智能除冰霜雨刷装置的结构设计及控制研究

尚建宇 田旭东 屈小贞 徐格格 张露露

摘 要：文章介绍了一种智能除冰霜雨刷装置。该雨刷装置通过加热装置和雨刷片上独有的喷水换向装置，以及雨刷开关控制的智能控制线路系统设计，可在极短时间内有效清除前风挡玻璃上的霜花或冻冰，及污渍等。

关键词：智能；雨刷片；换向装置；控制线路

中图分类号：U462.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988（2018）17-218-03

Abstract： A intelligent defrosting wiper device is presented in this paper. By the heating device and unique changing-over device of wiper blade， as well as the wiper switch controlling the intelligent control circuit system， the wiper device can effectively remove frost or ice and blot on the front windscreen in a very short time.

Keywords： Intelligent； Wiper Blade； Changing-over Device； Control Circuit

CLC NO.： U462.1 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2018）17-218-03

前言

雨刷器作为安装在汽车上前风窗玻璃上的重要附件，能及时清除前风窗上的污渍、雨雪等，消除对汽车驾驶员的视线影响，其对汽车安全行驶有着重要作用。但在一些多霜季节或较为寒冷地区，室外停放的汽车车身及风窗玻璃极易被霜花或冻冰覆盖，而传统雨刷装置很难在较短时间清除前风挡玻璃上的霜花或冻冰，且基本都是靠人工借用辅助工具清除，在费时费力的同时还极易影响出行时间。

因此本文设计出一种智能除冰霜雨刷装置，通过其结构及智能控制系统[1-2]可快速除去前风挡玻璃上的霜花或冻冰，还可高效清除前风挡玻璃上的污渍，对提高汽车的出行效率和安全有着重要的实用意义。

1 智能雨刷装置的结构设计

本文设计的智能除冰霜雨刷装置是由如图1所示的雨刷开关通过控制线路连接的雨刷电机和蜗轮蜗杆机构、喷水电机和加热装置（即热式）、以及雨刷片中的电热丝等实现快速消融并清除汽车前风挡玻璃上的霜花或冻冰的雨刷装置。

雨刷电机驱动蜗轮蜗杆减速机构通过摆臂带动拉杆及摆杆左右摆动。拉杆左右两端分别通过锁销把摆杆和球头销与雨刷臂的刮臂座连接在一起，且摆杆和球头销又通过锁销与固定在舱室内的连杆两U型端相连接。拉杆摆动随摆臂左右摆动，促使两侧摆杆和球头销绕连杆两端锁销支点摆动，进而带动固定在球头销上的刮臂座绕锁销支点左右摆动，使雨刷臂随刮臂座一起左右摆动。雨刷臂通过锁销和拉簧结构与刮臂座连接在一起，可使雨刷臂绕连接锁销处竖折，以方便清理更换。

雨刷臂端接头（上接头）和雨刷片端接头（下接头）的上下连接结构如图2所示，其上接头固定在雨刷臂的尾端，下接头固定在雨刷片的正中间位置。对接后上接头外侧的卡扣與下接头外侧的凸起卡在一起，完成对上下接头的固定连接和密封，且上接头挂槽内的螺旋弹簧对挂扣起到张紧作用。上接头内的电缆接线柱和水管接头与下接头端面上的电热丝接线孔和水管接口完全吻合对接。水管接头通过张紧胶圈与水管接口密封对接以保障玻璃水流经接口处时的贯通和密封。上下接头连接处设计时要保障接线柱的有效连接和绝缘密封、以及连接水管接口的密封性。

雨刷臂端接头内的接线柱和水管接头分别通过电缆和水管连接到控制接线盒对应的输出接线端和和即热式加热装置的出水端。电缆和水管沿雨刷臂的U型内壁布置固定，依次贯穿刮臂座、球头销、连杆的U型端、中空连杆，并从中空连杆中间位置引出分别连接到控制接线盒对应的输出接线端和即热式加热装置的出水端。

雨刷片端接头内的接线孔和水管接口分别连接到雨刷片内的电热丝和水管。水管内置固定在橡胶垫片中，并在橡胶垫片两侧设置相应的喷水口（每侧喷水口设置5至6个），且两侧喷水口的位置成交叉布置；水管出水口与橡胶垫片的喷水口对应，且在二者喷水口连接处加装一个单向球阀装置，保障玻璃水从内向外的单向喷射，防止玻璃面上的污渍堵塞喷水口。电热丝布置在胶条内，并在胶条两侧构成一个有效线圈加热回路。钢条对雨刷片其支撑作用，且钢条的弯曲弧度要满足安装后雨刷片与玻璃面之间保持适度均匀的弹性压力。

雨刷片内部组合结构及喷水换向装置的截面图如图3所示。喷水换向装置中的V型弹片上端固定在雨刷片端接头处的内孔中，V型弹片底部置于胶条的刮水面内侧，且V型弹片的底部形状设计要保障其最佳弹性变形。V型弹片两侧贯穿柱塞的两端，并由螺旋弹簧支撑。柱塞贯穿喷水换向装置的下端圆柱体，初始安装时柱塞呈对称结构布置，且要避免柱塞产生绕轴向方向的旋转运动。柱塞两侧沿轴向方向设置有左右对称的水路通道，柱塞中的左水路入口和右水路入口分别偏置在居中入水孔的左右两侧。柱塞两端与两侧水管的进水孔通过置于橡胶垫片内的连接套管相套对接，且连接套管内壁与柱塞两端间设置有密封圈以保障其连接处水流的密封性。连接套管的另一端置于水管内，以保障柱塞与喷水口之间的水路畅通。

雨刷片端接头处的喷水换向装置是靠胶条与玻璃面之间的刮动摩擦来实现喷水口喷水方向的左右切换，以保障雨刷片上的两侧水管的喷水时间始终与雨刷片刮动方向一致。当雨刷片在玻璃面上左右刮动时，胶条的刮水面随雨刷片左右刮动摩擦而产生左右挤压偏移，换向装置中的V型弹片底部会随刮水面左右刮动摩擦而产生沿柱塞轴向方向的左右挤压变形。V型弹片底部受挤压一侧就会推动螺旋弹簧向另一侧方向压缩移动，螺旋弹簧推动柱塞随之沿轴向方向向另一侧移动。此时柱塞受挤压一侧水路入口与居中入水孔吻合对接，连通由喷水电机到水管的水路。当雨刷片刮动换向或静止时，喷水换向装置通过螺旋弹簧回位装置自动恢复到初始位置，保持柱塞中的左水路入口和右水路入口偏置在入水孔的左右对称位置上。

且当胶条左右刮动摩擦时，雨刷片上的喷水口会偏向雨刷片刮动方向的玻璃面倾斜，使玻璃水在喷水电机作用下直接喷在雨刷片刮动正前方的玻璃面上，有利于提高喷水除污效果。喷水口的喷水方向和水压作用可有效直接清除玻璃面上的部分污渍。

2 智能雨刷装置的控制研究

该雨刷装置控制系统的控制电路设计如图4所示，其中保险丝对整个控制电路起保护作用，电路中的即热式加热装置和电热丝分别通过温度控制器（温度控制器参照65度标准）控制其最高加热温度。该雨刷装置切换各档位模式的控制电路是由雨刷开关统一控制实现，通过雨刷开关手柄切换不同档位模式时，系统控制电路启动对应不同的电器元件。

当雨刷开关打到冰霜档（推位）时，雨刷控制系统才会通过控制电路启动即热式加热装置和电热丝的加热功能，雨刷电机、喷水电机、即热式加热装置和电热丝同时工作，受热的玻璃水和胶条随雨刷片慢速摆动以消融并清除前挡风玻璃上的霜花或冻冰等。其加热、喷水和雨刷控制电路的通电控制方法分别为：开关-保险丝-即热式加热装置（电热丝）-温度控制器-搭铁；开关-保险丝-喷水电机-搭铁；开关-保险丝-间歇控制继电器常开触点-低速控制继电器常开触点-高速控制继电器常闭触点-雨刷电机电刷-搭铁。

当雨刷开关切换到其他档位模式时，控制系统控制电路不启动加热功能或喷水功能，此时该雨刷装置与传统雨刷的除水或除污功能基本相同。例如：当雨刷开关打到喷水档（拉位）时，雨刷电机与喷水电机同时工作，雨刷装置边喷水边以间歇的低速档转动除污。其喷水和雨刷控制电路的通电控制方法分别为：开关-保险丝-喷水电机-搭铁；开关-保险丝-间歇控制继电器常开触点-低速控制继电器常开触点-高速控制继电器常闭触点-雨刷电机电刷-搭铁。

最后当雨刷开关打到关档（OFF）时，雨刷电机内部的自动复位开关会自动保持在触点a位上，接通自动停机复位电路，直到刮雨片復位，然后自动复位开关将自动打到触点b位上，切断自动停机复位电路，使雨刷电机尽快停止。

3 结论

本文设计的智能除冰霜雨刷器装置利用雨刷片中的喷水换向装置、即热式加热装置加热玻璃水和内置电热丝加热胶条，可在极短时间内清除前风挡玻璃上的霜花或冻冰，还能高效清除玻璃上的污渍等，极大地提高汽车的出行效率和安全。且该设计方案及控制方法切实可行，易于应用到我们日常生活中来，具有很高的实用价值。

参考文献

[1] 陈泽仁，周榕梅.刮水器间歇控制应用电路[J]，汽车电器，2005，6： 39-42.

[2] 赵健芝，徐军，王立忠.解放CA1122J型汽车刮水系统电路分析[J]，汽车电器，2015，3：52-53.