佘翔　孔祥蒙　劉美靈

摘 要：構(gòu)建雨刮器摩擦振動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型，再利用Matlab/Simulink對(duì)其運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行仿真分析，可得到霧刮器的振動(dòng)特性結(jié)果，分析了霧刮片材料和霧刮器速度對(duì)摩擦振動(dòng)結(jié)果的影響。

關(guān)鍵詞：霧刮器；摩擦振動(dòng)；霧刮片

在冬天，車(chē)內(nèi)乘員呼出的水蒸氣遇到前擋風(fēng)玻璃就會(huì)形成濃厚的霧氣，嚴(yán)重影響駕駛員視線，存在一定的安全隱患。目前市場(chǎng)上沒(méi)有專門(mén)解決該問(wèn)題的設(shè)備和方法。作者設(shè)計(jì)制作了一款車(chē)內(nèi)霧刮器，可直接加裝在汽車(chē)前擋風(fēng)玻璃內(nèi)側(cè)，利用磁鐵的作用實(shí)現(xiàn)與汽車(chē)雨刮器的同步運(yùn)動(dòng)，起到清潔和擦拭玻璃內(nèi)表面水霧的作用。為加強(qiáng)霧刮器在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的穩(wěn)定性和持久性，需要對(duì)其振動(dòng)穩(wěn)定性展開(kāi)分析研究。

1 霧刮器振動(dòng)仿真系統(tǒng)的建立

本課題中的霧刮器運(yùn)動(dòng)形式與汽車(chē)駕駛員側(cè)雨刮器類似，因此可借鑒同濟(jì)大學(xué)汽車(chē)學(xué)院建立的雨刮器摩擦振動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)其中的結(jié)構(gòu)參數(shù)作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，再利用Matlab /Simulink對(duì)其運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行仿真分析，可得到霧刮器的振動(dòng)特性結(jié)果。

2 霧刮器振動(dòng)仿真結(jié)果及相關(guān)分析

2.1 摩擦特性仿真分析

為了了解霧刮片在運(yùn)動(dòng)中的振動(dòng)摩擦情況，將仿真環(huán)境設(shè)定為每分鐘刮刷60次，得到干燥環(huán)境下摩擦力與運(yùn)動(dòng)行程的關(guān)系如圖1所示。

可見(jiàn)，在霧刮器運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，摩擦力有明顯波動(dòng)，這是由霧刮片與擋風(fēng)玻璃發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的材料形變導(dǎo)致的。初始狀態(tài)時(shí)，二者之間為粘彈性接觸，摩擦力為零；當(dāng)霧刮器受力開(kāi)始運(yùn)動(dòng)后，霧刮片發(fā)生形變，與擋風(fēng)玻璃的接觸面積逐漸增大，直至達(dá)到最大靜摩擦力；此后，霧刮片與玻璃之間的黏著變形達(dá)到極限，進(jìn)而發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，摩擦力下降；隨后，霧刮片同擋風(fēng)玻璃間又會(huì)出現(xiàn)黏著。因此，在霧刮器的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，霧刮片與玻璃之間為粘-滑摩擦振動(dòng)關(guān)系，其振動(dòng)頻率也就是圖1中的波動(dòng)頻率。

在霧刮器的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，這種粘-滑摩擦振動(dòng)現(xiàn)象對(duì)除霧效果是非常不利的，由粘-滑摩擦振動(dòng)相關(guān)理論可知，可通過(guò)兩種方式降低這種不利現(xiàn)象。一是盡量選取動(dòng)摩擦因數(shù)和靜摩擦因數(shù)差別較小的材料作為霧刮片材料；二是在一定范圍內(nèi)提高霧刮器的運(yùn)行速度。

2.2 霧刮片材料對(duì)摩擦振動(dòng)結(jié)果的影響

為了更加深入分析霧刮片材料對(duì)摩擦振動(dòng)結(jié)果的影響，本課題分別選取市場(chǎng)上某天然橡膠、合成橡膠和高吸水性樹(shù)脂作為霧刮片材料，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)后得到摩擦力與運(yùn)動(dòng)行程之間的關(guān)系如圖2所示。

可見(jiàn)，不同材料對(duì)摩擦振動(dòng)結(jié)果有明顯的影響：選取天然橡膠和合成橡膠的霧刮片平均摩擦力分別為3.82N和2.23N，同時(shí)粘-滑摩擦振動(dòng)幅度較大；而選取樹(shù)脂材料的霧刮片平均摩擦力僅為1.12N，且粘-滑摩擦振動(dòng)幅度明顯較小，有利于霧刮器的正常使用。此外，由于車(chē)內(nèi)霧刮片的作用不是刮水，而是吸水，因此選擇高吸水性樹(shù)脂是非常合適的。

2.3 霧刮器速度對(duì)摩擦振動(dòng)結(jié)果的影響

本課題中霧刮器的運(yùn)動(dòng)速度是由雨刮器的運(yùn)動(dòng)速度決定的，在仿真試驗(yàn)中，將霧刮器的速度分別設(shè)定為每分鐘60次和80次，得到結(jié)果如圖3所示。

可見(jiàn)，在不同的運(yùn)行速度下，其平均摩擦力有明顯差別，速度越高，平均摩擦力越大；波動(dòng)頻率方面，速度越高，頻率越低；而波動(dòng)幅度方面，速度越高，幅度越小?？梢?jiàn)，適當(dāng)?shù)脑龃筮\(yùn)行速度有利于霧刮器的正常使用，而這也與上文中提到的結(jié)論相吻合。

3 結(jié)束語(yǔ)

在霧刮器的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，霧刮片與玻璃之間為粘-滑摩擦振動(dòng)關(guān)系，而這種現(xiàn)象對(duì)除霧工作是非常不利的。不同材料對(duì)摩擦振動(dòng)結(jié)果有明顯的影響，選擇高吸水性樹(shù)脂作為霧刮片材料相對(duì)天然橡膠和合成橡膠的霧刮片而言摩擦振動(dòng)幅度明顯較小，且其強(qiáng)吸水性能也更符合霧刮器的工作要求。適當(dāng)?shù)脑龃筮\(yùn)行速度有利于降低雨刮器的摩擦振動(dòng)幅度，提高霧刮器的使用效果。

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作者簡(jiǎn)介：佘翔（1989-），男，漢族，安徽宣城，浙江經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，助教，碩士研究生，汽車(chē)運(yùn)用工程。

孔祥蒙，男，漢族，浙江經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院。

劉美靈（1972-），女，漢族，江西永新，浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，副教授，碩士研究生，汽車(chē)電子控制技術(shù)。