一种自动雨刮系统的制作方法

本发明属于汽车电子领域，具体涉及一种自动雨刮系统。该系统采用挡风玻璃振动传感器、车速传感器、车身振动传感器、风速传感器等，通过对多个传感器信号的采集和分析，综合评估当前雨量的大小，自动调整雨刮刮雨的速度，确保行车安全行和驾乘舒适性。

背景技术：

汽车行驶过程中的挡风玻璃的清晰度直接影响行车安全和驾乘舒适性。为了保证驾驶视野的清晰，现代汽车都安装有雨刮系统。

通常说来，雨刮系统的刮雨速度的调整方式可以分为两种：第一种为手动雨刮系统，驾驶员通过目测挡风玻璃的雨滴对视野清晰度的影响，根据目测结果手动选择不同的雨刮速度档位，来清除风挡玻璃上的雨迹，确保视野清晰。第二种为自动雨刮系统，这种类型的自动雨刮系统一般由雨量传感器、控制模块、雨刮电机驱动系统、雨刮电机、雨刮机械系统构成。通过雨量传感器来对当前的雨量进行监测，直接或者间接判断车窗的清晰程度，并将该信号传递给控制模块，控制模块根据预先设定的控制方式和逻辑来对雨刮电机的转速进行控制，从而实现雨刮速度的自动调节，从而确保挡风玻璃视野清晰。

手动雨刮系统具有低成本的优势，但是由于需要驾驶人员的介入来实现刮水速度的调整，因此驾驶人员的驾驶强度会增大。尤其在大雨拥堵环境下，由于需要人工对雨刮速度进行调整，容易导致驾驶人员注意力分散因而造成交通事故，同时驾驶人员的驾驶体验也会下降。

自动雨刮系统在工作过程中能够根据雨量传感器采集的雨量信号自动地对雨刮刮水的速度实时自动调节，因此可以有效地降低驾驶人员的驾驶强度，使得驾驶人员能够集中精力驾驶车辆，因此车辆的安全性会得到进一步提高，同时驾驶体验也会得到优化。

自动雨刮系统虽然能实现雨刮刮水速度的自动调整，但是其雨量评估的需要用到雨量传感器，成本较高。因此，只有在高中档汽车上才配备自动雨刮系统。

有文献和专利提出采用振动传感器实现雨量评估。实际上采用单一的振动传感器是无法实现雨量评估，车辆在行驶过程中，有大量的振源存在，如路面的不平整带来的车身振动，发动机运转带来的振动，以及行驶过程中的空气快速流动带来的振动等，采用单一的振动传感器无法区分挡风玻璃的振动是由何种振源所导致，因此无法对雨滴撞击挡风玻璃造成的振动信号进行有效识别，进而无法对雨量大小进行测定，因此无法实现雨刮速度的自动调整。有文献提出对振动传感器附加安装阻尼材料以消除其他振动源的影响，增加阻尼材料不但会导致传感器对雨滴撞击挡风玻璃造成的振动的检测灵敏度下降，而其他振源导致的振动也无法完全消除，因此也无法实现雨量大小的准确评估，从而无法实现雨刷速度的自动调整。

技术实现要素：

在自动雨刮系统中，最关键的是要对当前的雨量进行准确的判断。本发明的目的在于提出一种采用常规传感采集多种信号，通过预先设定的信号处理与分析流程，实现对雨量的准确评估，进而实现雨刮速度的自动调整，为低成本自动雨刮系统提供解决方案。

本发明提出的自动雨刮系统包括了：

1、安装在挡风玻璃上的振动传感器：用来拾取当前挡风玻璃的振动信号，在该信号中包含了多种振源造成的振动信号，如车辆行驶过程中的颠簸、风速变化等造成的挡风玻璃的振动。

2、车速传感器：用来测量当前的车速，该信号也可以通过车辆原有的车速测量装置来获取。车速越快，将导致雨滴撞击挡风玻璃的速度加大，因此其振动的幅值会增加，由于车辆的快速移动也将导致雨滴撞击挡风玻璃的频率发生变化，因此该信号用来对雨滴撞击挡风玻璃的频率和幅值进行校正，以消除车速对雨量评估准确度的影响。

3、风速传感器：不同的风速情况下，会导致雨滴撞击档风玻璃的幅值发生变化，因此风速传感器信号可以用来校正雨滴撞击挡风玻璃造成的振动的幅值。

4、车身振动传感器：可以安装在反映车架振动情况的车体任何部位，车架由于行驶路况、发动机工作等导致的振动最后将通过车体结构传递到挡风玻璃上，因此该振动信号也将被挡风玻璃传感器拾取，因此通过车架振动传感器的信号，消除车身振动对雨量评估的影响。

5、微控制器主要作用是通过获取的传感器的信号，根据事先确定的雨量评估方法实现对雨量的评估，并对雨刮速度的进行实时调整。

6、常规的手动雨刮系统所具有的雨刮电机驱动系统、雨刮电机和雨刮机械系统。

具体而言具有以下技术特点：

1、通过采用振动传感器对挡风玻璃的振动情况进行监测，并通过车速传感器、车身振动传感器、风速传感器采集的信号进行分析以对当前的雨量进行准确评估

2、将通过实验获得挡风玻璃的模态频率存储在微控制器中，并采用模态频率来对挡风玻璃获得的振动频率进行校正和剔除。

3、通过校正后的挡风玻璃振动的幅值和频率对当前雨量进行准确的评估，从而实现雨刮速度的自动调整。

附图说明

图1为：自动雨刮系统组成框图；

图2为：雨量大小评估方法流程图；

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明具体实施例的组成和工作原理作进一步详细的说明。本发明提出的自动雨刮系统其组成如下图1所示：

理想情况下，雨滴撞击挡风玻璃风的频率和幅值能够反映当前雨量的大小：振动频率越高，振动幅值越大，表明雨滴越大、越密集、雨滴速度越快，因此通过挡风玻璃的振动情况能够有效地反映当前雨量的大小，雨滴撞击挡风玻璃时的振动状态可以作为雨刮系统刮雨速度调整的控制信号。在实际情况下，雨滴撞击挡风玻璃的频率和幅值与很多因素密切相关：如雨量大小、车速、风速等。为了能够准确的评估当前雨量的大小，本发明提出的自动雨刮系统的组成如1图所示，该系统主要由：安装在挡风玻璃上的振动传感器、车速传感器（或者是原车的车速信号）、车身振动传感器、风速传感器，微控制器以及传统的雨刮系统所具有的雨刮电机驱动模块、雨刮系统的机械结构。

其各个组成部分的作用如下：

1．挡风玻璃振动传感器安装在汽车的前挡风玻璃上，其用来拾取当前挡风玻璃的振动信号，对当前挡风玻璃的振动情况进行监测，其拾取的振动信号中包含了多种振源造成的振动，如车辆行驶过程中的颠簸、风速变化等造成的挡风玻璃的振动。

2．车速传感器：车速传感器用来测量当前的车速，在实际的系统中，该信号也可以通过车辆原有的车速测量装置来获取。车速的变化将导致雨滴撞击挡风玻璃的速度发生变化，如车速越快，将导致雨滴撞击车窗玻璃的速度加大，因此其振动的幅值会增加。同时，由于车辆的快速移动，多普勒频移现象的存在也将导致雨滴撞击车窗的频率发生变化，因此测速信号的获取可以用来对雨滴撞击车窗的频率和幅值进行校正。因此，获取当前的车速可以更加精确的确定当前振动幅值的大小，以消除车速对雨量大小的影响。

3．风速传感器：不同的风速情况下会导致雨滴撞击测测玻璃的幅值发生变化，因此会影响撞击频率的峰值。为了校正的雨滴对挡风玻璃撞击力的幅值，可以通过采集当前风速值来对雨滴撞击挡风玻璃的幅值进行校正。如果不增加风速传感器，则无法准确的估计当前雨滴的撞击速度，因此可以通过该种方式来对撞击的幅值进行校正。校正的取值可以实现通过实验方法来获得，通过实验，通过模拟不同的风速下，确定其对雨滴撞击车窗玻璃幅值的影响。

4．车身振动传感器,可以安装在能反映车架振动情况的车辆任何部位，车架由于行驶路况、发动机工作等导致的振动最后将通过车体的结构传递到挡风玻璃上，因此该振动信号也将被挡风玻璃上的振动传感器拾取，因此通过车架振动传感器，可以获取当前车体的振动状态，以消除行驶地面、发动机工作等对对雨量评估的影响。

5．微控制器主要作用是通过获取的传感器的信号，根据事先确定的雨刮速度的控制方法实现对雨刮速度的实时调整。

其雨量的评估方法流程图如图2所示。首先，挡风玻璃的安装较为紧固，其模态频率较高，为了正确的评估雨量的大小，因此必须去除模态频率的影响，通过模态实验可确定安装后的挡风玻璃的振动模态频率，并将该频率值存储在微控制器中，同时只需确定其模态频率，而不需要确定其振型。

第一步：自动雨刮系统首先对自动雨刮系统上安装的传感器信号进行采集，包括挡风玻璃上的振动信号、车体振动信号、风速、车速信号等。

第二步：根据挡风玻璃上的振动传感器采集的振动信号，在微处理器中进行信号处理分析，通过如快速傅里叶变化等数学方法，获得当前挡风玻璃振动的峰值频率和幅值，确定当前挡风玻璃上的振动情况。同时对车身振动传感器获得的振动信号也频谱分析，通过如快速傅里叶变化等数学方法获得当前车身振动信号的频率和幅值。

第三步：将获得的挡风玻璃振动的频率与通过车身振动传感器获得的振动信号的频率进行对比，如果车身振动传感器获取的振动信号中有频率成分与挡风玻璃振动信号中的频率相同，则将挡风玻璃的振动信号中的该频率成分去除，因为该振动是从车体传过来的，而不是雨滴撞击车窗玻璃导致的。同时将挡风玻璃的振动信号的频率成分与事先通过实验确定的存储在微控制器中的挡风玻璃的模态频率进行比较，并将挡风玻璃的振动信号中与模态频率相同的频率成分去除。

第四步：根据获得车速信号和风速信号对第三步获得的挡风玻璃振动信号中的频率和幅值进行校正。幅值和频率的校正的取值可以实现通过实验方法来获得，其校正原理如下：在实验环境下，第一步，通过模拟不同雨量情况下，记录雨滴撞击档风玻璃造成的振动的频率和幅值。第二步，通过模拟不同的雨量情况下，不同车速、风速时雨滴撞击档风玻璃振幅、频率的数值。根据第一步和第二步的实验结论可以得到不同雨量情况下，车速、风速对雨滴撞击挡风玻璃的频率和幅值造成的影响的偏差，该偏差即可作为幅值和频率校正的数据，并将该校正数据存储在微控制器中。

第五步：根据校正后的频率的峰值和幅值的大小，即对当前的雨量大小做出准确的评估，可以有效地对当前的雨量进行准确的估计，并同时根据雨量大小的评估结果，选择合适的雨刮速度，将获得的雨刮速度值发送给雨刷驱动系统，最后驱动电机系统和其机械结构，保持挡风玻璃的清洁和驾驶视野，雨刮刮雨速度的可以在实验室环境下，通过模拟不同的雨量大小，以档风玻璃的视野清晰为标准来进行标定，并将不同雨量下的雨刮速度值存储在微控制器中。

通过以上利用现有的低成本传感器实现雨量大小准确评估，以实现雨刮刮雨速度的自动调整，可以有效地降低成本，实现雨刮的自动化，从而提高行车安全和驾乘舒适性。