乘用车雨刮器结构设计【含CATIA三维图纸模型】
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含CATIA三维图纸模型
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乘用车雨刮器结构设计 摘 要 雨刮器作为现代汽车上不可或缺的一部分，虽然结构小，但在汽车安全驾驶方面却起着及其重要的作用。雨刮器的主要功能主要是将前后挡风玻璃上的雨水、污泥刮刷干净，擦亮汽车的挡风玻璃，使乘用车司机获得的视野更加清晰，保障司机安全行驶，所以驾驶员的驾驶安全性与雨刮器的挂刷效果好坏有着直接的联系。为此，国标中对汽车雨刮器的工作性能制定了严格的标准，本文的工作正是基于此，对雨刮器的结构进行了设计。首先，通过分析和计算确定A、B区域。然后分析雨刮器机械原理，通过计算确定雨刮器的布置和杆长的参数，对雨刮器进行参数的确定以及雨刮器输出轴位置的确定。最后调整雨刮结构和位置使得雨刮器的刮刷面积尽可能的大，通过改变结构使雨刮的刮刷效果得到改善。此次设计要求对乘用车的雨刮器的零部件的尺寸进行设计，确定雨刮器结构的尺寸和参数。再利用catia建立雨刮器的三维模型及其仿真运动，观察仿真运动，根据需要绘制结果图像，运用仿真结果，分析雨刮器的运动曲线。最后根据仿真运动中的不足进行优化设计，争取增加雨刮器的挂刷区域，为生产实际提供理论参考，力使消除死角，增加干净度，让司机不用为在恶劣天气情况下看不清前方的情况而产生烦恼，降低因雨刮引起的交通事故，保障行车安全提高幸福感。关键字：结构设计；运动分析；A区；B区Abstract窗体顶端窗体底端Wiper, as an integral part of modern vehicles, although small in structure, plays an important role in the safe driving of automobiles. The main function of wiper is rain, mud on the windshield wiper clean, polished the windshield of the car, the drivers line of sight is more clear, to get a clear vision, to ensure traffic safety, so the wiper brush effect is directly related to the drivers driving safety. Therefore, the performance of GB automotive windshield wiper set strict standards, the work of this paper is based on this, the wiper structure design. First, the A and B regions are determined by analysis and calculation. And then analyze the wiper mechanical principle, parameters of wiper arrangement and the rod length is determined by calculating, the wiper parameters are determined and the wiper output shaft position determination. Finally, the structure and position of the wiper are adjusted so that the wiper area of the wiper is as large as possible, and the wiper effect of the wiper is improved by changing the structure. The design requirements for the design of passenger car wiper unit size, wiper structure size and parameters were determined, and then using CATIA to establish the wiper of the 3D model and Simulation of motion simulation, observe movement, according to the results of image rendering, using the simulation results, analysis of the motion curve of the wiper, according to the lack of the movement of the optimized design, in order to make the wiper area further increases, and provide a theoretical reference for the actual production, strive for the elimination of dead, increase clean degree, so that users do not have to look ahead and not clear worries, because of lower wiper caused by traffic accidents, ensure traffic safety to improve the sense of happiness. Key words: structure design; motion analysis; A zone and B zoneII目 录摘 要IAbstractII1.1选题背景11.2研究价值11.3目前研究现状12雨刮器概述32.1 雨刮器总成32.2 工作原理32.3 雨刮器的类型42.3.1 按刮扫的方式分类：42.4 国家标准的相关术语的定义52.4.1三维的坐标系52.4.2 座椅靠的背角和V点的确定52.4.3 相关术语的定义62.5 国家标准的性能要求63雨刮结构设计83.1 A、B区域的确定和计算83.1.1 A区域的确定和计算83.1.2 B区域的确定方法和计算83.2 雨刮机械原理的分析103.2.1雨刮器型式选取103.2.2机构的原理的分析103.3雨刮器总布置和杆长参数的设计103.3.1 雨刮片相关的参数103.3.2 确定机构的相关的参数113.3.3 副雨刮的机构的确定123.3.4 曲柄摇杆机构的杆长和摇杆摆角的关系的验证123.4雨刮输出轴的位置的确定134雨刮系统的零部件建模和总成装配144.1 CATIA软件的基本情况介绍144.2 雨刮器各零件的三维实体建模154.3 雨刮器总成装配195雨刮器系统的DMU运动仿真和相关的设计校核215.1 确定雨刮片的往复运动的轨迹215.1.1 DMU仿真介绍215.1.2 雨刮器系统的运动仿真创建215.1.3 雨刮器参数的相关校核245.2 DMU(运动仿真)的意义266总结26附录1：外文翻译29附录2：外文原文36Abstract36Keywords361. Introduction362. Model description37II1绪论1.1选题背景自1903年11月10日玛丽安德森发明了手动雨刮，1917年夏洛特布里奇福德发明了电动雨刮到1923年电动雨刮器被正式安装到汽车上使用，已满114周年8。现在无论是货车还是乘用车都离不开雨刮器。前方视线模糊时，拨动开关，雨刮就会根据档位自动左右周期性摆动，刮掉玻璃上的雨水或灰尘，让视野更加清晰。不需要用雨刮时关上开关，雨刮就变成了可由可无的部件。只有在需要用它时，发现雨刮出了故障，驾驶员才会察觉挡风玻璃上的“清洁工”是那么不可替代。无论传统汽车还是新能源汽车都必须使用雨刮器，用它来保障司机在阴雨天、风尘天能够安全行驶,它可以用打扫后窗玻璃和前挡风玻璃上积雪、雨水及灰尘等,使得玻璃保持干净透明，让驾驶人员视野开阔能够安全驾驶降低事故率。然而目前国内外各种车使用的雨刮器都存在刮刷面积不够大的问题,视野效果不好,但汽车制造厂都在各自努力使得刮刷效果更好,就普通雨刮器刮刷率较低的而言，在原有结构上对普通雨刮加以改进，提高刮刷率，让玻璃更加清晰透明，扩大驾驶员视野，减少视野死角，降低因雨刮引发的事故率。1.2研究价值由于雨刮器在汽车上有着不可或缺的用途，并且雨刮器刮的效果的好坏直接关系到驾驶员的行车安全，介于目前市场上很多的雨刮器的设计都是仅仅符国标最低最低要求，而没有最大限度的去优化改进相关参数，增强雨刮刷率，设计制造出用户体验更好的雨刮器。本文研究的目的就是在达到国家相关标准的前提下，进一步优化相关参数，调整雨刮结构和位置使得雨刮器的刮刷面积尽可能的大，刮刷效果得到质的飞跃。从而让用户不用为前方看不清楚而烦恼。1.3目前研究现状研究现状：雨刮器的发明：自1903年11月10日玛丽安德森发明了手动雨刮，1917年夏洛特布里奇福德发明了电动雨刮到1923年电动雨刮被正式安装到汽车上使用，已满114周年。雨刮器的发展：雨刮问世以来模样基本未变。如今的电动雨刮同之前发明出来时大致一样，没有太多改变。国内雨刮器的发展：国38内雨刮技术发展缓慢，80年代初还有部分车型还在使用真空雨刮器。现如今电动雨刮器占主导地位。雨刮器的种类如图1所示7。目前较先进的雨刮器：随着电控感应技术不断发展以及三维建模仿真技术在雨刮器设计中应用的提高，雨刮器的功用也逐步完善，电子调速器也面向市场了，该调速器带有感应功能，可以根据雨量的大小实时调节雨臂的摆动速度。现在，随着世界汽车工业的迅速发展，雨刮的重要性还在不断提高，并被赋予“安全卫士”的使命。发展趋势：随着汽车工业的不断发展，雨刮器也必然会不断地发展并利用建模软的仿真校核模块对设计进行多次的校核检验，实现设计的不断优化提高，充分提高用户体验。1.4本文主要研究内容本设计是基于奇瑞公司一款SUV车型的雨刮器设计，在公司提供前风挡、流水槽数据的前提下对雨刮结构参数的设计、确定、校核。并对雨刮器的布置做分析安排。最后再用CATIA软件做动画仿真，模拟雨刮器的工作过程，并校核雨刮器工作过程中是否有干涉碰撞等。最终得到最合理最优化的雨刮结构参数。2雨刮器概述 2.1 雨刮器总成雨刮器的组成如图2所示。驾驶人员掰动雨刮器开关，使其处于自动模式下，雨刮电机就按电流的方向进行周期性逆时针或者顺时针选择，电机可用蜗轮蜗杆作为减速增扭机构来驱动摆臂，进而带动四连杆机构使得前围板上的转轴实现左右摆动，最后带动雨刮片来清洁前挡风玻璃，还驾驶员一个清晰的视野6。图2.1 雨刮器曲柄摇杆机构 2.2 工作原理雨刮电机是雨刮器的动力来源，所以雨刮器系统的心脏就是雨刮电机。所选择的雨刮电机的质量必须十分好，一般建议使用的是直流永磁雨刮器电机，前挡风玻璃上面的电机与减速增扭的蜗轮蜗杆机械构成一个整体，其输出部分通过四连杆的机构实现了旋转运动转变为摇摆运动。雨刮电机一般是3刷的结构，利用继电器控制中断让雨刮片完成周期性的运动。雨刮片胶条利用弹簧压在前挡风玻璃的表层，同时角度必须与玻璃角度完美配合，才能实现其所需要的功能。雨刮的开关手柄上设有HI、LO、INT、OFF四个档位和喷涂档位。手柄顶端的开关按下之后会有预先放好的洗涤液喷出，润湿以便胶条来清洁前挡风玻璃，这也就是汽车上所谓的洗涤器系统，包括储水箱（存放洗涤液）、输水管、水泵和喷嘴等组成。2.3 雨刮器的类型2.3.1 按刮扫的方式分类：按照雨刮的挂扫图形分类,现在常见的种类有下图的4种,即同向刮扫、对向刮扫、单臂可控刮扫以及普通单臂刮刷：对刮和同向刮扫的方式，有利于提升雨刮的刮扫率，减小未刮扫的面积。这两种挂扫方式里面同向的方式更为常见，因为这样的结构成本低，相比之下经济性很不错。而对刮的型式比较少，因为这个需要使用双电机的结构，双电机的设计方案可以让左右雨刮不需要机械的连接,可以节省空间， 并减少产生的噪音。普通单臂刮这样方式虽然，价格低,结构较简单, 但它的刮刷率低，实用性不好，基本不再使用。单臂可控刮式的结构和控制都很复杂,尽管刮刷率比较高, 但价格不菲，应用不广泛。2.4 国家标准的相关术语的定义2.4.1三维的坐标系2.4.2 座椅靠的背角和V点的确定1.座椅靠的背脚是指椅子的背靠与垂直线它们间的夹角。2.V点就是司机的眼睛的位置，V点与过驾驶员的位置中心线的纵向的平面、R点位置和座椅的靠背角的大小有关。一般用来检查视野是否符合相关的标准要求。一般V1、V2两点表示不同的V点位置（考虑九五百分比）。他们的确定方法如下所示。 2.4.3 相关术语的定义A柱：A柱是位于V点前面的横向铅垂平面前面的车顶的支撑体。汽车座椅H点：汽车座椅H点代表躯干线与大腿中心线的交点。R点：R点代表整车厂确定的H点。有以下的意义：1. 确定了司机正常驾驶与乘坐的位置，考虑了座椅调节的所有情况。2. 是相对于整车坐标系的坐标。3. 用来模拟人体躯干与大腿相接的位置。4. 可以用来当做二维人体样板放置的相关的参考位置。躯干线：躯干线代表的是三维的H点的装置空间相关的中心线位置。乘员的中心面：代表经过H点的Y平面，是用每一个特定位置上的乘员的中心面或三维H点的中心面来表示的6。刮刷区的面积：刮刷面积代表雨刮片可以达到表面积之和。理论刮刷面积：理论的刮刷面积是指在设计上的刮刷面积。2.5 国家标准的性能要求1. 按GB11556中的有关规定确定A、B区域，应覆盖A区的98以上，B区域的80以上。2. 雨刮器起码应要有两种或者以上的频率，并且高频不低于45次/分钟，确认且低频不低于20次/分钟，两者之间的差值应不小于15次/分钟。3. 在雨刮器被关闭时后，要能够实现自动回位的功能，不能停留悬浮工作位置4. 工作的时候，被阻挡后，还能无故障，并继续工作。5. 在低温情况下（183C）的干燥风窗上可以持续工作2分钟及以上的时间。3雨刮结构设计 3.1 A、B区域的确定和计算 3.1.1 A区域的确定和计算A区域代表从V点向前延伸的4个平面与前玻璃面的相交的所形成曲面的大小，确定方式如下1. 通过V1和V2，并在X轴的左侧与X轴成13度角的铅垂平面。2. 通过V1，与X轴成3度的仰角仰角，需要Y轴平行。3. 通过V2，并与X轴成1度的俯角，需要Y轴平行。4. 通过V1和V2，在X轴的右侧且与X轴成20度的铅垂平面。3.1.2 B区域的确定方法和计算B区域同样是4个平面的交线与挡风玻璃曲面的面积，确定方法如下。a) 通过V1点，与X轴成7。仰角且与Y轴平行的平面。b) 通过V2点，与X轴成5。俯角且与Y轴平行的平面。c) 通过V1和V2点，向X轴的左侧与X轴成17。角铅垂平面。d) 以汽车纵向中心平面为基准面，且与c)所述平面对称的平面。按上边国家标准的的方法，配合三维软件CATIA做出A、B区域，同时测量相关的面积为分别为：A等于0.125平米、B等于0.596平米。3.2 雨刮机械原理的分析 3.2.1雨刮器型式选取根据对雨刮器类型的研究相关成本比较，我们决定选用同向对刮式雨刮器为设计的方向。 3.2.2机构的原理的分析已经经之前的分析可以了解雨刮最主要结构是四连杆机构，是由雨刮的电机最终带动机构实现前面的挡风玻璃，所以可以认为四连杆机构的座椅昂是将雨刮电机转动转换为摆动，并使其按特定轨迹完成往复运动。3.3雨刮器总布置和杆长参数的设计 3.3.1 雨刮片相关的参数动力源也就是电机和四连杆机构一般都是安装在前机舱里面，放置被水冲淋损坏；而刮臂和雨刮片暴露在外面，与挡风玻璃贴合,同时最初状态时候的位置必须在玻璃的黑边下面，一面妨碍司机的视野。A点也就是副雨刮片的起始的位置，需要距玻璃外边超过10毫米；B点也就是副雨刮片的最后的位置，需要距离重叠交叉点超过5毫米；C点也就是主雨刮片的最后的位置，则需要距离胶条超过25毫米，当然A点不可以位于汽车的前面的挡风玻璃的区域内；CC需要黑边相互平行；两雨刮片刮刷相交点D需要比较低才能不影响挂扫视野；开始的位置E,F都需要处在黑边的下面；主驾驶开始的位置G点则需要离装饰板超过25毫米。本次设计选取的主雨刮片长度是602.57毫米，设计的副雨刮片的长度是296.27毫米，根据雨刮片的布置图可以了解刮刷角度初选主雨刮片定85度的刮刷角，副雨刮片定87度刮刷角。3.3.2 确定机构的相关的参数四连杆机构的两个连架杆分别为作为曲柄摇杆，所以称为曲柄摇杆机构。本文确定的摇杆摆角是，分析和计算后知道，雨刮工作的摆杆的正反运动都是它的工作行程，因此不存在所谓的急回的现象，确定该机构的行程速比系数。所以确定还已知行程速比系数,摆角，曲柄摇杆机构的设计。 （3.1）所以。暂定取设计型式，根据相关的机械原理1课本上的图8-30可确定 （3.2） （3.3） （3.4）所以代入以上的公式可以得到根据车型选取，所以其他的参数如下3.3.3 副雨刮的机构的确定与主雨刮一样，行程速比系数，且摇杆摆角，因此设计选择的型式，由根据相关的机械原理1课本上的图8-30可确定，所以3.3.4 曲柄摇杆机构的杆长和摇杆摆角的关系的验证根据机械原理，一个四杆机构中是否含有曲柄判定的条件：1) Lmin加上Lmax小等于其他两杆的长度的和。2) 用于往复旋转的两跟杆里面必定有一个是最短的杆。按照这两个判定结果如下： （3.5）确定在满足相关杆长的条件下将a杆作为曲柄，设计是合理的。同样的按照公式式对副雨刮臂的机构的相关杆长进行判定结果是，所以设计也是满足要求的的。最终确定的长度尺寸如下面的表格：3.4雨刮输出轴的位置的确定本设计选定了一对确定长度的雨刮片，它的布局位置也基本OK了，接下来根据实际中的积累的经验只是，提出以下的要求：1.主雨刮输出轴与主雨刮片之间的距离是；2.副雨刮输出轴与副雨刮片之间的距离是；3.主雨刮臂输出轴与副雨刮臂输出轴之间距离要满足；最后按照选定的想的长度和空间数据，确定主副雨刮臂实际输出轴所处的位置。4雨刮系统的零部件建模和总成装配4.1 CATIA软件的基本情况介绍CATIA是一款及CAE/CAD/CAM三种功能一提的软件，由法国达索公司研究开发，在全世界汽车行业有着十分广泛的客户，在航空工业也有广泛用户基础。CATIA最初是为了飞机曲面设计开发，后来随着飞机工业技术向汽车工业技术的转变，Ctaia被带到了汽车行业，并由此在相关的机械、电子器件和建筑设计等领域得到了广发的应用。Catia 软件先进的DMU电子样机模块能够在茶品开发的初期实现仿真，并做出干涉检查，运动估计的检查，极大地提高了设计的效率。在CATIA的146个模块中（截至CATIA V5R19），各个模块能做到相互操作，实时修改。此外，该软件还可以通过知识工程将企业积累多年的的知识放到相应的知识库中。CATIA 设计能力强大：从原始设计到定稿产品的完成，它不仅提供了完整的三维的参数的建模，还能完成二维出图，并完成加工路径编辑仿真模拟。 CATIA软件具有如下的特点：1、 易修改CATIA的树结构，用户不管是进行实体健模型还是曲面设计，都可以对产品进行便捷高速屡次改正，无论设计进行到哪一步，只要有修改的需求都可以快速修改，即使是方案更改需要更替，CATIA也可以轻松实现。2、 相关性CATIA每一个模块是在同一个平台上的，是同一个部分，所以CATIA的每一个板块势必有着联系，CATIA三维的改正，可以在二维中表达出来。CATIA 多个模块工作环境相互切换并能实现混合建模思想，是并行工程设计方法最好的践行者，在V6的版本上得到了更好体现。具体来说，就是负责总体设计的工程师只要将一个产品基本尺寸确定，其他的公式就可以开始了，独立工作，但是也既能团结作，并且实时更新，互相联结性。前面的设计对后面的设计有参考性，后面的设计也可以及时反馈给前端设计，二者组合成一个有机的整体，达到设计效果的最佳。4.2 雨刮器各零件的三维实体建模接下来我们按照前面确定的四连杆机构各个杆的长度，并参照目前一些主流的SUV车型雨刮器的构件建立三维实体，以及零件设计时的一些强度要求选择了曲柄的宽度为20、厚度为5、连接电机和两边连杆的孔直径为9。在主刮臂连杆建模时选择连杆的厚度为2、宽度为26、连杆端头用于连接副的孔直径为15。主刮臂摆杆设计时，选择摆杆宽度为25、厚度5、连接连杆端的孔直径为12、连接输出轴端的孔直径为8。在副雨刮臂连杆的设计中我们选择和主雨刮臂连杆长度除外的其他同样参数。在副雨刮臂摆杆的设计中，我们选择了厚度为5、宽度为25、连接连杆端的孔直径为12、连接输出轴端的孔直径为8。各杆件的三维实体建模结果如下图4.1所示主雨刮器的雨刮片的三维截图副雨刮器的雨刮片的三维截图主雨刮器的雨刮臂的三维截图副雨刮器的雨刮臂的三维截图主雨刮器的雨刮臂连杆的三维截图副雨刮器的雨刮臂的三维截图副雨刮器的臂摆杆以及共用的曲柄的三维截图图4.1-雨刮器系统的零部件三维截图4.3 雨刮器总成装配在利用CATIA软件完成零部件的设计建模之后，打开机械-装配模块开始对雨刮器系统进行总成的装配，在装配的时候务必要关注各个杆件之间的具体连接形式。因为一些多零件之间的空间位置不好布局，先确定一个基准零部件，将其余的零部件装配大上面。同时我们可以使用CATIA功能里面的干涉检查工具，确认装配完成后零部件之间有无相互干涉的现象干涉。干涉检查的操作步骤为：1) 点击下拉列表，选择其中的项，点击按键，这时候出现红灯意味着两个零部件之间产生了干涉，两零部件之间相互干涉的部分会以深红色表示；这个时候如果出现绿灯以及No interference的说明则代表没有干涉，是OK的；个时候如果出现黄灯及的说明则代表零部件之间发生接触，需要调整。2) 检查雨刮器系统的零部件相互之间的干涉影响，按照需要对零部件的空间位置进行调整和修改。完成如下的装配图以及爆炸图：图4.2 SUV雨刮器系统的装配总成图图4.3 SUV雨刮器系统装配的总成的爆炸图 5雨刮器系统的DMU运动仿真和相关的设计校核 5.1 确定雨刮片的往复运动的轨迹 5.1.1 DMU仿真介绍因为计算机性能的提升，以及软件技术的发展，利用计算机建立的三维模型，可提在软件内完成虚拟的样机仿真，无需实物，因此能够实现降低成本、缩短开发周期的目标。DMU虚拟仿真是指在CATIA 软件里面完成的零部件装配、零部件的干涉检查、和人机工程学检查等虚拟的功能，实现设计的虚拟的仿真，减少样件制作的时间，物料，人工成本。DMU功能概述:开始提供各种的可视化功能，全方位的对电子样机的所有部位进行观察、评估，以模拟真最实的视觉效果。然后将实体效果通过数字环境来展示。接下边进行相关的功能的分析，一般是机械运动，空间运动和轨迹管理等内容。5.1.2 雨刮器系统的运动仿真创建 1.雨刮器装配的步骤如图5.1所示，。在完成所有的步骤之后，在左侧的树图上有如下的显示。图5.2零部件装配之后约束树图最后设置固定用的零件，选择地杆并添加固定约束。会出现可以模拟机械装置即可：图5.3 表示装配完成可以进行仿真了 2雨刮器系统的运动模拟电机模拟功能按键就可以启动仿真，接下来出现如下图所示的对话框，上部有一个可以移动的滑条，拖动滑条的位置给它一个变化量，接下来淡季三角形的播放按钮，整个系统就会启动相应的仿真。可以选择激活传感器的选项，就能够观察雨刮臂的刮刷的角度实时变化情况，如果再将三个角度参数设置YES状态,并电机图形按钮，就输出相关杆件的运动角度的值。图5.4设置要查看的变化的参数图5.5相关杆件的运动角度实时变化曲线1. 单机模拟的按钮启动仿真的分析，并测量需要的动态数据和运动的间隙的检测功能，接下来单机自动的按钮，可以来回拖动滑块，最后在单机播放按钮来实现真个系统的仿真运动。2. 如果需要建立输出回放用的视屏文件，可以点击拿个播放器标志的按钮，并按提示操作即可实现需要的文件录制与输出。5.1.3 雨刮器参数的相关校核1. 运动轨迹输出根据前面建立的仿真系统，在主副雨刮片的两个端点做出相应的标记，通过仿真使得雨刮片设置的轨迹做往复运动，会在，零部件的前挡风玻璃上产生曲线，实际的结果如下图：图5.6 实际轨迹的输出图5.7雨刮未刮的面积2. 计算校核实际的A和B区域的刮刷率：a) A位置刮刷的计算通过上面的图片的结果，可以完整的得出A已经完全处在雨刮片的刮刷范围内，所以认为A区域实际刮刷率等于100%。b) B位置刮刷的计算通过上面的图片的结果，可以看出B还有一小部分面积不在雨刮片得挂扫内，所以B区域的刮刷率计算如下： 经过在软件的直接测量，其结果是S未刮刷等于0.023，计算确认得到雨刮片对B区域的刮刷率等于98%。所以满足国家标准对A、B区域的刮刷率要求设计通过。5.2 DMU(运动仿真)的意义虚拟运动仿真可在实际制造前利用零件的三维数字模型进行机构运动仿真，节约成本，并已成为现代工程中的十分重要的应用。能够解决很多问题如：位移和速度和加速度以及力，包括相互间的干涉、甚至力的相互作用等问题。因此本文中便利用了这种制造之前的仿真，验证了设计的可行性。确定满足了相关的要求。最后也实现仿真结果的输入，并进行分析设。6总结本设计主要介绍了雨刮的价值发展历程、工作原理、雨刮的分类、相关的国标术语、雨刮的结构设计、三维建模及装配、雨刮运动性分析等方面的内容。本设计开始时候对虚拟样机进行介绍，分析虚拟样机技术目前车辆工程上的运用以及发展现状，分析了它的发展前景。更着重的对catia软件的DMU虚拟样机技术软件发展进行阐述，确定使用catia的DMU模块进行仿真和分析，并付诸行动。本文完成了对SUV车型的前挡风玻璃窗的雨刮器系统的设计。步骤是先通过计算得到原始的机构尺寸，接下来利用三维软件建立3D零部件，在装配模块进行装配，最后DMU模块模拟仿真，验证了模型设计的可行性，输出了仿真的结果，并进行分析，有效的减少了在设计后但在生产前的试制成本。最后在后处理模块里面提取了相关的数据曲线，并且计算出雨刮器的刮扫面积，确认完成本次设计。参考文献1孙恒，陈作模.机械原理（第七版）M.北京：高等教育出版社，2010，5：109-1392林博正.CATIA V5三维零件设计M.北京：人民邮电出版社，2010，93马伟，张海英等。CATIA V5 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Structural Chemistry, Vol. 12, Nos. 3/4, 2011附录1：外文翻译尤其适用于挡风玻璃刮刮器的控制该研究验证了一种汽车雨刷系统的混沌运动，该系统由两个连杆驱动，通过两个连接的四连杆机构驱动，然后阐明了一个混沌控制系统。一个分叉图揭示了一系列参数值的复杂非线性行为。接下来,最大李雅普诺夫指数估计识别周期和混沌运动。最后，提出了一种控制混沌汽车雨刷系统的方法。这种方法需要将另一个外部输入，称为“二色信号”，应用到系统中。给出了一些仿真结果，证明了该方法的可行性。关键词：混沌运动,雨刷系统;李雅普诺夫指数,电子脉动 当汽车雨刷系统驱动的刮水器操作时，可以观察到许多可能对驾驶员有害的振动。这些振动降低驾驶舒适性。研究了刮水器系统的动态特性，寻求控制振动的有效方法。各项工作已进行了调查，在一个汽车雨刮系统颤振（codfert et al.，1997；欧亚et al.，1994；铃木和安田，1995；铃木和安田，1998）。各种数值分析包括分岔图、相图、庞加莱映射、频谱和Lyapunov指数是用来解释的周期运动和混沌。对于广泛的参数，Lyapunov指数提供了最有效的方法来测量灵敏度的动力系统的初始条件。它可以用来确定系统是否处于混沌运动。对于光滑动力系统Lyapunov指数的计算算法已经发展得很好（Shimada，Nagashima，1979；狼et al.，1985；Benettin等，1980a；Benettin等。，1980年b）。然而，一些非光滑动力学系统的不连续性，该算法是不直接适用的，如那些与干摩擦，反弹或影响。一些研究方法的非光滑动力系统Lyapunov指数的计算（Muller，1995；Hinrichs et al.，1997；他，2000）。斯特凡斯基所提出的方法（2000）估计雨刷系统的最大Lyapunov指数是本研究中采用的。虽然混沌行为可能是可以接受的，它通常是不可取的，因为它降低性能和限制各种电气和机械设备的工作范围。最近，混沌粘滑移机械系统的控制有了很大的发展，已开发的几种技术（galvanetto，2001；杜邦，1991；芬尼和月亮，2000）。galvanetto（2001）应用于自适应控制不稳定周期轨道嵌入在一些不连续的机械振动系统的混沌吸引子。Feeny和Moon（2000）用高频激励，或抖动，解渴，坚持滑混沌。抖动是一个外部信号，所以它的应用程序不需要任何类型的测量。因此，抖动的应用的主要优点是它的简单性。这种技术也广泛应用于各种实际的非线性系统（Feeny，2000；Tung和月亮，陈，1993；富和东，1997；Liaw和董，1998）。Tung和陈（1993）提出了一种辨识未知参数和非线性的闭环直流电机系统的方法。的抖动信号，消除了系统中可能的极限环的性质也进行了研究。富和东（1997）用抖动信号转换为混沌运动的一个周期轨道电路系统。Liaw和董（1998）采用抖动平滑技术，嘈杂的混沌系统控制。一个混沌运动必须转化为一个稳定的周期轨道，以改善雨刷系统的性能和消除颤振振动在汽车雨刷。这项研究表明，混沌可以控制注入另一个外部输入，称为抖动信号，到系统中。抖动信号的注入，以提高非线性元件的性能是有效的。仿真结果验证了该方法的有效性和可行性。1简介一个雨刷系统由三个主要子系统（I）刀片和他们的武器；（ii）连杆机构和（iii）电机。前雨刮系统有两个叶片。它们附在驾驶员侧和乘客侧的挡风玻璃上。每个叶片由一个臂支撑，臂在枢轴上来回移动。直流电机提供动力旋转两个连接的四连杆机构，反过来，产生所需的运动的雨刷臂和叶片。图1示意性地描绘了一个汽车雨刮系统。在这张图中，用下标D和P的符号被称为驾驶员和乘客侧，分别。线表示李代表的立场，雨刷武器采取时，没有发生偏转。条款我（我= D，P）相对于位置的李代表的角变形，并查看MathML源我是手臂的角速度。条款里表示长度的雨刮臂之间的枢纽中心和顶部查看MathML sourcez我代表叶片的绝对速度。然后方程式1根据牛顿的第二定律，控制方程的雨刷在我的一侧（我= D，P）可以表示如下（铃木和安田，1998）：在第二个术语代表的惯性矩和米是由雨刷和挡风玻璃之间的摩擦力引起的时刻。RI和狄分别是恢复力和阻尼力产生的力矩，如下MI的时刻可以表示为倪是法向力。根据实验数据（铃木和安田，1995），雨刮摩擦可以近似合理地结合库仑摩擦和粘性摩擦。据此，给出了雨刷摩擦系数接近实验结果。作为状态变量，驾驶员侧的刮水器系统（方程式（2）的状态方程如下：乘客侧的刮水器系统（方程式（2）的状态方程如下：当列出上述方程中参数的值 2模型描述 3系统特性：数值模拟结果通过情商的数值模拟。（7a）；（7b）进行阐明系统的特点。图2显示了由此产生的分岔图。分岔图更全面地说明了在一定范围内的参数值的动态行为。该方法被广泛用于描述从周期运动到混沌运动的动力系统的过渡。这个图清楚地表明，混沌运动的出现大约在区域II和IV期三运动出现在III区和N周期轨道区域的I. Chang和林的存在（2004）提出的相图，庞加莱的地图，和频谱表现出这些行为的细节。值得注意的是，一个指标，如最大Lyapunov指数是一个混沌系统的最有用的诊断之一。每一个动态系统的Lyapunov指数谱（）讲述的长度，在相空间的面积和体积的变化。混沌的存在可以通过计算最大Lyapunov指数仅仅建立，确定附近的轨迹发散（ 0）或收敛（0）平均。包含至少一个正Lyapunov指数的系统中的任何有界运动被定义为混沌，而非正Lyapunov指数表示周期运动在这项研究中的混沌性质的汽车雨刷系统证明通过计算最大Lyapunov指数。至少有一个正Lyapunov指数的系统被定义为混沌。李雅普诺夫指数测量两个初始附近轨道的散度（或收敛）率。计算“平滑”动力系统是众所周知的Lyapunov指数谱算法（狼et al.，1985；Benettin等，1980a；Benettin等。，1980年b）。然而，“非光滑”动力系统的不连续性，如干摩擦，反弹或粘滑防止该算法的直接应用。最近，斯特凡斯基（2000）提出了一个简单而有效的最大Lyapunov指数估计方法，采用同步的特点。这种方法可以简单地解释：动力系统分解成以下两个子系统考虑一个动态系统，它由两个相同的n维子系统组成，只有响应系统（8）与耦合系数D相结合，而驱动方程保持不变。描述这样一个系统的一阶微分方程可以写成现在的同步条件（方程式（10）是由不等式在同步中，DS，耦合系数D的最小值，被假定为等于最大Lyapunov指数系统（情商。（7a）；（7b）被认为是在式（10）在下列形式获得增强系统:在下一步骤中，所考虑的系统的Lyapunov指数的最大值被确定为所选择的参数值，在上面所述的方式。图3提出的数值计算的结果表明使用所描述的同步方法已获得的最大Lyapunov指数。该系统表现出的混沌运动，因为所有的最大Lyapunov指数是积极的4通过注入抖动信号控制混沌动态系统的混沌运动必须转化为周期运动。本节将证明，注入另一个外部输入，称为只影响非线性项的抖动信号，到这个混沌系统可以控制的混沌运动。抖动是一种高频信号，用于修改系统的任何摩擦系统的行为。在控制社区，采用抖动信号，以平滑的“不连续”的影响，在低速摩擦。在系统中抖动的主要用途是修改非线性。最近，抖动平滑技术已被开发（富和东，1997；Liaw和董，1998）稳定混沌系统。一些流行的抖动信号如下（Cook，1986）（i）方波抖动：最简单的抖动信号是方波抖动，其频率和振幅分别为2000弧度/秒和W。因此非线性f（）具有有效的输出值因此，系统方程可以写成考虑到方波抖动控制系统方程的添加效果，Eq.（7a）；（7b）查看MathML源a 0.3rad/s。提高方波抖动信号从W = 0至0.95 V变化的混沌动力学的振幅周期。分岔图如图4所示。考虑雨刷系统的摩擦系数的形式，这是原来的联营公司与非线性F，在公式（6）。现在，W = 0.6 V的选择和有效的非线性N和原始非线性F绘制图5。图6（a）图的位移的时间响应，其中方波抖动信号注入后3秒的混沌行为被转换成一个周期的运动。图6（b）显示受控系统的相ii）正弦抖动：另一个简单的抖动信号是高频正弦波。在这种情况下，N的有效值是其平均在一个完整的振荡周期的正弦抖动信号，即现在，一个正弦抖动添加在前面的非线性（6）。控制系统的等效方程如下所示。加入正弦抖动信号式（7A）（驾驶员侧）产生一个耦合系统如下：和相同的信号，添加到dither情商。（7B），乘客的侧可以写为如下：抖动频率必须远远大于任何其他参与系统的操作。否则，抖动信号可能会引入与抖动信号相同频率的另一个不希望的振荡。现在，设置系统参数查看MathML源a 0.3rad/s和正弦抖动频率为2000 rad/s的分岔图如图7所示。它揭示了一个正弦抖动振幅从1.2到1.5 V可以转换的混沌运动的汽车刮水器系统到一个周期运动。现在，设置正弦抖动幅度W = 1.2 V和频率= 2000弧度/秒，并添加此信号的前面的非线性，情商（6）。等效非线性的结果如图8所示（有效非线性n与原始非线性f）。在模拟中，W = 1.2 V设置和抖动信号后施加4秒。图9图的结果。可以看出，该系统表现出混乱的行为之前，施加的抖动，而它表现出周期性运动后。当W = 0和MathML的查看源a 0.5rad/s，Eqs。（18a）；（18b）表明，运动是混沌的（图10）。一幅W = 1 V正弦抖动，频率为2000弧度/秒4的转换系统动力学注射后，式（18a）；（18b），从混沌到周期运动。图11（a）显示了控制后系统的相图。图11（b）图X1的时间响应，与抖动控制后加入4秒。可以看出，在施加的抖动之前，该系统表现出混沌行为，而后者，它表现出周期性行为。当W = 0和MathML的查看源a 1.068rad/s、Eq.（18a）；（18b）显示周期七轨道（图12）。与W = 0.5 V正弦抖动幅度，频率为2000弧度/秒4的转换系统运动后注射，式（18a）；（18b），从周期七运动时期一个运动。图13（a）显示受控系统的相图。X1的时间响应如图13（b）在抖动控制在4 s时，W = 0和MathML的查看源a 1.215rad/s添加，系统呈现出周期五运动（图14）。振幅W = 0.25 V，频率为2000 rad/s正弦抖动为4将系统运动后注射，式（18a）；（18b），从周期五运动时期一个运动，我选择正弦抖动幅度W = 0.25 V，频率为2000弧度/秒，抖动信号后4秒。图15（a）显示注入系统的相图后控制。X1的时间响应如图15（b）所示，其中抖动控制是在4秒之后增加的5结论本文研究了汽车刮水器系统的复杂非线性行为和混沌控制问题。的动态行为，可以观察到在一个范围内的参数值，使用分岔图。这张图显示雨刷系统在较低的擦拭速度下呈现混沌现象。Lyapunov指数提供了最强大的方法来检查系统是否表现出混沌运动。使用同步特性估计雨刷系统最大Lyapunov指数的方法。混沌系统的非线性前的抖动信号被施加到抑制混沌运动，并有效地提高了性能的刮水器系统，并防止其混沌运动。最后，方波和正弦抖动信号可以有效地转换成一个周期轨道的混沌系统注入前的非线性的混沌系统。正在考虑的系统模型一个真正的雨刷系统，可用于未来的工作。图16示意图描述的仪器将被用于实验研究。函数发生器提供的抖动信号的频率范围为0 - 10赫兹000赫兹。在时域波形分析可与惠普3562a动态信号分析仪。使用电压放大器和驱动直流电动机的伺服放大器来放大模拟信号。致谢时至今日我的论文的终于写完啦，这得益于我导师王老师夜以继日的悉心指导和热切关怀。她那认真负责的科学态度、严谨的治学精神，精益求精的工作风格，诲人不倦的工作态度都给我树立一个好榜样，如灯塔一般指引我前行。在此请允许我表达自己的肺腑之言感谢我的老师。同时，我还要感谢与我共度大学时光的良师益友们陪我度过人生中最美好的四年，我还要感谢睡在我隔壁铺的姐妹，没有你们的鼓励、帮助和支持，我就不能披荆斩棘克服困难。我知道我无论说什么都不足以表达我的谢意，千言万语都汇集成两字：谢谢！附录2：外文原文Dither signals with particular application to the control of windscreen wiper bladesAbstractThis study verifies chaotic motion of an automotive wiper system, which consists of two blades driven by a DC motor via the two connected four-bar linkages and then elucidates a system for chaotic control. A bifurcation diagram reveals complex nonlinear behaviors over a range of parameter values. Next, the largest Lyapunov exponent is estimated to identify periodic and chaotic motions. Finally, a method for controlling a chaotic automotive wiper system will be proposed. The method involves applying another external input, called a dither signal, to the system. Some simulation results are presented to demonstrate the feasibility of the proposed method.Keywords Chaotic motion;Wiper system;Lyapunov exponent;Dither1. IntroductionNumerous vibrations that may be harmful to the driver can be observed when a wiper, driven by an automotive windshield wiper system, is operational. These vibrations reduce the comfort of driving. The dynamic behaviors of the wiper system are studied to find an effective way to controlling vibrations. Various works have been carried out to investigate the chatter vibrations in an automotive wiper system (Codfertet al., 1997;Oyaet al., 1994;Suzuki and Yasuda, 1995; Suzuki and Yasuda, 1998). Various numerical analyses including a bifurcation diagram, phase portraits, a Poincare map, frequency spectra and Lyapunov exponents are utilized to explicate periodic and chaotic motions. For a broad range of parameters, the Lyapunov exponent provides the most effective method for measuring the sensitivity of the dynamical system to its initial conditions. It can be used to determine whether the system is in chaotic motion. The algorithms for computing Lyapunov exponents of smooth dynamical systems have been well developed (Shimada and Nagashima, 1979;Wolfet al., 1985;Benettinet al., 1980a; Benettinet al., 1980b). Nevertheless, some non-smooth dynamical systems have discontinuities to which this algorithm is not directly applicable, such as those associated with the dry friction, backlash or impact. Several studies have developed methods for calculating the Lyapunov exponents of non-smooth dynamical systems (Muller, 1995;Hinrichset al., 1997; Stefanski, 2000). The method proposed byStefanski (2000)for estimating the largest Lyapunov exponent of wiper system is adopted in this study.Although chaotic behavior may be acceptable, it is usually undesirable since it degrades performance and restricts the operating range of various electrical and mechanic devices. Recently, the control of chaotic stickslip mechanical system has advanced significantly and several techniques have been developed (Galvanetto, 2001;Dupont, 1991; Feeny and Moon, 2000).Galvanetto (2001)applied to the adaptive control to control unstable periodic orbits embedded in chaotic attractors of some discontinuous mechanical systems.Feeny and Moon (2000)used high-frequency excitation, or dither, to quench stickslip chaos. Dither is an external s
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