汽车雨刮器电子式复位装置设计
2021-11-08蒋开正
蒋开正
(四川职业技术学院汽车工程系, 四川 遂宁 629000)
1 目前汽车雨刮器原复位装置结构原理与存在的不足
汽车雨刮器主要由直流电机、蜗杆蜗轮、连杆、摆架、刮水片等组成,如图1所示。雨刮器工作时,电机通电转动通过蜗杆蜗轮减速增扭后将动力通过一系列连杆机构传动,使刮水片架左右摆动,带动刮水片工作。
图1 电动刮水器组成
汽车雨刮器复位装置作用是保证在关闭雨刮器开关后,刮水片能自动停在驾驶员视野以外的指定位置 (通常在汽车前风挡玻璃下方)。目前雨刮器复位装置采用的是机械触点式复位装置,其结构如图2所示,在蜗轮 (非导电体)的一面固定安装有两个导电的滑环A、B (其中A的径向宽度大于B,但在圆周长度方面小于B,B是与车身搭铁相通的),在蜗轮后盖上安装有带有触点两个弹簧片,当把蜗轮后盖安装后,两个触点与滑环接触情况如图3a和图3b所示,图3a表示非复位状态,图3b表示复位状态。在雨刮器开关断开时,如果雨刮器片没有复位,此时蜗轮后盖上两触点与滑环接触情况如图3a状态,下触点与滑环B 接触,上触点不接触滑环B,此时雨刮电机将通过雨刮器开关和复位装置继续通电旋转,电流通路是:蓄电池(+)→点火开关→熔断丝→电机电刷B3→电机电枢→电机电刷B1→雨刮器开关OFF挡→下触点臂→下触点→滑环B→搭铁→蓄电池(-),电机旋转带动涡轮运转到图3b状态,两触点同时与滑环A接触,电机则不再通电,电机停转,雨刮片处于复位状态。
图2 电动刮水器复位装置
图3 复位装置工作原理
从雨刮器复位装置的结构和工作原理可知,其复位装置是利用蜗轮上的两个导电的滑环与雨刮电机后盖安装的两个触点接触情况判断雨刮片是否复位。采用机械式触点式复位装置存在以下缺点。
1)触点和滑环存在磨损,使用寿命有限。
2)如果滑环或触点磨损、触点臂变形、蜗轮后盖安装不到位,存在触点接触不良情况,会导致工作不可靠。
因此非常有必要对复位装置进行改进设计。
2 汽车雨刮器电子式复位装置设计
2.1 设计思路
将原采用机械接触式的触点复位装置设计为采用非接触式的带集成电路的霍尔式传感器检测雨刮器是否复位,霍尔传感器输出信号给雨刮器复位控制电路,控制雨刮电机是否继续运转复位。
2.2 霍尔传感器安装
霍尔传感器由永磁铁和带集成电路的霍尔元件组成,其安装如图4所示。永磁铁安装在雨刮器的蜗轮 (非导电体)上,能够随涡轮一起转动,带集成电路的霍尔元件安装在固定不转的雨刮电机后盖上。在雨刮器开关关闭后,如果永磁铁正对准霍尔元件时,霍尔元件感受到磁场,产生霍尔电压,霍尔电压输入霍尔传感器的集成电路处理后,输出低电平,表明雨刮已经复位;如果永磁铁没有正对准霍尔元件时,霍尔元件感受不到磁场,不产生霍尔电压,霍尔传感器的集成电路输出高电平,表明雨刮没有复位。为保证准确检测雨刮器是否复位状态的位置,在带集成电路的霍尔元件周围安装了一个与霍尔元件高度适当的不导磁的铝框,这样就能保证在雨刮器没有复位时,即永磁铁没有正对准霍尔元件,霍尔元件不受永磁铁的磁性干扰,即接收不到永磁铁的磁性,霍尔元件不产生霍尔电压,霍尔集成电路输出高电平,以保证检测的准确性。
图4 带集成霍尔传感器安装
2.3 雨刮电机复位电路设计
雨刮电机复位电路设计如图5所示,其中的电子控制模块是对霍尔传感器输入的信号进行处理放大,并输出信号控制复位继电器工作,当霍尔传感器输入信号为高电平时,电子控制模块输出为高电平,当霍尔传感器输入信号为低电平时,电子控制模块输出为低电平。
图5 雨刮电机复位电路
设计的雨刮电机电路工作原理是:关闭雨刮器开关时,如果雨刮器没有复位,带集成电路霍尔传感器输出高电平信号给电子控制模块,电子控制模块输出高电平信号控制复位继电器工作,继电器常闭触点断开,常开触点闭合,雨刮电机继续运转至复位状态。当雨刮器处于复位状态时,带集成电路霍尔传感器输出低电平信号给电子控制模块,电子控制模块不输出信号给复位继电器,复位继电器不工作,常开触点断开,常闭触点闭合,电机停转。
3 总结
采用霍尔位置传感器来检测雨刮电机是否复位,并利用电子控制模块通过控制复位继电器控制雨刮电机复位,能准确保证雨刮器复位,切实可行;采用非接触式霍尔传感器检测位置,不存在磨损和接触不良的情况,工作可靠。另外,此系统还可以设计电脑控制系统,将霍尔位置传感器信号输入车身控制模块 (或ECU),利用车身控制模块输出信号控制复位继电器工作,进而控制雨刮电机复位,控制系统任何部分出现故障时,能够利用电脑故障自诊断功能进行故障自诊断,以便于维修。