汽车雨刮器电路设计毕业设计报告书.docx
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汽车雨刮器电路设计毕业设计报告书
第一部分设计任务与调研
1、主要任务
设计一款五挡位的雨刮器电路，即0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，其中0档为空档、Ⅰ档为低速档、Ⅱ档为高速档、Ⅲ档为间歇档、Ⅳ档为喷水刮水档。
雨刷系统工作电路首先是由一个三刀五掷的开关发出控制指令，通过雨刮继电器去控制雨刮电机在不同的档位运行。
2、设计思路
本次设计的设计思路是：
根据要求，雨刮控制电路设计可分为五个档位：
①低速挡：
刮水片既能刮净雨水其自身的摆动频率又不是很快，不会影响驾驶视线。
②高速挡;刮水片加快摆动频率使其快速将雨水刮干净。
③间歇档：
间歇档是时开时歇的档位，每6秒工作一次。
④空档：
这个档位是想关闭雨刷器时使用。
⑤喷水刮水档：
喷水电机会向挡风玻璃喷出清洗液，并且雨刷以高速挡工作。
3、调研总结
对于汽车雨刷器来说，对于人们在雨中开车解决了很多麻烦和问题。
如果汽车没有雨刷器在下雨行车中，就会给司机造成非常大的危险和麻烦。
雨刷器这项技术是自动化科学中与产业部门最紧密、服务最为广泛的一个。
自从世界的第一辆汽车的制造出来，雨刷器就被聪明的人们用在了这辆汽车上。
到了现在的这个时代，雨刷器也不断的在创新往更好的方面在发展。
如今的雨刷器不仅仅用于在汽车上面了，有些人家把这项技术用与在自己家里的门窗。
对于住在比较高的楼层里的人家，在打扫外面窗户卫生的时候就非常的危险。
如果安装了这项技术在给人们打扫外面窗户时就解决了这的这项麻烦而又危险的事情，给人的安全得到了很好的保证。
雨刷器现在被汽车普遍使用，使得现代控制理论逐渐工程化、实用化；各种雨刷器元件与线路向着集成化、数字化、功能化、模块化、智能化，以便于计算机控制的方向发展；雨刷器的可靠性设计及其半自诊断技术伴随着系统功能、性能以及复杂化程度的升级而受到人们的普遍关注。
虽然，目前有关雨刷器技术的书籍出版很多，但是单从实用角度出发反映现代雨刷器技术的书籍尚不多见。
现代雨刷器的运动控制包括进给驱动、电动机驱动及位置控制。
驱动性能及位置控制系统的性能很大程度上解解决了以前的麻烦。
由于直流电动机具有良好的运行性能，特别是新型电力电子器件、脉宽调制技术的进一步发展，使得直流电动机的性能大大提高，应用越来越广泛。
而现在的新一代汽车雨刷器产品正朝着高性能、智能化、系统化以及轻量、微型化方向发展。
第二部分设计说明
1、理论分析
1.1雨刮器工作原理
雨刷器的动力来源来自雨刷电动机 ，它是整个雨刷器系统的核心。
雨刷器电动机的质量要求是相当高的。
它采用直流永磁电动机，安装在前档风玻璃上的雨刷器电动机一般与蜗轮蜗杆机械部分做成一体。
蜗轮蜗杆机构的作用是减速增扭，其输出轴带动四连杆机构，通过四连杆机构把连续的旋转运动改变为左右摆动的运动。
一般情况下在汽车组合开关手柄上有雨刷器控制旋扭，设有低速、高速、空档、间歇、喷水刮水档5个档位。
手柄顶端是洗涤器按键开关，按下开关有洗涤水喷出，配合雨刮器洗涤档风玻璃。
洗涤器系统是目前汽车上很普通的装置，它由储水箱、水泵、输水管、喷水嘴组成。
其中储水箱一般是1.5升～2升的塑料罐，水泵是一种微型电动离心泵，通过它将储水箱的洗涤水输向喷水嘴，经2～4个喷水嘴的挤压作用将洗涤水分成细小的射流喷向档风玻璃，配合雨刷器起到清洁档风玻璃的作用。
1.2雨刮器档位分析
（1）低速挡：
先打开点火开关，后扳动雨刷开关手柄到“1”档。
低速挡一般是在雨不太大时开启，这时刮水片既能刮净雨水其自身的摆动频率又不是很快，不会影响驾驶视线。
（2）高速挡：
先打开点火开关，后扳动雨刷开关手柄到“2”档。
当雨很大时，低速挡就不能把雨水刮干净，就要开到高速挡，加快刮水片的摆动频率使其快速将雨水刮干净。
（3）间歇挡：
先打开点火开关，后扳动雨刷开关手柄到“3”挡。
间歇档是时开时歇的档位，每6秒工作一次，当天下着毛毛雨的时候，低速挡和高速挡摆动频率都太快没有这么多的雨水让其刮，如果继续使用这两个档位，会使雨刮片损毁甚至会划伤挡风玻璃，所以使用间歇挡，它6秒的间隔刚好能把挡风玻璃上刚积起来的水刮掉。
（4）空档：
当雨刷开关在高速、低速、间歇三个档位中的某个档位时，扳动雨刷开关到“0”雨刷器就停止工作并复位到最初状态。
这个档位是想关闭雨刷器时使用。
（5）喷水刮水档：
先打开点火开关，后扳动雨刷开关手柄往驾驶员怀里方向拨，这时喷水电机会向挡风玻璃喷出清洗液，并且雨刷以高速挡工作。
2、设计方案
2.1雨刮器电路原理图
图1雨刮器电路原理图
2.2电路元器件参数表：
元件编号
元件名称
参数
R1
直插电阻
1K
CT1
电解电容
22uf
C1
瓷片电容
0.1uf
D1
LED发光二极管
F1
保险座
S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14、S15、S16
单刀单掷开关
J1
雨刮电机接口
Q1
雨刮继电器
表1电路元器件参数表
2.3雨刮器电路设计
（1）低速档电路
当刮水器开关拨至Ⅰ档时，开关S7的第二掷将53端子与53a端子接通，电路走向为：
熔断器F1→刮水器与洗涤器组合开关上的端子53a→刮水继电器的53S端子→刮水继电器的触点p→刮水继电器的触点n→刮水继电器的53M端子→刮水器电动机上的低速线53→刮水器电动机电枢→搭铁线31。
此时刮水器电动机低速运转，刮水片低速摆动，主要在中雨天使用。
（2）高速档电路
当刮水器开关拨至Ⅱ档时，开关S1的第一掷将53b端子与53a端子接通，电路走向为：
熔断器F1→刮水器与洗涤器组合开关上53a端子→刮水器与洗涤器组合开关上53b端子→刮水器电动机上的高速线53b→刮水器电动机电枢→搭铁线31。
此时刮水器电动机高速运转，刮水片高速摆动，主要在大雨天使用。
（3）点动档电路
当刮水器开关向前拨至停止档与Ⅰ档之间的Ⅳ档（点动档）位置不松手时，开关S8的第二掷将53端子与53a端子接通，电路走向同低速档。
此时刮水器电动机低速运转，刮水片低速摆动。
倘若一松手，刮水器开关会自动回到停止档，刮水片回到最低位置后停止摆动。
（4）复位、停机电路
将刮水器开关从低速档、高速档任一个档拨回停止档或从点动档回到停止档时，开关S9、S10的第二掷将53端子与53e端子接通。
倘若此时刮水片未回到最低位置，刮水器电动机自动复位器（在雨刷电机上）上的电源线53a与复位线53e导通。
电路走向为：
熔断器F1→自动复位器（在雨刷电机上）的53a端子→自动复位器（在雨刷电机上）的53e端子→刮水器与洗涤器组合开关上的53e端子→刮水器与洗涤器组合开关上的53端子→刮水继电器的53S端子→刮水继电器的触点p→刮水继电器的触点n→刮水继电器的53M端子→刮水器电动机上的低速线53→刮水器电动机电枢→搭铁线31。
刮水器电动机继续运转，刮水片继续摆动，直至到达最低位置。
当刮水片到达最低位置时，自动复位器（在雨刷电机上）上的复位线53e与搭铁线31导通，电动机断电而停止运转，同时刮水片停止摆动。
（5）间歇档电路
当刮水器开关由停止档向后拨至Ⅲ档时，开关S15的第三掷将J端子与53a端子接通，也就接通了刮水继电器的电路使其投入工作。
刮水继电器每隔6秒左右使继电器的线圈通电一次，使触点m与 n接通一次，刮水器电动机通电进而刮水片摆动一次，以适应车辆在小雨中行驶。
电路走向为：
熔断器F1→刮水继电器的15端子→刮水继电器的触点m→刮水继电器的触点n→刮水继电器的53M端子→刮水器电动机上的低速线53→刮水器电动机电枢→搭铁线31。
注：
当刮水器开关拨至间歇档时，每次刮水片均能回到最低位置停住，原因是当刮水器开关处于间歇档时，开关上的53端子与53e端子一直是接通状态。
（6）风挡玻璃清洗电路
当向上抬组合开关手柄时，洗涤器开关S16将53a端子与T端子接通，此时一方面清洗泵电动机的电路接通，喷头向风挡玻璃喷洒清洗液；另一方面刮水继电器的电路也接通工作，刮水器电动机运转，刮水片摆动，刷洗风挡玻璃上的灰尘。
当松开组合开关的手柄时，清洗泵便停止工作，同时刮水继电器、刮水器电动机也停止工作。
电路走向为：
熔断器F1→刮水器与洗涤器组合开关上53a端子→刮水器与洗涤器组合开关上T端子→A19。
2.4雨刮器电路主要组成原件及作用
①雨刮继电器
继电器是一种电子控制器件，它包含控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流、较低的电压去控制较大电流、较高的电压的一种“自动开关”。
故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
②雨刮电机
雨刮电机是由电机带动，通过连杆机构将电机的旋转运动转变为刮臂的往复运动，从而实现雨刮动作，一般接通电机，即可使雨刮器工作，通过选择高速低速档，可以变化电机的电流大小，从而控制电机转速进而控制刮臂速度。
汽车的雨刷器是通过雨刷器电机驱动，用电位器来控制几个档位的电机转速。
雨刷器电机后端的有封闭在同一个壳体内的小型齿轮变速器，使输出的转速降低至需要的转速。
这个装置俗称叫雨刷驱动总成。
该总成的输出轴连接雨刷端部机械装置，通过拨叉驱动和弹簧复位实现雨刷的往复摆动。
目前应用于汽车上的雨刮电动机基本上都是永磁式直流电动机，其定子磁场是由锶钙铁氧体制成的一组永久磁场，它具有结构简单、比功率大、省电、机械特性较硬等优点。
雨刮电机的功率一般是15-80W,并具有双速自动回位功能、间歇摆动功能、快速、慢速功能以及洗涤功能。
③开关
本电路使用两种开关，一种为单刀双掷开关，另一种单刀单掷开关。
单刀双掷开关由一个动端和两个不动端组成，动端就是所谓的“刀”，它应该连接电源的进线，也就是来电的一端，一般也是与开关的手柄相连的一端；另外的两端就是电源输出的两端，也就是所谓的不动端，它们是与用电设备相连的。
它的作用，一是可以控制电源向两个不同的方向输出，也就是说可以用来控制两台设备的运行，或者也可以控制同一台设备作转换运转方向使用。
在本电路中，不动端作为输入端，动端接入分别接入需要的高低电平，通过拨动开关，向动端提供高低电平信号。
单刀单掷开关由一个动端和一个不动端组成，动端就是所谓的“刀”，与单刀双掷开关相比，任意一端都可以与设备相连。
它的作用，就是控制电路的导通与截止。
④电容
电容器是一种能储存电能的元件，在电路中，当有电压加到电容器两端的时候，便对电容器充电，把电能储存在电容器中；当外加电压失去（或降低）之后，电容器将把储存的电能再放出来。
⑤电阻
电阻（通常用“R”表示），在物理学中表示导体对电流阻碍作用的大小。
导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。
不同的导体，电阻一般不同，电阻是导体本身的一种特性。
电阻将会导致电子流通量的变化，电阻越小，电子流通量越大，反之亦然。
电阻元件的电阻值大小一般与温度、材料、长度、还有横截面积有关，衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，其定义为温度每升高1℃时电阻值发生变化的百分数。
电阻的主要物理特征是变电能为热能，也可说它是一个耗能元件，电流经过它就产生内能。
电阻在电路中通常起分压、分流的作用。
对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。
⑥发光二极管
发光二级管是一种能发光的半导体电子元件。
不同材料的发光二极管可以发出不同颜色的光，林砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。
LED只能往一个方向导通（通电），叫作正向偏置（正向偏压），LED正向偏压的大小根据颜色不同而不同，一般为2V左右。
发光二极管的反向击穿电压约5伏。
它的正向工作电流一般为20mA，使用时必须串联限流电阻以控制通过发光二极管的电流。
限流电阻R可以通过计算求得。
⑦保险丝
保险丝也被称为电流保险丝，IEC127标准将它定义为"熔断体"。
当电路发生故障或异常时，伴随着电流不断升高，并且升高的电流有可能损坏电路中的某些重要器件或贵重器件，也有可能烧毁电路甚至造成火灾。
若电路中正确地安置了保险丝，那么，保险丝就会在电流异常升高到一定的高度和热度的时候，自身熔断切断电流，从而起到保护电路安全运行的作用。
第三部分设计成果
1、设计成果
2、作品特点
本电路由低速挡电路、高速挡电路、复位停机电路、间歇档电路、风档玻璃清洗电路构成：
由雨刷开关内部模拟电路，由CT1、C1组成的系统电源电路，由雨刷继电器组成的雨刷驱动电路，以及电路板和雨刷电机之间的连接电路。
电路由驾驶员拨动驾驶室里的操纵拨杆操作，操作简单方便，由驾驶员通过外部环境的观察来决定雨刮器档位的大小或者停止。
手动雨刮器电路原理简单，没有复杂的电路和元器件，电路反应速度快，故障率极低，能更好的帮助驾驶员在复杂的天气情况下安全驾驶。
第四部分结束语
从这次的毕业设计来说。
是对我们三年来的一个总结与检查。
同时也是一个补充性的学习。
也就是在这样的学习中，才更有利于我们的进步以及加快成才。
为能达到一定的标准而进行的一次整体性的提高。
从我们开始性的了解，变为了可以自己动手设计电路。
这也是这几个月来的最大进步。
在对于像我们这样的汽车电路人才。
如果只是对电路方面的相对单一的认识与了解。
那是绝对不行的。
因为在现代化的社会里。
不仅要有一定的专长。
还要对你的专长的相关性比较强的学科有一不定的了解与认识。
从而才能够满足社会的要求。
在这次对汽车雨刷器电路的设计过程中，是一个进行改装的设计思想，一个好的想法没那么容易实现。
通过查阅资料知道了在汽车雨刷器直流电机驱动主动齿轮旋转，经过调隙齿轮，再经过两级齿轮传动，带动滚珠丝杆转动，从而带动安装在滚珠丝杆螺母装置上的工作台作往复直线运动。
要设计以一个简洁的电路来进行并优化以上动作。
另一方面通过改变级数和传动比来优化系统结构，使系统在不同的使用环境下具有较高的响应速度。
总得来说，在这一次毕业设计中，加强了我的电路理解和动手能力，也更加提高了我的整体专业能力。
第五部分致谢
这三年来，在院领导和专业老师对我的谆谆教诲和帮助下，我学会了汽车电子技术及相关知识，这次设计也使自己多年来所学的理论知识和实践做到有机的组合，进一步深化巩固自己的理论知识。
同时也让我认识到汽车电子是一门很适合自己的专业，但我知道要想自己在这方面有很好的发展，就得自我不断的努力，只靠在学校所学的东西是远远不够的，所以必须在以后的工作的中不断的学习，充实自己的专业知识。
这次毕业设计的顺利完成。
离不开刁老师的帮助。
在此，我表示衷心的感谢。
尤其是指导老师对我的指导和帮助，多谢得老师的细心指导和详细的批改。
他无论在理论上还是实践中都给予我有很大的帮助，使我得到不少的提高，这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢他耐心的辅导。
另外，在这次毕业设计中，同组的同学同样给了我不少的帮助，此外我还得到很多同学的很大帮助，解决了不少的难题。
在此，我由衷的感谢他们对我的帮助。
第六部分参考文献
【1】《图解汽车零配件通用互换实用手册》.吴定才.吴珂民.化学工业出版社.2008年5月.引用28页到35页.
【2】《现代配件基础知识》.韦焕典.黄坚.化学工业出版社西安.2008年11月.引用70页到75页.
【3】《汽车电器与电子设备》.李涵武.哈市哈尔滨工业大学出版社.2008年1月.引用100页到103页.
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