(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010891442.5
(22)申请日 2020.08.30
(71)申请人 东风商用车有限公司
地址 430056 湖北省武汉市武汉经济技术
开发区东风大道10号
(72)发明人 刘湘华　舒本锋　胡占军　谭川　
东风汽车怎么样姜金元　陈吕罡　龚浩　
(74)专利代理机构 武汉开元知识产权代理有限
公司 42104
代理人 黄行军　田辉云
(51)Int.Cl.
G06F  30/15(2020.01)
G06F  30/17(2020.01)
(54)发明名称
汽车雨刮并联刮刷传动机构设计方法
(57)摘要
本发明涉及一种汽车雨刮并联刮刷传动机
构设计方法。该设计方法首先将传动机构等同成
两个曲柄摇杆机构；五个可动构件分别为AD、DF、
CF、BE和EF，固定件为构件ABC；CF为电机曲柄，长
度为a；A、B点作为固定在驾驶室本体上的两个输
出轴；AD、BE均为摇杆，长度分别为c1和c2；ADCF
为左侧曲柄摇杆机构，DF为连杆，长度为b1，AC间
距离为d1；BECF为右侧曲柄摇杆机构，EF为连杆，
长度为b2，B、C点均固定在车身上，BC间距离为
d2；AC和BC间的夹角∠ACB为α；然后利用EXCEL
自带的公式和规划求解功能，得出五个可动构件
AD、DF、CF、BE、EF的杆长组合。利用EXCEL软件内
置功能，一次性完成左右两套传动机构的设计，
同时可以保证左右两套机构的同步性，传动效率
也更高。权利要求书2页  说明书6页  附图4页CN 112035956 A 2020.12.04
C N  112035956
A
1.一种汽车雨刮并联刮刷传动机构设计方法，包括以下步骤：
(1)、将传动机构等同成两个曲柄摇杆机构；五个可动构件分别为AD、DF、CF、BE和EF，固定件为构件ABC；
CF为电机曲柄，作360°回转运动，长度为a；
构件ABC作为驾驶室本体，旋转轴C固定在车身上，C点位置在A点和B点之间；A点和B点作为固定在驾驶室本体上的两个输出轴；
AD和BE均为摇杆，长度分别为c1和c2，分别与两个刮臂刮刷总成固定在一起，作往复摆动；
ADCF为左侧曲柄摇杆机构，AD为摇杆，长度为c1，与刮刷固定在一起，作往复摆动，DF为连杆，长度为b1，A点和C点均固定在车身上，AC间距离为d1；
BECF为右侧曲柄摇杆机构，BE为摇杆，长度为c2，与刮刷固定在一起，作往复摆动，EF为连杆，长度为b2，B点和C点均固定在车身上，BC间距离为d2；
AC和BC间的夹角∠ACB为α；
(2)、利用EXCEL自带的公式和规划求解功能，在输入固定点间相对尺寸AC、BC和∠ACB，及AD、BE的目标输出角后，输出可满足实际使用要求的五个可动构件AD、DF、CF、BE、EF的杆长组合。
2.根据权利要求1所述的汽车雨刮并联刮刷传动机构设计方法，其特征在于：利用EXCEL自带的公式和规划求解具体包括以下步骤：
(a)、利用EXCEL的公式功能，将曲柄摇杆机构的设计公式输入EXCEL；由于左右刮刷对应两个曲柄摇杆机构，因此公式也要输入两遍，此时两套机构的唯一联系是曲柄长度a相同；
(b)、打开EXCEL的规划求解对话框，作如下设置：
将两个机构的最小传动角和所在的单元格设置为目标，将目标结果设置为“最大值”；
将曲柄长度a、左刮刷连杆长度b1、左刮刷摇杆长度c1、右刮刷连杆长度b2、左刮刷摇杆长度c2设置为可变单元格；
将两个刮刷的摆动角度设置为约束；
将各杆件的长度取值范围设置为约束；
将上文所述的曲柄与左右两根连杆同时共线的要求设置为约束条件，数学表达式为：左侧机构曲柄重叠共线时曲柄角位置+右侧机构曲柄拉长共线时曲柄角位置+∠ACB= 180°
（c）、点击求解按钮，即可得到最优解。
3.根据权利要求2所述的汽车雨刮并联刮刷传动机构设计方法，其特征在于：曲柄摇杆机构的设计公式为：已知曲柄AB的长度为a，连杆BC的长度为b，摇杆的长度为c，电机与摇杆旋转轴间距离为d，要求的雨刮摆角为β，则有：
不等式组
c+a<b+d
d+a<b+c
b+a<c+d
曲柄极限位置1：
曲柄极限位置2：
极限位置1时的传动角：
极限位置2时的传动角：
杆长限制：
l0≥a≥u0；l1≥c≥u1；1.5d≥b≥0.5d1。
汽车雨刮并联刮刷传动机构设计方法
技术领域
[0001]本发明涉及汽车汽车雨刮设计技术领域，尤其是涉及一种汽车雨刮并联刮刷传动机构设计方法。
背景技术
[0002]汽车雨刮是由360°连续回转的电机通过曲柄摇杆机构驱动的，曲柄装在雨刮电机轴上，当雨刮电机作360°运动时，输出轴上的摇杆带动雨刮刮刷来回摆动，在前风窗上刮扫出一个扇形区域。
[0003]如图1所示，根据曲柄摇杆机构的设计原理，可以推算出曲柄在360°内的任意位置时摇杆(刮刷)的位置。曲柄摇杆机构有两个极限位置，分别对应刮刷的停止位置和最大摆角位置。从几何上看，当曲柄1和连杆2在一条直线(共线)上时，摇杆3(刮刷)到达极限位置。共线的情况有两种，一是曲柄1和连杆2重叠，二是曲柄1和连杆2拉直。
[0004]设计时既可以选择重叠共线位置作为雨刮的停止位置，也可以选择拉直共线位置作为雨刮的停止位置。雨刮电机在供货状态(装到车上之前)，曲柄位置均在停止位置上(如图3所示)，用手是掰不动的，此时电机曲柄的角位置称为停位角。
[0005]由于大多数汽车的雨刮都有两个或三个刮刷(如图4)，因此产生各刮刷间的协调问题，也就是说，各个刮刷应同时返回停止位置。这个功能传统上是通过串联式雨刮传动机构实现的(图5)。
[0006]对于有两个或三个刮刷的汽车雨刮系统，通常采用四连杆机构串联实现。电机曲柄上只连接一个连杆，曲柄通过这个连杆带动一个刮刷作来回摆动，该刮刷又带动另一个刮刷摆动。两个刮刷间是串联关系。由于与电机曲柄相连的只有一个连杆，因此电机曲柄的停位角也只有一个，设计时根据左侧刮刷的需求设定即可。右侧刮刷串联到左侧刮刷上，不与电机发生直接联系，依靠串联机构的天然特性可以保证多个刮刷间运动的同步性，即同时启动和同时停止。这种方法设计较简单，但要求电机必须布置在车辆的一侧，以方便串联机构的布置。
[0007]出于车辆整体布置的考虑，有时需将电机布置在车辆中间，此时由于空间限制，不能采用串联机构(否则两个刮刷的连杆转起来会互相干涉)，只能采用并联机构，即电机曲柄上连接两个连杆。如上所述，曲柄与连杆共线时的位置为刮刷的停止位置，曲柄上有两个连杆，与左侧连杆共线时有一个停止位置，与右侧连杆共线时又有一个停止位置，那么电机供货时曲柄到底停在哪？如果按左侧停止位置设计，则雨刮启动时左侧刮刷向上摆动，右侧刮刷先向下再向上摆动。右侧同理。如果将停位角设为左右刮刷的中间值，则两侧刮刷均先向下再向上摆动(摆角比按一侧设计时小)。无论哪种情况。都损失了摆动角度，也就是扇形面积减小，有一部分玻璃刮不到，影响雨天行驶时的安全性。
[0008]想要解决这个问题只有一个办法，就是保证电机曲柄处在停止位置时，曲柄、左侧连杆、右侧连杆三个件共线。这样两个刮刷的运动就是同步的。
[0009]曲柄摇杆机构设计方法，根据下列的公式，可以在已知曲柄、连杆、摇杆的长度和
电机与摇杆旋转轴间距离的情况下，计算出系统的摆角、极限位置、电机停位角、最小传动角。其中传动角是表征系统传动效率的参数，越大越好(可以理解为越大越省电)。对曲柄摇杆机构，两个极限位置的传动角角中较小的一个即为最小传动角，一般要求最小传动角不小于35°。
[0010]传动角是表征机构传动效率的物理量(传动角越大，效率越高)。在实际生产中不仅要求连杆机构按指定规律运动，还要求传动效率高、运动灵活方便。如图2所示的四杆机构中，AD为固定件，AB为可36
0°连续回转的主动件，CD为在C’和C”间来回摆动的从动件，则BC与CD的夹角γ为传动角。传动角在AB旋转的过程中是连续变化的，最大值为90°(BC与CD 垂直时)。当CD从C’D向C”D的运动过程中，传动角γ先增大后减小，C’D和C”D两个位置中，传动角较小的一个位置即为最小传动角位置，此时的γ值min(γC’，γC”)即为最小传动角。[0011]最小传动角与CD的摆动角直接相关。设CD的摆动角(C’D与C”D的夹角)为β，则
[0012]
[0013]例如摆角为100°时机构可能达到的最小传动角的极限值为40°。对这种能达到极限值的传动机构，在C’D和C”D时传动角的值相同(都是40°，在C’D和C”D间的位置上，传动角均大于40°)。
[0014]此外，各杆杆长的取值范围有一定限制，如各杆长最小不可能小于杆的宽度，最大不可能大于整车的宽度等。
[0015]曲柄摇杆机构的相关设计公式：
[0016]在如图1所示的曲柄摇杆机构中，已知曲柄AB的长度为a，连杆BC的长度为b，摇杆的长度为c，
电机与摇杆旋转轴间距离为d，要求的雨刮摆角为β，则有：
[0017]
[0018]不等式组
[0019]c+a<b+d
[0020]d+a<b+c
[0021]b+a<c+d
[0022]曲柄极限位置1：
[0023]曲柄极限位置2：
[0024]极限位置1时的传动角：
[0025]极限位置2时的传动角：
[0026]杆长限制：
[0027]l0≥a≥u0；l1≥c≥u1；1.5d≥b≥0.5d1