一種新型汽車雨刷裝置的設計與探究

（佛山市順德區中等專業學校 528300)

1 新型汽車雨刷裝置的研發背景

汽車雨刷是用來除去附著于車輛擋風玻璃上的雨水及灰塵的設備，用以改善駕駛人的能見度，增加行車安全。自發明使用至今，期間經歷了由手動到氣動、由氣動到電動、由電動再到現在智能雨刷，從有骨到無骨等一系列的改進和完善，但現在汽車所使用的雨刷仍然還是采用雨刷臂和雨刷膠條相結合的機械結構形式[1]。但機械式雨刷存在刮掃范圍有限、刮掃不干凈、雨刷膠條易磨損、易刮花擋風玻璃、損壞雨刷膠條等主要缺點，嚴重時會影響行車安全。

針對汽車機械式雨刷所存在的問題，目前已經有汽車制造企業在嘗試將戰斗機上所使用的超聲波技術運用到汽車雨刷裝置的改進中來，這里研發一種以目前的科學技術手段能夠較為輕易實現、簡單、實用的新型汽車雨刷裝置。

2 新型汽車雨刷裝置的設計理念

根據雨水在行駛中的汽車車窗玻璃上的流動軌跡和無葉風扇的工作原理構想出來的一種新的汽車雨刷裝置，我把它稱之為汽車空氣雨刷裝置。其基本原理就是在汽車發動機艙蓋上加裝一個類似無葉風扇的空氣倍增裝置和空氣增速裝置，替代了傳統的機械式雨刷。在汽車行駛過程中會受到迎風阻力，假設風阻相對于前擋風玻璃的空氣流速為S，經過新型雨刷裝置的快速空氣流Sz快速的沿前擋風玻璃吹出，使得Sz＞5S，通過快速的氣流克服風阻和雨雪的重力，從而將前擋風玻璃上的雨雪等快速的吹走[2]，其基本原理如圖1所示。

圖1 汽車空氣雨刷裝置基本原理圖

當汽車行駛速度≥30 km/h時，在汽車控制單元ECU的控制下，遮蔽罩以及出風口打開，由于風阻效應，空氣流速度增加，空氣倍增器此時以低速檔工作，空氣氣流先經過空氣倍增器加速，再進入渦流增速器內迅速提速并吸收汽車發動機散發的熱量，氣流加熱，另外當腔體內對的空氣溫度低于某一閾值，加熱器開始工作，對氣流進一步加熱，最后氣流通過狹小的出風口＞5 S1的流速沿擋風玻璃吹出，高速的熱氣流將擋風玻璃上的雨雪等迅速吹走。

當汽車行駛速度≤30 km/h時，在ECU的控制下，遮蔽罩以及出風口打開，空氣倍增器此時以高速擋工作，空氣氣流先經過空氣增速器加速，再進入渦流增速器內迅速提速并吸收汽車發動機散發的熱量，氣流加熱，另外當腔體內對的空氣溫度低于某一閾值，加熱器開始工作，對腔體內的氣流進一步加熱，最后通過出風口＞5 S1的流速沿擋風玻璃吹出，高速的熱氣流將擋風玻璃上的雨雪等迅速吹走。

該裝置在非工作狀態下，遮蔽罩以及出風口處于閉合狀態。其工作原理如圖2所示。

如果汽車空氣雨刷裝置能夠實驗通過，達到預想設計目標，它將能替代現有的機械式雨刷裝置，并能夠實現以下目標：

圖2 汽車空氣雨刷裝置工作原理圖

（1）快速不間斷地清除擋風玻璃上的雨雪，以提高雷雨風雪天氣的行車安全性。

（2）不斷以熱風吹出，防止擋風玻璃因內外溫差而形成水霧，提高行車安全性。

（3）能消除機械式雨刷所存在的缺點。

3 新型汽車雨刷裝置還有待開發

由于汽車空氣雨刷裝置目前雖然已經取得了實用新型專利（201611070043.2），但還只是初級的設計階段，暫時還未經過實驗驗證，所以還存在許多不確定因素。根據設計出來的裝置原理分析，這種新型的汽車空氣雨刷裝置會存在一些技術難點，需要進一步的研究和試驗。

這種新型的汽車空氣雨刷裝置雖然還只是處于設計階段，存在技術難點需要解決，需要大量的實驗來驗證和改進，但汽車空氣雨刷裝置的運用前景是可以期待的，成功的話它不僅能解決目前機械式雨刷所存在的缺陷、不足，更重要的是能極大的提高行車安全性。

【參考文獻】

[1]錢翼稷.空氣動力學[M].北京航天航空大學出版社,2004.

[2]陳繼文,范文利等.工程機械電動雨刮器[M].化學工業出版社,2013.