一种基于声波技术的汽车玻璃除霜装置

本发明属于汽车玻璃除霜领域，具体是一种基于声波技术的汽车玻璃除霜装置。

背景技术：

1、在秋冬季节，气候寒冷，湿气较大或在发生雨雪天气时，汽车挡风玻璃上时常会形成厚厚的霜冻层，严重影响驾驶者的视线和行车安全。目前，绝大多数汽车上安装的雨刮片仅能够清除挡风玻璃的灰尘，以及雨天降落在挡风玻璃的雨水或其他液体，不具备清除霜冻的功能。在清理汽车挡风玻璃的霜冻层时，较为普遍的方法多是采用卡片的刮擦、较长时间的开空调暖风热车等。

2、为了解决上述问题，专利公开号cn205737431u公开了一种除霜雨刮片，包括设置在雨刮片空腔内的发热元件，在雨刮片下面开有与挡风玻璃相对的散热孔。发热元件和散热孔在橡胶刮条的两侧靠近橡胶刮条的位置，散热孔按照上密下疏的原则排列。

3、上述除霜雨刮片通过发热元件对霜进行加热融化去除，但在霜未融化时进行刮动，霜对雨刮片的阻力较大，容易损坏雨刮器，同时玻璃在冻结后快速升温，容易使玻璃脆化而破裂，缓慢加热玻璃融霜效率低，除霜耗时长。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中加热融霜效率低，除霜耗时长的问题，本发明的目的是提供一种基于声波技术的汽车玻璃除霜装置，能够通过超声波进行除霜，提高除霜效率。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于声波技术的汽车玻璃除霜装置，包括雨刷杆，雨刷杆一端转动连接有雨刷片安装架，雨刷片安装架内设有若干压电陶瓷超声波换能片，雨刷片安装架内设有雨刷片伸缩组件，雨刷片伸缩组件上设有雨刮片。

3、采用上述方案后实现了以下有益效果：在汽车玻璃结霜后，使用者能够开启汽车雨刷，雨刷片伸缩组件将雨刮片收回，保护雨刷器，减少因霜层带来的刮动阻力使雨刷器损坏的概率。

4、此时压电陶瓷超声波换能片启动进行超声波除霜。超声波对霜层做高频的机械振动，当作用力达到霜层所能承受的应力或屈服强度时，霜层就会受到破坏；此外，在超声波做高频机械振动的过程中，霜层摩擦会产生热量，从而使局部霜层因吸收热量而融化。当超声波通过霜层传播时，霜层之间的材料特性差异导致群速度差，并产生剪切力，当界面处产生的剪切力大于霜层的粘附力时，霜层就会从表面脱落。同时霜脱落形成的水珠与超声波会形成空化效应，超声波作用与液体时，会在液体内部形成拉应力，形成空化核，空化核会在气液界面附近的崩溃，产生热量。空化效应带来的热量上升值较小，仅促进除霜效率，不会使玻璃温度快速上升而脆化。

5、随着汽车雨刷晃动，将超声波作用与玻璃表面，使霜层逐渐破碎融化为水珠，此时雨刷片伸缩组件将雨刮片伸出，将水珠刮走，减少残留水珠再次在汽车玻璃观察范围凝集成霜的概率。

6、与现有技术相比，超声波除霜无需与汽车玻璃直接接触，因此雨刮片能够缩回进行保护；超声波除霜不存在加热过快产生脆化，且超声波的作用范围更大，因此能够更快速的除霜，空化效应使超声波除霜除霜的效率进一步加快。

7、进一步，雨刷片伸缩组件为气囊，雨刷杆上固定连接有小型气泵，气泵通过连接管与气囊连通，雨刷片安装架内设有滑槽，雨刮片两端与滑槽滑动连接，滑槽内固定连接有弹性件，弹性件与雨刮片固定连接。

8、有益效果：气囊膨胀能够将雨刮片顶出，实现雨刮片伸出，且气囊通过连接管外接气泵作为驱动，使其占用的体积小，进而使雨刷片安装架能够更细，雨刷片安装架雨刷片安装架能够减少雨刷对使用者驾驶时视线的影响。弹性件使气囊收缩后雨刮片能够进行收缩。

9、进一步，气囊上设有压力传感器，压力传感器与雨刮片相抵。

10、有益效果：压力检测器能够检测压力值，方便控制气囊内气体量，减少雨刮片与汽车玻璃压力过大的概率。

11、进一步，雨刷片安装架内设有控制器，压电陶瓷超声波换能片、小型气泵和压力传感器均与控制器信号连接；

12、控制器用于获取压力传感器采集的压力值，根据压力值调控气囊内气体量，使雨刷片与霜或汽车玻璃的压力保持在15至20n之间。

13、有益效果：雨刮片收回后，再次伸出，通过压力传感器的数值变化，判断雨刮片与霜层的接触度，使雨刮片受到的阻力在适宜范围内，清理霜层表面产生的破片或水珠，减少水珠渗入底层霜层，从而增加底层霜层与车窗玻璃的附着力。

14、进一步，电陶瓷超声波换能片的声波频率至少为22khz。

15、有益效果：超声波可能会引起汽车玻璃共振，玻璃为混合物，共振频率因材质或结构而不同，22khz的超声波能够避开大多数玻璃的共振频率，减少由共振而引起的汽车玻璃损坏。

16、进一步，控制器用于改变压电陶瓷超声波换能片的声波频率，除霜开始后每次雨刷杆晃动后将声波频率提升1khz，记录每个声波频率段内气泵的功率消耗，当气泵功率消耗出现降低时，控制器控制电陶瓷超声波换能片将当前频率减少1khz并保持该频率进行工作。

17、有益效果：霜的结构受空气湿度、温度、结霜时间和汽车玻璃形状的影响，因此同个声波频率下不同结构的霜在的除霜效果不同。气泵的功率消耗能够体现气囊的气体充入量，而气囊充入量能够体现雨刮片的伸出量，气泵的功率消耗越大则刮片的伸出量越多，除霜效率越高。通过改变超声波频率，寻找除霜效率最高的频段进行除霜，增加除霜效率。

18、进一步，电陶瓷超声波换能片的功率为20w。

19、有益效果：除霜效率受电陶瓷超声波换能片的功率的影响，功率越高，除霜效果越好，但功效比却会下降，功率为20w能够中和除霜效果和功率消耗，在相比电热丝的功耗更低的情况下，达到更好除霜效果。

20、进一步，电陶瓷超声波换能片的功率为200w。

21、有益效果：超声波除霜不存在温度快速上升使温度发生脆化的情况，因此当功率为200w能够提供更快的除霜效果，相比加热除霜速度更快。

技术特征：

1.一种基于声波技术的汽车玻璃除霜装置，其特征在于：包括雨刷杆，雨刷杆一端转动连接有雨刷片安装架，雨刷片安装架内设有若干压电陶瓷超声波换能片，雨刷片安装架内设有雨刷片伸缩组件，雨刷片伸缩组件上设有雨刮片。

2.根据权利要求1所述的基于声波技术的汽车玻璃除霜装置，其特征在于：雨刷片伸缩组件为气囊，雨刷杆上固定连接有小型气泵，气泵通过连接管与气囊连通，雨刷片安装架内设有滑槽，雨刮片两端与滑槽滑动连接，滑槽内固定连接有弹性件，弹性件与雨刮片固定连接。

3.根据权利要求2所述的基于声波技术的汽车玻璃除霜装置，其特征在于：气囊上设有压力传感器，压力传感器与雨刮片相抵。

4.根据权利要求3所述的基于声波技术的汽车玻璃除霜装置，其特征在于：雨刷片安装架内设有控制器，压电陶瓷超声波换能片、小型气泵和压力传感器均与控制器信号连接；

5.根据权利要求4所述的基于声波技术的汽车玻璃除霜装置，其特征在于：电陶瓷超声波换能片的声波频率至少为22khz。

6.根据权利要求5所述的基于声波技术的汽车玻璃除霜装置，其特征在于：控制器用于改变压电陶瓷超声波换能片的声波频率，除霜开始后每次雨刷杆晃动后将声波频率提升1khz，记录每个声波频率段内气泵的功率消耗，当气泵功率消耗出现降低时，控制器控制电陶瓷超声波换能片将当前频率减少1khz并保持该频率进行工作。

7.根据权利要求6所述的基于声波技术的汽车玻璃除霜装置，其特征在于：电陶瓷超声波换能片的功率为20w。

8.根据权利要求6所述的基于声波技术的汽车玻璃除霜装置，其特征在于：电陶瓷超声波换能片的功率为200w。

技术总结
本发明公开了汽车玻璃除霜领域的一种基于声波技术的汽车玻璃除霜装置，包括雨刷杆，雨刷杆一端转动连接有雨刷片安装架，雨刷片安装架内设有若干压电陶瓷超声波换能片，雨刷片安装架内设有雨刷片伸缩组件，雨刷片伸缩组件上设有雨刮片。采用本发明的技术方案，能够通过超声波进行除霜，提高除霜效率。

技术研发人员：王建辉,梁栋,孙世政,束海波,张慧玲,余丽霞,王春发
受保护的技术使用者：重庆交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/9