汽車風窗雨刮系統調速方案分析

陳善球

摘要：通過對風窗雨刮系統工作特性進行分析，建立雨刮電機數學模型，估算雨刮系統負載，分析電機轉速影響要素，為汽車風窗雨刮系統設計過程中雨刮電機調速方案選擇提供參考。

關鍵詞：影響要素;調速;雨刮電機

0 ?引言

風窗雨刮系統是汽車的輔助系統之一，其作用是將擋風玻璃上的灰塵、雨、霧、雪及污漬等障礙物及時清除干凈，使駕駛員在行車過程中具有清晰視線和足夠視野，保證駕駛安全。雨天行車過程中，雨刮器的運動速度需與雨量大小匹配，確保擋風玻璃的水珠是否能夠及時掃除，保證駕駛員視線清晰;同時，雨刮片的左右擺動頻率應減少對駕駛員視線的干擾，因此，電機的調速控制是汽車風窗雨刮系統設計過程中的核心要素。

1 ?電機數學模型建立與分析

汽車風窗雨刮系統通常包含雨刮電機、減速機構、四連桿機構及雨刮器等，雨刮電機是系統的動力源，減速機構將電機輸出的動力實行減速增扭作用，四連桿機構則將雨刮電機的旋轉運動轉換為左右擺動運動，雨刮器是系統執行機構，通過左右刮刷運動，確保汽車擋風玻璃的視線清晰度。系統方框圖如圖1所示。

對比式（13）和（14）可知，將雨刮電機從低速檔調到高速檔時，系統串聯的電阻減少，即等效線圈數量下降;再根據式（3），系統的反電動勢減少（反電動勢具體大小值跟電樞繞組數及串并聯方案相關），因為電樞電源電壓基本保持不變，式（3）中的電樞壓降與反電動勢之和小于電源電壓，此時，只有提高反電動勢的值，才能重新讓系統電壓處于新的平衡狀態，根據式（2）可知，反電動勢與電樞轉速n成正比，因此電機電樞轉速提升，雨刷執行部件在新的平衡狀態以高速檔運動。

以前面估算的雨刮電機參數為例，在電阻調速法中對電機轉速隨電樞串聯的電阻變化情況進行分析，假設已知T=0.1344N·m，Ua=12V，Ia1=2.5V，在Matlab中繪制電樞電阻在0-5Ω范圍內電樞轉速的變化趨勢曲線如圖4所示。

3.2 電樞電壓調速法

根據（6）式可知，當電樞的電阻值、電樞電流及電樞電磁轉矩大小恒定時，電樞轉速與電樞端電壓大小成正比。因此，可通過改變電樞正、負端之間端電壓實現調速功能，以前面估算的雨刮電機參數為例，在電樞電壓調速法中對電機轉速隨電樞電壓變化情況進行分析，假設已知T=0.1344N.m，Ra總=12V，Ia=2.5V，i=25，在Matlab中繪制電樞電壓在6-14V范圍內電樞轉速的變化趨勢曲線如圖5所示。

3.3 勵磁電流調速法

4 ?小結

汽車風窗雨刮系統電機調速方案選擇直接決定雨天行車雨刮器擺動頻率與雨量大小匹配程度，影響惡劣天氣的駕駛視線清晰度，影響行車安全。從以上分析可知，電機電樞正、負級間串聯的電阻值大小、電樞工作電壓值、定子勵磁線圈勵磁電流大小是影響雨刮電機轉速的重要因素。

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