，电流按虚线箭头方向流动。不同的电流方向对应不同的电机转动方向。刮水器ECU的所有控制功能可以按事先设定的程序运行。电机过载信号的获取是通过检测电机工作电流的方式实现的。雨量检测、刮水器压力检测则要通过专门的检测装置。4电控刮水器的控制41基本控制3电控刮水器具有以下基本控制功能1前刮水器清洗器基本逻辑控制当清洗器开关打开时，ECU控制刮水器电机转动，并且在清洗器开关关闭后继续工作6S。2间歇刮水当刮水器开关置于间歇工作状态时，ECU控制电机转动，使刮水器实现一次往复运动，并且等待预先设定的延时，然后进行下一个往复控制，直到刮水器开关置于关闭状态。延时的时间长短由驾驶员设定，通过改变串联电阻的大小来实现。3后窗刮水器当后窗刮水器开关打开时，ECU控制后窗刮水器电机转动，使其工作3个循环（对摆动条撞击停止位置限位开关计数），然后延时6S，再进行下一个工作循环，直到后窗刮水器开关关闭。4后窗刮水器、清洗器当后窗清洗器开关打开时，ECU控制后窗刮水器转动，并在清洗器开关关闭后继续工作3个工作循环，等待18S后再进行一次循环，这被称为漏滴擦洗，用于擦干后水膜重新汇聚而产生的水珠。5过载保护当后窗刮水器开关打开后，ECU触发一个计时器，如果15S后仍然没有检测到刮水器运动的信号，电机的电流将被切断。42摆动条正压力控制刮水器压力控制系统可以根据车速、雨水量等因素对其压力进行无级调整。汽车高速行驶时，气流往往导致摆动条升起并抖动，大大降低擦除效能。如果在一开始就给摆动条预加很大的压力，则会导致摆动条变形、摩擦阻力过大，使得汽车在低速行驶时摆动条运动困难。刮水器压力控制系统执行机构如图1228A所示。刮水器压力控制系统如图1228B所示，它包括一组测量气流速度和降雨量的传感器，ECU根据这些传感器的数据向伺服电机发送合适的控制命令，调整刮水器压力。刮水器位于停止位置时，压力很低，防止摆动条损坏；当车速增加或者降雨量增大时刮水器的压力也相应增加。该系统反应速度很快。当汽车遭受大雨时刮水器压力迅速上升，保持挡风玻璃的清晰度；而当挡风玻璃上的水减少后压力又迅速降低，以免刮伤玻璃。图8摆动条正压力控制A执行元件；B控制框图43降雨量感应控制刮水器设有可变间歇方式，可以让驾驶员根据降雨量的大小来调整刮雨器的工作间歇。但根据天气和行驶情况对刮水器的工作状态进行实时的自动调整也是十分必要的。降雨量传感器在降雨量比较小的情况下可以连续监测挡风玻璃上的降雨量，基于微处理器的ECU根据传感器的输出信号改变刮雨器的间歇，以适应不同的降雨强度。降雨量感应系统安装在车内，位于驾驶室内挡风玻璃的左右两端，它监测经挡风玻璃外表面全反射回来的红外线（图1229所示）。红外线发射二极管产生红外线，经过透镜聚焦，然后通过一个导光棱镜导入挡风玻璃内，导光棱镜用透明的导光粘合剂与挡风玻璃相连。图9降雨量感应系统的工作原理如果挡风玻璃非常干燥，大部分红外线都会在挡风玻璃的外表面形成全反射，使红外线在挡风玻璃内部经过多次全反射到达另一端的导光棱镜，被另外一组透镜聚焦，并传递到接收二极管上。如果挡风玻璃上有水滴，发射出的红外线就有一部分会被雨滴折射出挡风玻璃而损失掉，这样到接收二极管的红外线信号就有所减弱。ECU将红外信号的损失量与一定的降雨量对应起来，并依此调整刮水器的工作状态。44回位控制4刮雨器设有一个回位开关，它控制刮雨器电机。当雨刮臂停在档风玻璃下的适当位置时，电机才会停止运转。45高速轿车用电动刮水器控制5国外不少刮水器标准对高速行车时的刮净度和刮刷面积都提出要求。如欧洲经济共同体标准规定“在最高车速的80铸，但小于160KM/H的相对风速时，刮刷面积不小于A区域的98。”美国克菜斯勒公司SFAM15233标准规定“车辆以车速112KM/H速度行进，要求刮水器在主要视野范围内不出现刮片胶条被浮起现象。”桑塔纳轿车用刮水器TL一VW934标准规定“设计车速的90，但不得超过160KM/H时，经10次刮刷循环，应将刮刷面积的90擦拭干净。”451提高刮净度措施要解决高速时刮片被浮起间题，最简单的办法是增大刮杆对刮片的压紧力。这样固然可以减少刮片被气流浮起现象，可是由于压紧力的增大，汽车在低速行驶时，这一部分增大的压紧力产生的附加力矩会消耗电动机的能量。换言之，为满足这部分负载要求，电动机的输出功率要增加。电动机效率不变的情况下，必然要增大其输入功率，也就是多消耗了车上电源能量。如何使这种压紧力仅在高速时产生，而低速时仍持原来的力，即既能在高速时防止刮片被浮起，而低速时又不消耗车上电能，这就产生了一种新颖的结构图1。这种结构在刮杆上固定了一块叶片，该叶片的横剖面与飞机冀型正相反。车辆高速行驶时，气流流经叶片，下翼面气流较密，上翼面较稀疏。从空气低速气动特性得知，其型表面上分布的压紧力和摩擦力合力可以分解为垂直方向和水平方向两个力。垂直方向的力图10由于叶片翼型前缘下表面的气动系数CY负值很高，所以Y为向下的力。对刮片而言，正好是增加了刮杆对刮片的正压力。而且从式中看到，Y力随着速度V的增大而增加。车速愈高，刮片上附加的正压力也愈大，避免了车辆高速行驶时刮片被气动力浮起的弊端采用大型叶片时可保证刮片在180200KM/H速度内不浮起，引进的奥迪100X型轿车电动刮水器上就装有这样的叶片。452增大刮剧面积措施为了扩大刮刷面积，可以加长刮片长度，但这样做必然要增加刮水电动机的输出功率。增大刮刷角也可以增加刮刷面积，但又受到传动角限制。下面介绍的是采用辅助结构，使刷子在刮刷过程中前后往复运动，以增加新的清扫区。如法国VALEO公司设计的一种刮水器图11，它由主摇臂、副摇臂、平衡杆、刷片和使刷片摆动的传动机构组成主摇臂一端铰装平衡座，平衡杆另一端安装刮片。刮水器的两个摇臂的传动轴平行但又互相错开。摇臂和刷片的这种传动关系，使刷片可进行轴向移动，以扩大刮刷面积。又如奔驰车用刮水器利用一对行星齿轮，使刮臂在摆动范围内可伸长，增加新的清扫区，结构见图12。图11图125电动刮水器的维护注意事项67电动刮雨器的使用好坏与正确的维护也存在很大的关系，在使用中应注意如下几方面（1）定期检查刮雨片，当发现其严重磨损或有脏物时及时更换或清洗。清洗时，可用蘸有酒精清洗剂的棉丝沿雨刮方向擦去刮片上的污物。刮雨片不可用汽油清洗和浸泡，否则会引起变形，影响其工作效能。（2）在试验刮雨器工作情况时，风挡玻璃应该先用水润湿，否则会刮伤玻璃，同时由于刮片摩擦阻力大，还有可能损伤刮水片或烧坏电动机。在试验时应注意电动机有无异常噪声，尤其应引起注意的是，当刮雨器电机“嗡嗡”做响而不转动时，说明刮雨器机械传动部分有锈死或卡住的地方，这时应立即关闭刮雨器进行检查。（3）使用中当断开刮雨器开关时，刮雨片应能自动回到风挡玻璃的下侧，然后停止。若位置不当应进行调整。（4）冬季使用刮雨器时，若发现刮雨片被冻结或被雪团卡住时，应关闭开关，清除冰块、雪团后方可继续使用。（5）刮雨器电机大多做成封闭式，不可随意拆卸。若必须拆卸时，装配时要保持内部的清洁，不可将铁屑之类的污物落在其内，装配时还要注意向含油轴承的毛毡上加注少许润滑油，并更换或补充减速器内的润滑脂。（6）在结冰温度下，建议不要用水清洗机车前窗玻璃及雨刷装置。6电动刮水器的无骨雨刷89随着电动刮水器的不断优化发展，无骨雨刷开始在市场出现，并很快成为爱车者的首选,在这方面博士公司永远走在最前面。61无骨雨刷的结构无骨雨刷是由雨刷胶条、无骨雨刷钢片、雨刷护套、塑料件，4个配件组搭而成。其中支架为不锈钢材质，钢片为碳钢且长度在1028英寸之间，厚度为080090毫米，宽度一般在7001400毫米。无骨雨刷钢片的弹性比一般有骨雨刷钢片更好一些，可降低抖动磨损，再加上其受力均匀、防日晒、结构简单、重量更轻等特性（图13）。62无骨雨刷的特点1无骨雨刷与弧形玻璃贴合紧密、受力均匀，刮片涂付碳膜确保刮得更安静、更流畅、更干净。2采用空气动力学原理设计，在车辆高速行驶时刮片不会被气流抬升，以保证刮拭更清晰。3雨刷结构中间条扁宽，具有遮阳防老化的作用。4采用无骨架浮动钢片结构，可消除运动发抖。比有骨式寿命长、重量轻，附着力更强。5橡胶条及覆盖弹簧片均采用耐臭氧和抗紫外线能力强的橡胶材质，可适应不同气候条件。6相比有骨雨刷，无骨雨刷组搭更加简单、方便，仅需手动安装即可，而无需使用其他工具。图137结论电动刮雨器将继续向高科技的方向发展，可以预见，未来几年，无骨雨刷将取代有骨雨刷，电动刮水器将日臻完善并成熟。智能汽车是未来汽车的发展趋势，电动雨刷将会在智能车上发挥它独特的作用。参考文献1冯彬城轨车辆刮雨器设计与分析J电力机车与