汽車雨刮器電子式復(fù)位裝置設(shè)計(jì)

蔣開正

（四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程系， 四川 遂寧 629000）

1 目前汽車雨刮器原復(fù)位裝置結(jié)構(gòu)原理與存在的不足

汽車雨刮器主要由直流電機(jī)、蝸桿蝸輪、連桿、擺架、刮水片等組成，如圖1所示。雨刮器工作時，電機(jī)通電轉(zhuǎn)動通過蝸桿蝸輪減速增扭后將動力通過一系列連桿機(jī)構(gòu)傳動，使刮水片架左右擺動，帶動刮水片工作。

圖1 電動刮水器組成

汽車雨刮器復(fù)位裝置作用是保證在關(guān)閉雨刮器開關(guān)后，刮水片能自動停在駕駛員視野以外的指定位置 （通常在汽車前風(fēng)擋玻璃下方）。目前雨刮器復(fù)位裝置采用的是機(jī)械觸點(diǎn)式復(fù)位裝置，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，在蝸輪 （非導(dǎo)電體）的一面固定安裝有兩個導(dǎo)電的滑環(huán)A、B （其中A的徑向?qū)挾却笥贐，但在圓周長度方面小于B，B是與車身搭鐵相通的），在蝸輪后蓋上安裝有帶有觸點(diǎn)兩個彈簧片，當(dāng)把蝸輪后蓋安裝后，兩個觸點(diǎn)與滑環(huán)接觸情況如圖3a和圖3b所示，圖3a表示非復(fù)位狀態(tài)，圖3b表示復(fù)位狀態(tài)。在雨刮器開關(guān)斷開時，如果雨刮器片沒有復(fù)位，此時蝸輪后蓋上兩觸點(diǎn)與滑環(huán)接觸情況如圖3a狀態(tài)，下觸點(diǎn)與滑環(huán)B 接觸，上觸點(diǎn)不接觸滑環(huán)B，此時雨刮電機(jī)將通過雨刮器開關(guān)和復(fù)位裝置繼續(xù)通電旋轉(zhuǎn)，電流通路是：蓄電池（+）→點(diǎn)火開關(guān)→熔斷絲→電機(jī)電刷B3→電機(jī)電樞→電機(jī)電刷B1→雨刮器開關(guān)OFF擋→下觸點(diǎn)臂→下觸點(diǎn)→滑環(huán)B→搭鐵→蓄電池（-），電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)到圖3b狀態(tài)，兩觸點(diǎn)同時與滑環(huán)A接觸，電機(jī)則不再通電，電機(jī)停轉(zhuǎn)，雨刮片處于復(fù)位狀態(tài)。

圖2 電動刮水器復(fù)位裝置

圖3 復(fù)位裝置工作原理

從雨刮器復(fù)位裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理可知，其復(fù)位裝置是利用蝸輪上的兩個導(dǎo)電的滑環(huán)與雨刮電機(jī)后蓋安裝的兩個觸點(diǎn)接觸情況判斷雨刮片是否復(fù)位。采用機(jī)械式觸點(diǎn)式復(fù)位裝置存在以下缺點(diǎn)。

1）觸點(diǎn)和滑環(huán)存在磨損，使用壽命有限。

2）如果滑環(huán)或觸點(diǎn)磨損、觸點(diǎn)臂變形、蝸輪后蓋安裝不到位，存在觸點(diǎn)接觸不良情況，會導(dǎo)致工作不可靠。

因此非常有必要對復(fù)位裝置進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

2 汽車雨刮器電子式復(fù)位裝置設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

將原采用機(jī)械接觸式的觸點(diǎn)復(fù)位裝置設(shè)計(jì)為采用非接觸式的帶集成電路的霍爾式傳感器檢測雨刮器是否復(fù)位，霍爾傳感器輸出信號給雨刮器復(fù)位控制電路，控制雨刮電機(jī)是否繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)復(fù)位。

2.2 霍爾傳感器安裝

霍爾傳感器由永磁鐵和帶集成電路的霍爾元件組成，其安裝如圖4所示。永磁鐵安裝在雨刮器的蝸輪 （非導(dǎo)電體）上，能夠隨渦輪一起轉(zhuǎn)動，帶集成電路的霍爾元件安裝在固定不轉(zhuǎn)的雨刮電機(jī)后蓋上。在雨刮器開關(guān)關(guān)閉后，如果永磁鐵正對準(zhǔn)霍爾元件時，霍爾元件感受到磁場，產(chǎn)生霍爾電壓，霍爾電壓輸入霍爾傳感器的集成電路處理后，輸出低電平，表明雨刮已經(jīng)復(fù)位；如果永磁鐵沒有正對準(zhǔn)霍爾元件時，霍爾元件感受不到磁場，不產(chǎn)生霍爾電壓，霍爾傳感器的集成電路輸出高電平，表明雨刮沒有復(fù)位。為保證準(zhǔn)確檢測雨刮器是否復(fù)位狀態(tài)的位置，在帶集成電路的霍爾元件周圍安裝了一個與霍爾元件高度適當(dāng)?shù)牟粚?dǎo)磁的鋁框，這樣就能保證在雨刮器沒有復(fù)位時，即永磁鐵沒有正對準(zhǔn)霍爾元件，霍爾元件不受永磁鐵的磁性干擾，即接收不到永磁鐵的磁性，霍爾元件不產(chǎn)生霍爾電壓，霍爾集成電路輸出高電平，以保證檢測的準(zhǔn)確性。

圖4 帶集成霍爾傳感器安裝

2.3 雨刮電機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)

雨刮電機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)如圖5所示，其中的電子控制模塊是對霍爾傳感器輸入的信號進(jìn)行處理放大，并輸出信號控制復(fù)位繼電器工作，當(dāng)霍爾傳感器輸入信號為高電平時，電子控制模塊輸出為高電平，當(dāng)霍爾傳感器輸入信號為低電平時，電子控制模塊輸出為低電平。

圖5 雨刮電機(jī)復(fù)位電路

設(shè)計(jì)的雨刮電機(jī)電路工作原理是：關(guān)閉雨刮器開關(guān)時，如果雨刮器沒有復(fù)位，帶集成電路霍爾傳感器輸出高電平信號給電子控制模塊，電子控制模塊輸出高電平信號控制復(fù)位繼電器工作，繼電器常閉觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)閉合，雨刮電機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)至復(fù)位狀態(tài)。當(dāng)雨刮器處于復(fù)位狀態(tài)時，帶集成電路霍爾傳感器輸出低電平信號給電子控制模塊，電子控制模塊不輸出信號給復(fù)位繼電器，復(fù)位繼電器不工作，常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合，電機(jī)停轉(zhuǎn)。

3 總結(jié)

采用霍爾位置傳感器來檢測雨刮電機(jī)是否復(fù)位，并利用電子控制模塊通過控制復(fù)位繼電器控制雨刮電機(jī)復(fù)位，能準(zhǔn)確保證雨刮器復(fù)位，切實(shí)可行；采用非接觸式霍爾傳感器檢測位置，不存在磨損和接觸不良的情況，工作可靠。另外，此系統(tǒng)還可以設(shè)計(jì)電腦控制系統(tǒng)，將霍爾位置傳感器信號輸入車身控制模塊 （或ECU），利用車身控制模塊輸出信號控制復(fù)位繼電器工作，進(jìn)而控制雨刮電機(jī)復(fù)位，控制系統(tǒng)任何部分出現(xiàn)故障時，能夠利用電腦故障自診斷功能進(jìn)行故障自診斷，以便于維修。