CN104709241B - 节能型超声波隐形汽车雨刷系统 - Google Patents

节能型超声波隐形汽车雨刷系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种节能型超声波隐形汽车雨刷系统，包括分别设置在汽车挡风玻璃两侧的超声波发射装置和超声波接收装置；超声波发射装置对正弦波信号进行放大后输出到超声波发射换能器驱动超声波发射换能器发出超声波，在整个挡风玻璃上产生超声行波，超声波接收装置接收超声波发射换能器发送过来的超声波，将声信号转变为电信号经电能消耗装置消耗掉电功率；或者通过充电电路与超声波发射装置的电源连接，超声波接收换能器将声信号转换为电信号后为汽车电源充电，即回收一部分电能，可以节约一部分能量；超声波发射换能器把输入的电能转换为机械振动动能(即超声波)沿挡风玻璃传递出去，超声波使挡风玻璃产生微振动，既可以清除雨水、污泥等杂质，也可以防止灰尘等污物附着在挡风玻璃上；系统具有结构简单、便于操作、性能稳定、清洁范围大、可以把发射和接收超声波发射换能器隐藏在汽车两边的A柱内，起到隐形的效果，不遮挡驾驶员的视线等优点。

Description

节能型超声波隐形汽车雨刷系统
技术领域
本发明属于汽车领域，涉及一种高频电子设备，尤其涉及一种节能型超声波隐形汽车雨刷系统。
背景技术
随着现代科学技术的飞速发展，在工业生产和社会生活的众多领域中，设计师越来越从人性化的角度出发设计产品，人们不仅追求产品的实用价值，而且更加注重它的视觉效果及整体设计的流线性。空气动力学是提升车辆性能的关键因素，无论讨论的是车辆能跑多快抑或是多省油，这也是为什么汽车制造厂商持续花重金让产品更流线以减少缝隙、发展动态空力辅助设备、甚至给设计做减法。而使用超声波雨刷代替传统橡胶雨刷正是减少了橡胶雨刷的骨架风阻，这对于追求极致性能的汽车制造商来说很有意义。
现有的传统橡胶雨刷是汽车历史上最悠久的零件，起初为手动装置，虽然后来改用电动马达取代了人力，又引入了能够通过雨量传感器自动启动的雨刮器。但这一装置的基本原理从未改变过，即用金属支架带动橡胶刷抹去挡风玻璃上的雨雪和杂质。一般来说普遍存在以下几点问题：如果电机损坏，雨刷不动或摆动无力；如果使用时间过长，刷杆变形或转动部位锈蚀，从而造成异响或因压力不均造成刷雨不均；如果刷片老化或过脏，会造成刷水不净或遗留痕迹；如果刷片软钢条出头，造成玻璃被刮花；在雨雪天机械橡胶雨刷工作时会遮挡驾驶员的视线。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种结构、性能稳定的节能型超声波隐形汽车雨刷系统，避免了传统雨刷影响视觉，对车辆行驶造成的阻力，且容易损坏的问题。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
节能型超声波隐形汽车雨刷系统，包括分别设置在汽车挡风玻璃两侧的超声波发射装置和超声波接收装置；
所述超声波发射装置包括电源，双输出正、负DC-DC转换电路，正弦波信号发生器，甲乙类推挽功率放大器和超声波发射换能器，所述双输出正、负DC-DC转换电路由控制电路产生的PWM脉冲信号经驱动电路放大后输入到双输出正、负DC-DC转换电路的N沟道MOSFET管进行开关控制产生正、负电压，所述甲乙类推挽功率放大器由正弦波信号发生器输入正弦波信号，对正弦波信号进行放大后输出到超声波发射换能器驱动超声波发射换能器发出超声波；
所述超声波接收装置包括超声波接收换能器和与超声波接收换能器连接的电能消耗装置，将超声波接收换能器接收超声波发射换能器发送过来的超声波，将声信号转变为电信号经电能消耗装置消耗掉换电功率；或者超声波接收换能器通过充电电路与超声波发射装置的电源，超声波接收换能器将声信号转换为电信号后为电源充电。
进一步，所述充电电路包括与超声波接收换能器依次连接的变压器、整流桥和三极管放大电路，超声波接收换能器转换后的电信号输入到变压器降压后经过整流桥整流，再到三极管放大电路放大充电到电源上。
进一步，所述电能消耗装置由与超声波接收换能器并联的电感和电阻构成。
进一步，所述正弦波信号发生器采用ICL8038芯片。
进一步，所述甲乙类推挽功率放大器采用变压器耦合放大器。
进一步，所述超声波发射装置和超声波接收装置分别设置在汽车挡风玻璃的上方和下方，或者分别设置在汽车挡风玻璃的左方和右方。
本发明的节能型超声波隐形汽车雨刷系统，包括分别超设置在汽车挡风玻璃两侧的超声波发射装置和超声波接收装置，是一种虚拟雨刷系统，换能器把输入的电功率转换为机械功率(即超声波)传递出去，超声波使挡风玻璃产生微振动，从而清除雨水、污泥等杂质。系统结构简单、便于操作、性能稳定、清洁范围大、不阻碍视线等优点，不仅能提高能见度，还能避免寒冷天气下传统雨刷和玻璃冻结在一起的问题，既可以减轻雨刷马达重量，也可以减少雨刷骨架风阻，减少空气阻力。
超声波使挡风玻璃产生微振动，而超声波的振动是微米级的，人的肉眼无法观测到不影响视觉保证了驾驶安全，挡风玻璃的另一侧装有超声波接收换能器，将传递过来的超声波转换为电信号经电能消耗装置消耗掉换电功率，或者通过充电电路与超声波发射装置的电源回收电能，降低能耗。
附图说明
图1为本发明节能型超声波隐形汽车雨刷系统的横向安装方式示意图；
图2为本发明节能型超声波隐形汽车雨刷系统的纵向安装方式一示意图；
图3为本发明节能型超声波隐形汽车雨刷系统的纵向安装方式二示意图；
图4为本发明中超声波发射装置的原理框图；
图5为本发明中超声波发射装置的电路原理图；
图6为本发明中超声波接收装置的电路原理图；
图7为本发明中接收换能器的等效电路图；
图8为本发明中充电电路的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明，本发明不局限于一种实施方式。
本发明的节能型超声波隐形汽车雨刷系统包括分别设置在汽车挡风玻璃两侧的超声波发射装置和超声波接收装置；所述超声波发射装置包括电源，双输出正、负DC-DC转换电路，正弦波信号发生器，甲乙类推挽功率放大器和超声波发射换能器，所述双输出正、负DC-DC转换电路由控制电路产生的PWM脉冲信号经驱动电路放大后输入到双输出正、负DC-DC转换电路的N沟道MOSFET管进行开关控制产生正、负电压，所述甲乙类推挽功率放大器由正弦波信号发生器输入正弦波信号，对正弦波信号进行放大后输出到超声波发射换能器驱动超声波发射换能器发出超声行波；所述超声波接收装置包括超声波接收换能器和与超声波接收换能器连接的电能消耗装置，将超声波接收换能器接收超声波发射换能器发送过来的超声波，将声信号转变为电信号经电能消耗装置消耗掉换电功率；或者超声波接收换能器通过充电电路与超声波发射装置的电源，超声波接收换能器将声信号转换为电信号后为电源充电。
实施例1
如图1所示，本实施例在汽车引擎盖下方，接近前挡风玻璃位置的司机一侧设有超声波发射装置包括蓄电池1，发射装置电子舱2和超声波发射换能器201，蓄电池1通过电线与汽车前挡风玻璃上的超声波发射换能器连接201，蓄电池为整个超声波发射装置供电，使超声波发射换能器发出超声行波，这时挡风玻璃开始微振动，另一侧设置超声波接收换能器，包括接收装置电子舱3和超声波接收换能器301，通过超声波接收换能器301接收发送过来的超声波。在整个挡风玻璃面上产生从超声波发射换能器201一侧到另一侧超声波接收换能器301的超声行波。超声波接收装置设置在汽车引擎盖下方的副驾驶一侧，接收装置电子舱3通过电线与前挡风玻璃副驾驶一侧的超声波接收换能器301相连接，除超声波发射、接收换能器外，其他装置均安装在发射装置电子舱2和接收装置电子舱3中。
如图4给出了本发明超声波发射装置的原理框图，蓄电池为整个系统提供直流电压源，直流电压经过DC-DC变换器开关电源的转换输出正、负直流电压，正、负电压连接到甲乙类(AB类)推挽功率放大器，甲乙类(AB类)推挽功率放大器由正弦波信号发生器产生的交流信号提供输入信号对其进行放大。放大后的交流正弦波信号的电功率由超声波发射换能器转换为机械功率(即超声波)发射出去。
本发明在汽车挡风玻璃的一侧装有超声波发射换能器，将超声波发射装置输出的电功率转换成机械功率(即超声波)传递出去，是玻璃产生微振动，而超声波的振动是微米级的，人的肉眼无法观测到，挡风玻璃的另一侧装有超声波接收换能器，将传递过来的超声波转换为电信号。
本发明的超声波发射装置主要由蓄电池、双输出正负DC-DC变换器、甲乙类(AB类)推挽功率放大器，正弦波信号发生器及换能器组成。而双输出正负DC-DC变换器由控制电路、驱动电路、开关电源三部分组成。
图5给出了本发明的超声波发射装置具体电路原理图，控制电路采用SG3525(PWM控制芯片)芯片，引脚1通过电容C13接地，引脚2通过电阻R8接地，引脚9通过电阻R10和电容C13接地，引脚5和引脚7通过电容C14～电容C16接地，引脚6通过电阻R11接地，引脚12接地，引脚16通过电阻R8、R9接地，引脚10通过电阻R12接地，引脚8通过电容C17接地，引脚13和15接电压源VCC，电压源VCC通过电容C12接地，引脚11输出PWM脉冲信号通过电阻R7接驱动电路IR2110芯片输入端引脚12。驱动电路IR2110芯片引脚11～引脚13和引脚2接地，引脚3和引脚9接电压源VCC，引脚3通过电解电容C2并联C3接地，引脚5和引脚6通过电容C1相连，引脚6通过二极管D1和电解电容C2和C3的并联接地，引脚5接N沟道MOS管源极，引脚1通过电阻R1接N沟道MOS管栅极，引脚7通过电阻R2接N沟道MOS管源极，N沟道MOS管漏极通过电感接电压源VCC，N沟道MOS管漏极通过二极管D2和电阻R3、R4、电解电容C4～C6、电容C7的并联接地，N沟道MOS管源极接地和电阻R5、R6、电解电容C8～C10、电容C11的并联正弦波发生电路采用ICL8038芯片，引脚7和引脚8相连，引脚5通过电阻R13接电压源VCC，引脚4通过电阻R14接电压源VCC，引脚1接滑动变阻器R18的滑片，引脚10通过电容C18、C19的并联和滑动变阻器R15、电阻R16接电压源VCC，引脚10通过电容C18、C19的并联和电阻R17、滑动变阻器R18接电压源VCC，引脚12接滑动变阻器R15的滑片，引脚2通过电阻R20接甲乙类(AB类)推挽放大电路变压器TF1初级线圈的正极，引脚2通过电阻R19接地，变压器TF1初级线圈的负极接地，甲乙类(AB类)推挽放大电路的NPN型三极管基极Q1通过电容C7接地，PNP型晶体管Q2基极通过电容C11接地，变压器TF1的次级线圈正极接NPN型晶体管Q1基极，变压器TF1次级线圈负极接PNP型晶体管Q2基极，变压器TF1的次级中心抽头通过可变电阻R22接地，变压器TF1的次级中心抽头通过电阻R21和电池接地，变压器TF1的次级中心抽头通过可变电阻R22和电阻R24接PNP型晶体管Q2的发射极，NPN型晶体管Q1发射极通过电阻R23和电阻R24接PNP型晶体管Q2的发射极，NPN型晶体管Q1的集电极接变压器TF2初级线圈的正极，变压器TF1的次级中心抽头通过电阻R21接变压器TF2的初级中心抽头，PNP型晶体管Q2的集电极接变压器TF2初级线圈的负极，变压器TF2次级接换能器压电陶瓷片Y1的两端。图中所有的VCC接蓄电池的正极，蓄电池负极接地。
同时，还公开了一种超声波接收装置，接收系统较为简单，由换能器、电感、电阻并联构成。如图6所示，接收换能器Y1与电感L1和电阻R1相互并联相接。
如图7所示，为接收换能器的等效电路图，换能器等效为电容C1与r1联相接。
实施例2
如图2所示，本实施例在汽车引擎盖下方，接近前挡风玻璃位置的司机一侧设有蓄电池和超声波发射装置，通过电线与汽车前挡风玻璃上方的的超声波发射换能器连接，蓄电池为整个超声波发射装置提供电压源，使超声波发射换能器发出沿前挡风玻璃斜向下的超声行波(在汽车静止或低速时，与雨雪的重力共同作用，加快雨雪的清除速度)，这时挡风玻璃开始微振动，而前挡风玻璃下方装有超声波接收换能器接收发送过来的超声波。超声波接收装置设置在汽车引擎盖下方的副驾驶一侧，通过电线与前挡风玻璃下方的超声波接收换能器相连接。其超声波发射装置和超声波接收装置的零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。本实施例适用于汽车静止或车速较低的情况下工作，一般车速小于40km/h。
实施例3
如图3所示，本实施例在汽车引擎盖下方，接近前挡风玻璃位置的司机一侧设有蓄电池和超声波发射装置，通过电线与汽车前挡风玻璃下方的的超声波发射换能器连接，蓄电池为整个超声波发射装置供电，使超声波发射换能器发出沿前挡风玻璃斜向上的超声行波(在汽车高速行驶时，与汽车迎面吹来的风共同作用，加快雨雪的清除速度)，这时挡风玻璃开始微振动，安装在前挡风玻璃上方的超声波接收换能器接收发送过来的超声波。超声波接收装置设置在汽车引擎盖下方的副驾驶一侧，通过电线与前挡风玻璃上方的超声波接收换能器相连接。其超声波发射装置和超声波接收装置的零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。本实施例适用于车速较高的情况下工作，一般大于40km/h。
实施例4
超声波发射装置的零部件与前几实施例相同，其接收系统由换能器通过充电电路连接到超声波发射装置的蓄电池上,换能器将声信号转换为电信号后为超声波发射装置的蓄电池充电，是能量回收利用，达到节能的作用，环保便捷。充电电路如图8所示，换能器转换后的电信号输入到变压器T1降压后经过整流桥VD1-VD4的整流，再到两个三极管Q1、Q2的放大，充电到蓄电池上。
本发明的具体工作过程描述如下：
蓄电池为超声波发射装置提供电压源，接通电压源后，超声波发射装置中的控制电路产生PWM脉冲信号，PWM脉冲信号输入到驱动电路的输入端，驱动电路对PWM脉冲信号进行放大，放大后的PWM脉冲信号用于驱动N沟道MOSFET管，对其进行闭合和断开的操作，实现DC-DC变换器的开关控制，从而DC-DC变换电路输出正、负电压，DC-DC变换电路得到的正负电压作为甲乙类(AB类)推挽功率放大器两个晶体管的基极偏置电压，甲乙类(AB类)放大器的输入端接入正弦波信号发生器输出的正弦波信号，根据信号的正、负半周期，两个晶体管交替对正弦波信号进行放大，放大后的正弦波信号连接挡风玻璃一侧换能器两端，换能器把输入的电功率转换为机械功率(即超声波)传递出去，超声波使挡风玻璃产生微振动，从而清除雨水、污泥等任何形式的杂质。超声波通过挡风玻璃传递到另一侧的接收换能器，接收换能器将声信号转换为电信号输出到负载的电阻和电感，使其负载消耗掉电功率或换能器将声信号转换为电信号后为超声波发射装置的蓄电池充电，对能量回收利用。

Claims (5)

1.节能型超声波隐形汽车雨刷系统，其特征在于：包括分别设置在汽车挡风玻璃两侧的超声波发射装置和超声波接收装置；
所述超声波发射装置包括电源，双输出正、负DC-DC转换电路，正弦波信号发生器，甲乙类推挽功率放大器和超声波发射换能器，所述双输出正、负DC-DC转换电路由控制电路产生的PWM脉冲信号经驱动电路放大后输入到双输出正、负DC-DC转换电路的N沟道MOSFET管进行开关控制产生正、负电压，所述甲乙类推挽功率放大器由正弦波信号发生器输入正弦波信号，对正弦波信号进行放大后输出到超声波发射换能器驱动超声波发射换能器发出超声波；
所述超声波接收装置包括超声波接收换能器和与超声波接收换能器连接的电能消耗装置，将超声波接收换能器接收超声波发射换能器发送过来的超声波，将声信号转变为电信号经电能消耗装置消耗掉换电功率；或者超声波接收换能器通过充电电路与超声波发射装置的电源连接，超声波接收换能器将声波振动动能转换为电能后为电源充电；
所述充电电路包括与超声波接收换能器依次连接的变压器、整流桥和三极管放大电路，超声波接收换能器转换后的电信号输入到变压器降压后经过整流桥整流，再到三极管放大电路放大充电到电源上；
所述电能消耗装置由均与超声波接收换能器并联的电感和电阻构成。
2.根据权利要求1所述的节能型超声波隐形汽车雨刷系统，其特征在于：所述正弦波信号发生器采用ICL8038芯片。
3.根据权利要求1所述的节能型超声波隐形汽车雨刷系统，其特征在于：所述甲乙类推挽功率放大器采用变压器耦合放大器。
4.根据权利要求1所述的节能型超声波隐形汽车雨刷系统，其特征在于：所述超声波发射装置和超声波接收装置分别设置在汽车挡风玻璃的上方和下方，或者分别设置在汽车挡风玻璃的左方和右方。
5.根据权利要求1所述的节能型超声波隐形汽车雨刷系统，其特征在于：所述电源采用蓄电池。
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