CN112977340A - 用于机动车辆的加热式雨刮器 - Google Patents

Abstract

本公开提供了“用于机动车辆的加热式雨刮器”。本公开详述了机动车辆的雨刮器系统以及用于加热所述雨刮器系统的雨刮器叶片的相关联的方法。在示例性实施例中，一种雨刮器的雨刮器叶片可以包括梁叶片部分、尖端部分和加热器元件。所述梁叶片部分、所述尖端部分和所述加热器元件中的每一个可以包括不同的材料成分。例如，所述加热器元件的所述材料成分可以包括导热聚合物。所述叶片的温度可以通过调整通过所述导热聚合物加热器元件的电流来进行调节。

Description

用于机动车辆的加热式雨刮器

技术领域

本公开涉及用于机动车辆的雨刮器系统，并且更具体地涉及包括加热式雨刮器叶片的雨刮器系统。

背景技术

机动车辆包括雨刮器，所述雨刮器被配置为从车辆的挡风玻璃或者其他玻璃表面上去除雨、雪、冰和其他碎屑。除了雨刮器之外，一些车辆包括被配置为减少冰和雪在挡风玻璃上的积聚的特征件。例如，大多数车辆包括挡风玻璃除霜器和挡风玻璃清洗器喷嘴，其被配置为将挡风玻璃清洗液喷洒在挡风玻璃上。加热式挡风玻璃雨刮器也是已知的，但是它们通常不是标准车辆特征件。相反，它们更常见地作为售后配件出售。

发明内容

根据本公开的一个示例性方面的一种用于机动车辆的雨刮器除了其他之外包括叶片，所述叶片包括梁叶片(beam blade)部分、尖端部分和加热器元件。所述梁叶片部分、所述尖端部分和所述加热器元件中的每一个包括不同的材料成分。

在前述雨刮器的另外的非限制性实施例中，所述梁叶片部分连接到梁。

在前述雨刮器中任一个的另外的非限制性实施例中，盖连接到所述梁，并且电源线布设在所述盖和所述梁之间。

在前述雨刮器中任一个的另外的非限制性实施例中，所述加热器元件是导电聚合物加热器元件。

在前述雨刮器中任一个的另外的非限制性实施例中，所述导电聚合物加热器元件包括导电热塑性聚氨酯(TPU)。

在前述雨刮器中任一个的另外的非限制性实施例中，控制模块被配置为通过调整通过所述导电聚合物加热器元件的电流来调节所述叶片的温度。

在前述雨刮器中任一个的另外的非限制性实施例中，所述梁叶片部分的第一材料成分包括乙烯丙烯二烯单体(EPDM)橡胶，并且所述尖端部分的第二材料成分包括由高纵横比膨胀石墨改性的EPDM橡胶。

在前述雨刮器中任一个的另外的非限制性实施例中，所述加热器元件的第三材料成分包括导电热塑性聚氨酯(TPU)。

在前述雨刮器中任一个的另外的非限制性实施例中，所述加热器元件的第一部分连接到所述梁叶片部分，并且所述加热器元件的第二部分在所述尖端部分内部延伸。

在前述雨刮器中任一个的另外的非限制性实施例中，传感器系统被配置为监测与所述叶片相关联的温度；并且控制模块被配置为基于所述温度来调整通过所述加热器元件的电流。

在前述雨刮器中任一个的另外的非限制性实施例中，所述雨刮器是挡风玻璃雨刮器。

在前述雨刮器中任一个的另外的非限制性实施例中，所述叶片没有金属基材料。

根据本公开的另一个示例性方面的一种方法除了其他之外包括用导电聚合物加热器元件加热车辆雨刮器系统的雨刮器的叶片。

在前述方法的另外的非限制性实施例中，所述方法包括基于与所述叶片相关联的温度来调整通过所述导电加热器元件的电流的流动。

在前述方法中任一个的另外的非限制性实施例中，所述电流的所述流动与存储在所述车辆雨刮器系统的控制模块的存储器中的第一查找表内的环境温度相关。

在前述方法中任一个的另外的非限制性实施例中，所述方法包括基于自开始加热所述叶片已经过去的时间量减少通过所述导电加热器元件的所述电流的所述流动。

在前述方法中任一个的另外的非限制性实施例中，所述电流的所述流动与存储在所述存储器内的第二查找表内的自开始加热所述叶片已经过去的所述时间量相关。

在前述方法中任一个的另外的非限制性实施例中，加热所述叶片包括当所述叶片的温度在目标温度范围之外时，向所述导电聚合物加热器元件提供第一电力量。

在前述方法中任一个的另外的非限制性实施例中，加热所述叶片包括当所述叶片的所述温度达到所述目标温度范围的上限阈值时，向所述导电聚合物加热器元件提供第二电力量。

在前述方法中任一个的另外的非限制性实施例中，加热所述叶片包括当所述叶片的所述温度达到所述目标温度范围的下限阈值时，向所述导电聚合物加热器元件提供第三电力量。

前述段落、权利要求或以下描述和附图的实施例、示例和替代方案(包括它们的各个方面或相应的单独特征中的任一者)可独立地或以任何组合采用。结合一个实施例描述的特征适用于所有实施例，除非此类特征是不兼容的。

根据以下具体实施方式，本公开的各种特征和优点对于本领域技术人员将变得明显。随附于具体实施方式的附图可简要地描述如下。

附图说明

图1是配备有雨刮器系统的机动车辆的局部前视图。

图2示出了用于机动车辆的示例性雨刮器系统。

图3是穿过图2的截面3-3的横截面视图。

图4是穿过图2的截面4-4的横截面视图。

图5是示例性雨刮器系统的框图。

图6示意性地示出了用于加热雨刮器系统的雨刮器叶片的示例性方法。

具体实施方式

本公开详述了机动车辆的雨刮器系统以及用于加热所述雨刮器系统的雨刮器叶片的相关联的方法。在示例性实施例中，一种雨刮器的雨刮器叶片可以包括梁叶片部分、尖端部分和加热器元件。所述梁叶片部分、所述尖端部分和所述加热器元件中的每一个可以包括不同的材料成分。例如，所述加热器元件的所述材料成分可以包括导热聚合物。所述叶片的温度可以通过调整通过所述导热聚合物加热器元件的电流来进行调节。下文更详细地描述了本公开的这些和其他特征。

图1示意性地示出车辆10。车辆10可以是轿车、卡车、货车、运动型多用途车或任何其他类型的车辆。车辆10也可为常规的内燃发动机驱动的车辆、牵引电池驱动的混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)等。

尽管在本公开的附图中示出了特定部件关系，但这些图示并不意图限制本公开。车辆10的各种部件的布局和取向被示意性地示出并且可以在本公开的范围内变化。此外，本公开所附的各种附图不一定按比例绘制，并且一些特征可能被放大或最小化以强调特定部件的某些细节。

车辆10包括雨刮器系统12。雨刮器系统12能够刮去可能积聚在车辆10的挡风玻璃14或任何其他外部玻璃表面/车窗上的降水(precipitation)(例如，雨、雪、冰和/或其他碎屑)。挡风玻璃14可以是车辆10的前挡风玻璃或后挡风玻璃。雨刮器系统12可以是单臂式、双联式、双对刮式(opposed dual)或任何其他类型的雨刮器系统。因此，雨刮器系统12可以包括被配置为相对于挡风玻璃14移动的一个或多个雨刮器16。

在本公开中，雨刮器16是加热式雨刮器，这意味着它们被配置为经加热以去除在雨刮器16附近的雪和冰，这有助于在恶劣天气条件下清理挡风玻璃14。雨刮器16可以电联接到控制模块18，控制模块18进而可以电联接到电源20。尽管示意性地图示为单个控制器，但是控制模块18可以是车辆控制系统的一部分，所述车辆控制系统包括用于与车辆10的各种部件对接和命令车辆10的各种部件的操作的多个另外的控制模块。在一个实施例中，控制模块18是车辆10的车身控制模块(BCM)的一部分。

电源20可以是雨刮器系统12的专用电池，车辆10的低压电池(例如，12V电池)，车辆10的高压牵引电池等。虽然控制模块18和电源20被单独示出，但是在一些实施例中，这些部件可以集成至组合单元中。

在图1中示出并且在前面段落中描述的雨刮器系统12仅是挡风玻璃雨刮器如何被配置并且被布置用于从挡风玻璃14刮拭降水的一个示例。本领域的普通技术人员将理解，其他雨刮器配置和布置是可能的。因此，应当理解，图1的具体的雨刮器布置不旨在限制本公开。

图2示意性地示出了图1的雨刮器系统12的选定部分。特别地，为了简单起见和便于参考，图2示出了雨刮器16中的一个、控制模块18和电源20，而未示出车辆10的其余部分。就雨刮器系统12包括一个以上的雨刮器而言，可以以与图2的雨刮器16基本上相同的方式布置另外的雨刮器。

雨刮器16跨越长度L并且具有基本上跨越整个长度L的叶片22。叶片22可以包括由梁26支撑的梁叶片部分24(见图3)。梁叶片部分24和梁26也可以基本上跨越整个长度L。

梁叶片部分24用作叶片22的基座，并且可以由多种材料制成。在一个实施例中，梁叶片部分24由相对坚硬的硅橡胶，诸如乙烯丙烯二烯单体(EPDM)橡胶、天然橡胶或合成橡胶制成。梁叶片部分24的材料在一个实施例中可以具有高于约60的肖氏A硬度，或在其他实施例中在约80至约90的范围内。在本公开中，术语“约”表示所表达的量或范围不需要是精确的，而是可为近似的和/或更大或更小，从而反映可接受的公差、转换因子、测量误差等。

梁26可以是由多种材料制成的弯曲梁。在一个实施例中，梁26由钢制成。在一个实施例中，梁26由不锈钢制成。

梁26可以由盖28覆盖。可以由一个或多个零件组成的盖28可以卡扣至梁26上并且可以向雨刮器16提供吸引人的外观。盖28可以成形为当车辆10以相对高的速度操作时减小空气动力风升力。切口32可以设置在盖28的中点附近以用于容纳附接件34，诸如被配置为将雨刮器16附接到雨刮器臂(未示出)的枢转臂。

电源线30(在图2中以虚线部分地示出)可以布设在梁26和盖28之间的空间内。电源线30可以沿着雨刮器16的长度L延伸并且被配置为当由控制模块18激活时，从电源20向叶片22供电，从而加热叶片22。端盖36、38可以附接在盖28的相对端处，以用于将电源线30隐藏在雨刮器16内。

图3示出了雨刮器16的示例性布置，并且进一步提供了雨刮器16的叶片22的细节。除了梁叶片部分24之外，叶片22还可以包括尖端部分40和导电聚合物加热器元件42。梁叶片部分24、尖端部分40和导电聚合物加热器元件42中的每一个可以具有不同的材料成分。为叶片22提供至少三种不同的材料成分允许叶片22有效地传导热量，甚至是传导到叶片22的尖端部分40，同时还维持与挡风玻璃14充分的接触。与已知的加热式挡风玻璃雨刮器相比较，所公开的布置允许叶片22相对快速地达到相对高的温度，同时在操作期间保持得更热。

在一个实施例中，叶片22的尖端部分40的横截面为大致三角形，并且宽度朝向挡风玻璃14渐缩。当导电聚合物加热器元件42响应于跨其长度施加的电力而升温时，期望将所产生的大部分热量传递到尖端部分40，尖端部分40是叶片22的接触挡风玻璃14的部分。然而，诸如由EPDM橡胶制成的那些的聚硅氧烷基结构是相对较差的导热体(导热率为约0.5W/m·K)，并且因此可能无法将热量从导电聚合物加热器元件42充分传递或传导到挡风玻璃14。因此，尖端部分40可以由通过添加多个等级的石墨而改性的EPDM橡胶制成，所述石墨改善了叶片22的尖端部分40的导热性(例如，提高到约1.2W/m·K)。改性EPDM橡胶还可以缓解被称为叶片颤动的现象，所述现象是雨刮器叶片相对于挡风玻璃14的快速不期望的移动。

在特定的实施例中，叶片22的尖端部分40可以由通过添加传统的石墨和高纵横比膨胀石墨(诸如由益瑞石石墨和碳公司(Imerys Graphite and Carbon)制造的

001或

011)而改性的EPDM橡胶制成，所述高纵横比膨胀石墨与传统的石墨相比具有更大的导热性。在一个实施例中，将约20％的石墨添加到EPDM橡胶，其中所添加的石墨中的约20％是高纵横比膨胀石墨，并且约80％是较传统的石墨。尖端部分40增加的导热性将热量更好地分散在整个叶片22中，从而增加了从挡风玻璃14去除雪和冰的容易性。

导电聚合物加热器元件42可以由导电聚合物(诸如导电热塑性聚氨酯(TPU))制成，所述导电聚合物被配置为当跨其长度施加电力时升温。示例性导电TPU可以包括填料，诸如与导电填料相组合的多层石墨烯。在一个实施例中，导电TPU是通过使单壁碳纳米管在基底(诸如玻璃纤维或玻璃球)上生长而制成的。导电TPU的特定示例包括2％(按重量计)的单壁碳纳米管和8％(按重量计)的石墨烯薄片。导电填料具有高度导电的在表面上生长的相互缠绕的碳纳米管，并且当与石墨烯相组合时，碳纳米管与连接到石墨烯的基底的表面互连并且从其喷出，从而形成导电TPU。

导电聚合物加热器元件42可以包括连接到梁叶片部分24的第一部分44和被接收在叶片22的尖端部分40内的第二部分46。在一个实施例中，梁叶片部分24、导电聚合物加热器元件42和尖端部分40由三种不同的材料组合(上文讨论的)共挤出以形成叶片22的单件整体式主体。因此，本公开的叶片22完全没有金属基成分。

导电聚合物加热器元件42经由引线48(见图4)电联接到电源线30。在一个实施例中，引线48在第一端盖36下方在电源线30和导电聚合物加热器元件42之间延伸，例如，如图2和图4中所示。虽然未示出，但是应当理解，在电源线30和导电聚合物加热器元件42的相对端之间在第二端盖38的下方存在类似的引线。引线中的一个提供正端子，并且引线中的另一个提供负端子。以这种方式，电流可以流过导电聚合物加热器元件42，所述导电聚合物加热器元件42产生热量，所述热量然后可以在叶片22内传导以更容易地去除挡风玻璃14上的积冰和积雪。

如上文所提及的，盖28可以是按空气动力学成形的。这种形状减小了用于容纳例如电源线30所需的雨刮器16增加的尺寸所带来的风阻效应。在一个实施例中，盖28包括从梁26延伸至鼻部54的第一壁50和第二壁52。与梁26相邻处，壁50、52包括凸起部分56、58，当从雨刮器16的外部查看时，凸起部分56、58是凸起的。凸起部分56、58包括在其内表面上的凹部59，以提供与梁26的连接。在一个实施例中，连接是卡扣配合连接，但是其他类型的连接也在本公开的范围内。

在凸起部分56、58与鼻部54之间，每个壁50、52可以包括凹入部分60、62，当从雨刮器16的外部查看时，凹入部分60、62是凹入的。凹入部分60、62跨越盖28的高度(例如，相对于图3的上下方向)的大部分。凹入部分60、62在鼻部54处会聚，鼻部54可以是尖的或圆形的。虽然以上讨论是关于盖28的，但是应当理解，端盖36、38可以以与盖28类似的方式成形。

图5中示出了雨刮器系统12的示意性框图(继续参考图1至图4)。雨刮器系统12可以包括电联接到控制模块18的传感器系统64。传感器系统64可以包括向控制模块18提供输入信号的一个或多个传感器。在一个实施例中，传感器系统64包括降水传感器，其被配置为检测车辆10的表面(例如，挡风玻璃14)上的水分(例如，雨、雪、冰等)的存在。在另一个实施例中，传感器系统64包括嵌入雨刮器16的叶片22内的热敏电阻。在另一个实施例中，传感器系统64包括外部温度传感器，其被配置为感测车辆10周围的环境的环境温度。在又一个实施例中，传感器系统64包括叶片22内的热敏电阻和外部温度传感器两者。

控制模块18可以通过调整流过导电聚合物加热器元件42的电流来调节雨刮器16的叶片22的温度，以便实现叶片22的目标温度。在一个实施例中，目标温度为约90℃(约194℉)至约110℃(约230℉)。然而，叶片22的实际目标温度可以变化并且是设计特定的。

控制模块18可以包括脉冲宽度调制(PWM)电路66，以用于控制从电源20到雨刮器16的叶片22的电力流动。控制模块18可以另外包括处理单元68和非暂时性存储器70，以用于执行雨刮器系统12的各种控制策略。如下面所讨论的，控制模块18可以接收并且处理各种输入，以便以期望的方式控制雨刮器16，以用于加热叶片22并且从而减少在挡风玻璃14上的冻结的降水的积聚。

至控制模块18的第一输入72可以包括来自传感器系统64的温度信号。环境信号可以指示叶片22的当前温度和/或车辆10周围环境的环境温度。控制模块18可以利用温度信号来推断应当从电源20向导电聚合物加热器元件42提供多少电力来用于加热叶片22。

在一个实施例中，控制模块18的处理单元68被配置为执行存储在控制模块18的存储器70中的一个或多个程序。例如，第一示例性程序在被执行时可以控制PWM电路66以基于由传感器系统64感测的温度信号来改变从电源20提供给导电聚合物加热器元件42的电力量。例如，随着环境温度降低，可以自动地增加提供给导电聚合物加热器元件42的电力量，以便将叶片22维持在目标温度范围内。对应于每个可能的检测到的温度值的预先计算的叶片电流可以存储在控制模块18的存储器70中，诸如在一个或多个查找表中。控制模块18可以通过参考查找表来针对任何给定温度准确地估计要施加到导电聚合物加热器元件42的正确叶片电流。

第二示例性程序在被执行时可以控制PWM电路66以基于自开始加热雨刮器16所经过的时间量来改变从电源20提供至导电聚合物加热器元件42的电力量。例如，雨刮器16被加热的时间越长，通常需要越小的电力以将叶片22维持在目标温度范围内。对应于雨刮器16变化的已被加热的时间量的预先计算的叶片电流偏移量可以存储在控制模块18的存储器70，诸如在一个或多个另外的查找表中。控制模块18可以通过参考这种查找表而基于自叶片22开始被加热所经过的时间量经由PWM电路66来准确地改变要施加至导电聚合物加热器元件42的电流量。

继续参考图1至图5，图6示意性地示出了用于在恶劣天气条件期间以减少在挡风玻璃14上的冻结的降水的积聚的方式加热雨刮器系统12的雨刮器16的方法80。在一个实施例中，雨刮器系统12的控制模块18被编程有适于执行示例性方法80的一个或多个算法。

示例性方法80开始于框82。在框84处，控制模块18可以从传感器系统64收集数据。由控制模块18收集的数据可以包括降水信号、环境温度信号和/或雨刮器温度信号。该数据可以用于确定雨刮器16是否应以某种方式进行控制，以防止冻结的降水在挡风玻璃14上积聚。

接下来，在框86处，控制模块18可以确定雨刮器16的叶片22是否在目标温度范围内(例如，在约90℃(约194℉)至约110℃(约230℉)之间)。如果为否，方法80则可以前进到框88：控制PWM电路66以向叶片22的导电聚合物加热器元件42提供最大电力。

随后，在框90处，控制模块80可以经由来自传感器系统64的另外的反馈来确定叶片22的温度是否超过目标温度范围的上限阈值。如果为是，方法80则可以前进到框92，此时控制模块18可以控制PWM电路66向叶片22的导电聚合物加热器元件42提供减少量的电力，直到达到目标温度范围的下限阈值。然后，方法80可以以循环的方式重复，以便不断地改变提供给导电聚合物加热器元件42的电流，以便将叶片22的温度维持在目标温度范围内。

与已知加热式雨刮器相比，本文所述的车辆雨刮器系统利用材料的提升，以便更快、更有效和更经济地加热雨刮器叶片。本公开的雨刮器叶片利用独特的聚合物芯材料，当跨叶片的长度施加电力时，所述独特的聚合物芯材料升温。因此可以从雨刮器的叶片消除金属加热器元件结构。

尽管不同的非限制性实施例被示出为具有特定的部件或步骤，但本公开的实施例不限于那些特定组合。将来自非限制性实施例中的任一个的部件或特征中的一些与来自其他非限制性实施例中的任一个的特征或部件结合使用是可能的。

应当理解，相同的附图标记在全部若干附图中表示相应或类似的元件。应当理解，尽管在这些示例性实施例中公开和示出了特定的部件布置，但是其他布置也可受益于本公开的教导。

前面的描述应被解释为说明性的而非任何限制意义。本领域普通技术人员将理解，在本公开的范围内可以出现一些修改。出于这些原因，应研究所附权利要求来确定本公开的真实范围和内容。

Claims (15)

1.一种用于机动车辆的雨刮器，其包括：

叶片，所述叶片包括梁叶片部分、尖端部分和加热器元件，

其中所述梁叶片部分、所述尖端部分和所述加热器元件中的每一个包括不同的材料成分。

2.如权利要求1所述的雨刮器，其中所述梁叶片部分连接到梁，并且所述雨刮器任选地包括连接到所述梁的盖以及在所述盖和所述梁之间布设的电源线。

3.如权利要求1或2所述的雨刮器，其中所述加热器元件是导电聚合物加热器元件，并且任选地，其中所述导电聚合物加热器元件包括导电热塑性聚氨酯(TPU)。

4.如权利要求3所述的雨刮器，其包括控制模块，所述控制模块被配置为通过调整通过所述导电聚合物加热器元件的电流来调节所述叶片的温度。

5.如权利要求1或2所述的雨刮器，其中所述梁叶片部分的第一材料成分包括乙烯丙烯二烯单体(EPDM)橡胶，所述尖端部分的第二材料成分包括由高纵横比膨胀石墨改性的EPDM橡胶，并且所述加热器元件的第三材料成分包括导电热塑性聚氨酯(TPU)。

6.如权利要求1或2所述的雨刮器，其中所述加热器元件的第一部分连接到所述梁叶片部分，并且所述加热器元件的第二部分在所述尖端部分内部延伸。

7.如权利要求1或2所述的雨刮器，其包括：

传感器系统，所述传感器系统被配置为监测与所述叶片相关联的温度；以及

控制模块，所述控制模块被配置为基于所述温度来调整通过所述加热器元件的电流。

8.如权利要求1或2所述的雨刮器，其中所述雨刮器是挡风玻璃雨刮器。

9.如权利要求1或2所述的雨刮器，其中所述叶片没有金属基材料。

10.一种方法，其包括：

用导电聚合物加热器元件加热车辆雨刮器系统的雨刮器的叶片。

11.如权利要求10所述的方法，其包括：

基于与所述叶片相关联的温度来调整通过所述导电聚合物加热器元件的电流的流动；以及

基于自开始加热所述叶片已经过去的时间量减少通过所述导电聚合物加热器元件的所述电流的所述流动。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述电流的所述流动与存储在所述车辆雨刮器系统的控制模块的存储器中的第一查找表内的环境温度相关，并且其中所述电流的所述流动与存储在所述存储器内的第二查找表内的自开始加热所述叶片已经过去的所述时间量相关。

13.如权利要求10至12中任一项所述的方法，其中加热所述叶片包括：

当所述叶片的温度在目标温度范围之外时，向所述导电聚合物加热器元件提供第一电力量。

14.如权利要求13所述的方法，其中加热所述叶片包括：

当所述叶片的所述温度达到所述目标温度范围的上限阈值时，向所述导电聚合物加热器元件提供第二电力量。

15.如权利要求14所述的方法，其中加热所述叶片包括：

当所述叶片的所述温度达到所述目标温度范围的下限阈值时，向所述导电聚合物加热器元件提供第三电力量。

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