汽车风窗雨刮系统调速方案分析

陈善球

摘要：通过对风窗雨刮系统工作特性进行分析，建立雨刮电机数学模型，估算雨刮系统负载，分析电机转速影响要素，为汽车风窗雨刮系统设计过程中雨刮电机调速方案选择提供参考。

关键词：影响要素;调速;雨刮电机

0  引言

风窗雨刮系统是汽车的辅助系统之一，其作用是将挡风玻璃上的灰尘、雨、雾、雪及污渍等障碍物及时清除干净，使驾驶员在行车过程中具有清晰视线和足够视野，保证驾驶安全。雨天行车过程中，雨刮器的运动速度需与雨量大小匹配，确保挡风玻璃的水珠是否能够及时扫除，保证驾驶员视线清晰;同时，雨刮片的左右摆动频率应减少对驾驶员视线的干扰，因此，电机的调速控制是汽车风窗雨刮系统设计过程中的核心要素。

1  电机数学模型建立与分析

汽车风窗雨刮系统通常包含雨刮电机、减速机构、四连杆机构及雨刮器等，雨刮电机是系统的动力源，减速机构将电机输出的动力实行减速增扭作用，四连杆机构则将雨刮电机的旋转运动转换为左右摆动运动，雨刮器是系统执行机构，通过左右刮刷运动，确保汽车挡风玻璃的视线清晰度。系统方框图如图1所示。

对比式（13）和（14）可知，将雨刮电机从低速档调到高速档时，系统串联的电阻减少，即等效线圈数量下降;再根据式（3），系统的反电动势减少（反电动势具体大小值跟电枢绕组数及串并联方案相关），因为电枢电源电压基本保持不变，式（3）中的电枢压降与反电动势之和小于电源电压，此时，只有提高反电动势的值，才能重新让系统电压处于新的平衡状态，根据式（2）可知，反电动势与电枢转速n成正比，因此电机电枢轉速提升，雨刷执行部件在新的平衡状态以高速档运动。

以前面估算的雨刮电机参数为例，在电阻调速法中对电机转速随电枢串联的电阻变化情况进行分析，假设已知T=0.1344N·m，Ua=12V，Ia1=2.5V，在Matlab中绘制电枢电阻在0-5Ω范围内电枢转速的变化趋势曲线如图4所示。

3.2 电枢电压调速法

根据（6）式可知，当电枢的电阻值、电枢电流及电枢电磁转矩大小恒定时，电枢转速与电枢端电压大小成正比。因此，可通过改变电枢正、负端之间端电压实现调速功能，以前面估算的雨刮电机参数为例，在电枢电压调速法中对电机转速随电枢电压变化情况进行分析，假设已知T=0.1344N.m，Ra总=12V，Ia=2.5V，i=25，在Matlab中绘制电枢电压在6-14V范围内电枢转速的变化趋势曲线如图5所示。

3.3 励磁电流调速法

4  小结

汽车风窗雨刮系统电机调速方案选择直接决定雨天行车雨刮器摆动频率与雨量大小匹配程度，影响恶劣天气的驾驶视线清晰度，影响行车安全。从以上分析可知，电机电枢正、负级间串联的电阻值大小、电枢工作电压值、定子励磁线圈励磁电流大小是影响雨刮电机转速的重要因素。

参考文献：

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