Щетка стеклоочистителя с встроенным устройством разбрызгивания

Изобретение относится к щетке (1) стеклоочистителя для стекла (6) автотранспортного средства. Щетка содержит крепежный каркас (2), имеющий главное продольное направление и содержащий нижние средства крепления очистительного скребка (4), указанный крепежный каркас (2) предназначен для приведения в движение по заданной траектории за цикл очистки стекла (6) между двумя крайними положениями, и устройство (7, 8) разбрызгивания очистительной жидкости, содержащее, по меньшей мере, первый набор отверстий для разбрызгивания, выполненных в линию в указанном главном продольном направлении, по меньшей мере, на части первой стороны щетки таким образом, чтобы обеспечивать разбрызгивание омывающей жидкости спереди щетки по отношению к движению очистки. Отверстия разбрызгивания распределены на указанной первой стороне с непостоянным промежутком. Расстояние, разделяющее два последовательных отверстия, выбирают таким образом, чтобы участок поверхности стекла, фактически омываемый через отверстие разбрызгивания во время цикла очистки, был по существу равен одинаковому искомому значению для всех отверстий разбрызгивания первого набора. Обеспечивается повышение эффективности очистки и промывания в любой точке щетки. 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к щеткам стеклоочистителя для стекла автотранспортного средства, содержащим встроенное устройство разбрызгивания жидкости.

В частности, изобретение относится к щеткам стеклоочистителя, содержащим крепежный каркас, имеющий главное продольное направление и содержащий нижние средства крепления очистительного скребка, при этом указанный крепежный каркас предназначен для приведения в движение по заданной траектории за цикл очистки стекла между двумя крайними положениями, и устройству разбрызгивания очистительной жидкости, содержащему, по меньшей мере, первый набор отверстий для разбрызгивания, выполненных в линию в указанном главном продольном направлении, по меньшей мере, на части первой стороны щетки таким образом, чтобы обеспечивать разбрызгивание омывающей жидкости спереди щетки по отношению к движению очистки.

В случае некоторых известных щеток очистку стекла усовершенствуют, предусматривая подачу омывающей жидкости поочередно с одной и с другой стороны щетки в зависимости от того, перемещается щетка в свое так называемое «противоположное положение фиксированной остановки» (например, снизу вверх в случае классической круговой или эллиптической траектории щетки во время цикла очистки) или в свое так называемое положение «фиксированной остановки» (сверху вниз при круговой или эллиптической траектории), таким образом, чтобы жидкость эффективно омывала участок стекла, который сразу после этого очищает щетка стеклоочистителя. Для этого устройство разбрызгивания содержит не один, а два набора отверстий разбрызгивания в виде двух рядов, расположенных с каждой стороны щетки. Щетка этого типа описана, например, в документе WO 2007/000346, зарегистрированном на имя заявителя.

Таким образом, в известных щетках плоского типа, называемых также англосаксонским термином "flat-blade", крепежный каркас с главным продольным направлением содержит трубчатый корпус с главной продольной осью, внутрь которого вставлен стержень жесткости в виде горизонтальной продольной пластины. На фиг.1 в поперечном разрезе показан пример осуществления такой щетки 1, оснащенной двухрядным устройством разбрызгивания. На этой фигуре крепежный каркас обозначен позицией 2, а очистительный скребок - позицией 4 с частью 5, которая остается на стекле 6 во время цикла очистки, схематично показанного в виде перемещения по стрелкам А и В. Крепежный держатель включает в себя также часть, образующую отражатель, в которой с двух сторон щетки выполнены два канала 7 и 8 подачи омывающей жидкости. Отверстия разбрызгивания выполнены вдоль этих двух каналов. Таким образом, отверстия разбрызгивания канала 7 обеспечивают выброс струй 9А, когда щетка перемещается в направлении стрелки А, а отверстия разбрызгивания канала 8 позволяют выбрасывать струи 9 В, когда щетка перемещается в направлении стрелки В.

В дальнейшем будет рассмотрено расположение отверстий разбрызгивания с одной стороны (однорядное устройство) или с двух сторон (двухрядное устройство) щетки стеклоочистителя.

Во время проектирования щетки стеклоочистителя с встроенной функцией омывания необходимо иметь в виду три следующих требования, выдвигаемых водителем транспортного средства:

- удаление пыли и грязи;

- равномерное разбрызгивание очистительной жидкости;

- хорошая видимость даже во время цикла очистки и промывания. Эффективность промывания при использовании щетки, оснащенной однорядной или двухрядной системой разбрызгивания, можно охарактеризовать двумя физическими величинами:

- усилием очистки: речь идет об усилии, создаваемом при контакте между струей очистительной жидкости и стеклом. Оно должно быть максимально большим, чтобы обеспечивать удаление загрязнений, приставших к стеклу;

- скорость растекания: речь идет о времени, необходимом для растекания жидкости на стекле. Она должна быть достаточно большой, чтобы жидкость, выбрасываемая на уровне отверстия разбрызгивания, успела перед прохождением щетки образовать лужицу, вступающую во взаимодействие (зона перекрывания) с лужицей, образованной жидкостью из соседнего отверстия, находящегося в том же ряду, во время движения щетки.

Кроме того, лужица, вытекающая из каждого отверстия разбрызгивания, не должна быть слишком большой, чтобы не мешать обзору водителя.

Из всего вышеизложенного можно сделать вывод, что шаг между двумя отверстиями одного ряда представляет собой важную физическую величину.

При этом в известных щетках, например, описанных в вышеупомянутом документе, шаг между отверстиями разбрызгивания одного ряда является постоянным.

Кроме того, даже если в некоторых системах предусмотрено, чтобы щетка перемещалась параллельно относительно самой себя от одной стороны к другой стороне стекла движением с прямолинейной траекторией, в большинстве очистительных систем щетка приводится в движение по круговой и даже эллиптической траектории. До настоящего времени выбор расположения отверстий с равномерным распределением не позволяет добиться достаточно эффективной очистки при помощи щетки такого типа. Действительно, во время цикла очистки расстояние, проходимое каждой точкой щетки и, в частности, каждым отверстием разбрызгивания, не является одинаковым для всех точек. Таким образом, даже если за единицу времени на лобовое стекло нагнетается одинаковое количество воды, эффективность очистки не будет одинаковой сверху и снизу щетки. Кроме того, линейная скорость перемещения точки щетки во время кругового или эллиптического движения очистки больше для точки, находящейся сверху щетки, чем для точки, находящейся снизу щетки. Таким образом, если шаг отверстий разбрызгивания выбирают постоянным, вышеупомянутая скорость растекания будет меньше для отверстий, находящихся сверху щетки, и получаемая зона перекрывания для двух соседних отверстий тоже будет меньше, чем для двух соседних отверстий, находящихся внизу щетки.

Задача изобретения состоит в устранении вышеуказанных недостатков за счет создания щетки стеклоочистителя, характеризующейся одинаковой эффективностью очистки и промывания в любой точке щетки.

Поставленная задача решена в щетке стеклоочистителя для стекла автотранспортного средства, содержащей крепежный каркас, имеющий главное продольное направление и содержащий нижние средства крепления очистительного скребка, при этом указанный крепежный каркас предназначен для приведения в движение по заданной траектории за цикл очистки стекла между двумя крайними положениями, и устройство разбрызгивания очистительной жидкости, содержащее, по меньшей мере, первый набор отверстий для разбрызгивания, выполненных в линию в указанном главном продольном направлении, по меньшей мере, на части первой стороны щетки таким образом, чтобы обеспечивать разбрызгивание омывающей жидкости спереди щетки по отношению к движению очистки, при этом, согласно изобретению, отверстия разбрызгивания распределены на указанной первой стороне с непостоянным промежутком, при этом расстояние, разделяющее два последовательных отверстия, выбирают таким образом, чтобы участок поверхности стекла, фактически омываемый через отверстие разбрызгивания во время цикла очистки, был по существу равен одинаковому искомому значению для всех отверстий разбрызгивания первого набора.

В предпочтительном варианте осуществления, в котором система разбрызгивания является двухрядной, щетка дополнительно содержит второй набор отверстий разбрызгивания, выполненных в линию в указанном главном продольном направлении, по меньшей мере, на части второй стороны щетки, противоположной указанной первой стороне, и отверстия разбрызгивания второго набора распределены на указанной второй стороне с непостоянным промежутком, при этом расстояние, разделяющее два последовательных отверстия, выбирают таким образом, чтобы участок поверхности стекла, фактически омываемый через отверстие разбрызгивания во время цикла очистки, был по существу равен одинаковому искомому значению для всех отверстий разбрызгивания второго набора.

В этом случае на части первой и второй стороны щетки отверстия разбрызгивания первого набора чередуются в главном продольном направлении с отверстиями второго набора.

Изобретение и его преимущества будут более очевидны из нижеследующего описания со ссылками на прилагаемые фигуры.

На фиг.1 (уже описана) показана возможная конструкция щетки, для которой можно применять настоящее изобретение, вид в поперечном разрезе;

на фиг.2 показаны два следа разбрызгивания, полученных на половине цикла очистки для щетки, совершающей на стекле движение эллиптической траектории, для двух отверстий разбрызгивания, находящихся с одной стороны, соответственно сверху и снизу щетки, схематичный вид;

на фиг.3 и 4 представлены результаты моделирования, подтверждающие принцип изобретения, применяемый для щетки, выполненной с возможностью перемещения движением по круговой или эллиптической траектории;

на фиг.5a-5c представлены в виде блок-схем три возможных алгоритма вычисления для расположения отверстий разбрызгивания на одной стороне щетки согласно принципам изобретения;

на фиг.6-8 представлены результаты моделирования, полученные в соответствии с изобретением для двухрядной щетки, выполненной с возможностью перемещения движением по круговой или эллиптической траектории.

Изобретение основано на принципе, согласно которому можно получить одинаковую эффективность промывания и очистки для любого отверстия разбрызгивания щетки, даже если отверстия не проходят одинаковое расстояние в ходе перемещения щетки по заданной траектории во время цикла очистки, за счет того что отверстия разбрызгивания распределены на одной стороне щетки с непостоянным промежутком, рассчитанным для каждого отверстия таким образом, чтобы участок поверхности стекла, фактически омываемый из отверстия разбрызгивания во время цикла очистки, был по существу равен одинаковому искомому значению для всех отверстий разбрызгивания первого набора.

Для неограничивающего варианта осуществления щетки с круговым или эллиптическим перемещением на фиг.2 показаны два следа T₁ и Т₂, каждый из которых соответствует фактически омываемому участку поверхности стекла, который необходимо получить для отверстия, находящегося соответственно в верхней концевой части и в нижней концевой части щетки. Эти два следа имеют не одинаковую ширину, а такую ширину, при которой, согласно изобретению, площадь, занимаемая следом Т₁, по существу является такой же, что и площадь, занимаемая следом Т₂.

Испытания, проведенные заявителем, позволили показать, что площадь, покрываемая каждым отверстием разбрызгивания, находящимся с одной и той же стороны щетки этого типа, равна константе К для всех точек, отвечающих решению следующей системы уравнений:

D_i×Δx_i=K

D_i=ax_i+b

Δx_i=x_i-x_i-1

$${\displaystyle \sum _{j=0}^N\Delta x_i=x_N-x_0=L}\text{'}$$

в которой K является искомым значением для определяемого постоянного участка поверхности, x_i соответствует положению отверстия вдоль главного продольного направления щетки, Δx_i является расстоянием, разделяющим два последовательных отверстия разбрызгивания на щетке, N+1 является общим числом отверстий разбрызгивания на одной стороне щетки и L' является длиной части стороны щетки, на которой необходимо распределить отверстия.

Эта система уравнений математически выражает тот факт, что необходимо найти одинаковый участок поверхности разбрызгивания K для каждого отверстия разбрызгивания с положением x_i, зная, что расстояние D_i, проходимое каждым отверстием разбрызгивания с положением x_i, меняется линейно в зависимости от положения x_i.

На фиг.3 показана траектория трех точек щетки в проекции на плоскость (на практике траектория точки щетки проходит в трехмерном пространстве) для эллиптической системы очистки. На этой фигуре показано изменение разности длины, проходимой точками щетки, для некруговой траектории.

График, представленный на фиг.4, показывает изменения расстояния D в зависимости от положения x_i, полученные посредством моделирования. Полученная прямая подтверждает, таким образом, что расстояние D_i меняется линейно в зависимости от положения x_i. Следует отметить, что это утверждение остается в силе и для случая эллиптических траекторий.

Предыдущую систему уравнений можно переписать в виде:

(ax_i+b)×(x_i-x_i-1)=K

$${\displaystyle \sum _{j=0}^N\Delta x_i=x_N-x_0=L}\text{'}$$

то есть:

$$a{x}_i^2-a{x}_i{x}_{x-i}+b{x}_i-b{x}_{i-1}=K$$

$${\displaystyle \sum _{j=0}^N\Delta x_i=x_N-x_0=L}\text{'}$$

Это уравнение второй степени по х можно решить по двум разным алгоритмам: Согласно первому возможному алгоритму, этапы которого схематично представлены на фиг.4а, с одной стороны, выбирают (этап 10) первое возможное значение K и, с другой стороны, фиксируют общее число N+1 отверстий, которые собираются выполнить на одной стороне щетки, и положение х₀ первого отверстия, начиная от конца щетки. Затем можно вычислить (этап 20) все значения x_i÷x_N для решения системы уравнений. При этом проверяют (этап 30), чтобы последнее значение x_N согласовалось с длиной L', то есть чтобы

x_N-x₀≤L'

Если это не так, значение K изменяют (этап 40) и повторяют вычисление различных положений x₁÷x_N до получения согласования с длиной L'.

Согласно второму возможному алгоритму, этапы которого схематично представлены на фиг.4b, значение K и положение х₀ первого отверстия являются заданными величинами, и выбирают (этап 10') первое значение для N, при этом меняться будет число N+1 отверстий (этап 40') для получения положений x_i÷x_N, согласующихся с длиной L'. Этапы вычисления 20 и 30 идентичны этапам, представленным со ссылками на фиг.4а.

Наконец, согласно третьему возможному алгоритму, этапы которого схематично представлены на фиг.4с, значения К и N+1 являются заданными, и тестируют (этапы 10" и 40") несколько возможных положений x₀ для первого отверстия до получения положений x_i+x_N, согласующихся с длиной L'. В данном случае этапы вычисления 20 и 30 тоже идентичны этапам, представленным со ссылками на фиг.4а.

В трех предыдущих алгоритмах два из трех параметров являются фиксированными, и определяют значение третьего параметра, которое позволяет получить положения отверстий, согласующиеся с длиной L'. Вместе с тем, не выходя за рамки настоящего изобретения, можно разработать другие алгоритмы, в которых сначала фиксируют только один параметр или даже не фиксируют ни одного параметра.

В зависимости от конкретной конструкции рассматриваемой щетки можно принимать во внимание некоторые дополнительные требования.

Так, в конструкциях типа "flat-blade", таких как ранее описанная со ссылками на фиг.1, как правило, предусматривают концевые соединители (не показаны) для удержания стержня 3 жесткости внутри крепежного каркаса. В этом случае отверстия разбрызгивания не могут быть распределены по всей длине L щетки, а только на участке L' длины, по крайней мере, соответствующем общей длине щетки за минусом частей, на которых будут установлены концевые соединители.

Кроме того, в таких конструкциях на крепежный каркас устанавливают также соединительный элемент или соединитель для обеспечения соединения щетки с приводным рычагом. В этом случае соединитель включает в себя гидравлическую функцию с каналами подачи жидкости в направлении рядов отверстий, и можно предусмотреть выполнение аэродинамической части щетки из двух частей, которые крепят на крепежном каркасе с двух сторон от соединителя таким образом, чтобы каналы подачи жидкости в щетке совпали с каналами подачи в соединителе. Пример такой щетки описан в документе WO 2010/006775, поданном на имя заявителя. Для таких конструкций распределение отверстий разбрызгивания можно вычислять при помощи алгоритмов в соответствии с настоящим изобретением, не беря в расчет части, предназначенной для установки соединителя.

Можно также предусмотреть, чтобы шаг между двумя последовательными отверстиями разбрызгивания не превышал определенное предельное значение или находился в интервале между двумя предельными значениями.

На фиг.6-8 показаны результаты вычислений, полученные в соответствии с изобретением для распределения отверстий разбрызгивания на двух сторонах щетки, в которой с двух сторон от соединителя выполнены два полуспойлера.

На фиг.6 треугольники отображают положение отверстий разбрызгивания на одной стороне щетки, а квадраты - положение отверстий разбрызгивания на другой стороне щетки. Как можно заметить, центральная часть, предназначенная для установки соединителя, не содержит ни одного отверстия разбрызгивания. Кроме того, отверстия отстоят дальше друг от друга в нижнем направлении щетки (небольшие значения x_i), чем в верхнем направлении щетки (большие значения x_i), что позволяет компенсировать разницу в линейной скорости. Наконец, отверстия разбрызгивания, находящиеся с одной стороны щетки, предпочтительно чередуются относительно отверстий разбрызгивания, находящихся с другой стороны щетки. Таким образом, повышается вероятность удаления загрязнения, не устраненного в результате первого прохода щетки, во время второго прохода щетки в течение одного цикла очистки.

На фиг.7 показано искомое значение K, полученное для каждого из положений, вычисленных для отверстий разбрызгивания. Можно отметить, что это искомое значение является по существу постоянным (в данном случае находится в пределах между 1,35×10⁴ и 1,45×10⁴ мм²). Наконец, на фиг.8 показаны изменения шага между отверстиями разбрызгивания. На этой фигуре видно, что расстояние, разделяющее два последовательных отверстия, всегда находится в пределах от 15 до 25 миллиметров.

Изобретение было описано для случая так называемой плоской щетки второго поколения, содержащей крепежный каркас, в который в продольном направлении вставлен стержень жесткости, однако изобретение находит также свое применение для так называемых плоских щеток первого поколения.

Эти плоские щетки первого поколения обычно содержат проходящий в продольном направлении крепежный каркас, который в своей нижней части содержит пластину, образующую скребок, предназначенную для трения по очищаемому стеклу, и в своей верхней части - крепежную насадку, оснащенную отражателем. В боковом бортике насадки выполнены дополнительные пазы, в каждый из которых заходят стержни повышения жесткости (как правило, в количестве двух).

Так же, как и в плоских щетках второго поколения, отражатель содержит каналы подачи омывающей жидкости.

Кроме того, хотя изобретение описано для частного случая, когда щетка должна перемещаться по круговой или эллиптической траектории, принцип изобретения можно применять и для других типов траектории, если только траектория предполагает, что не все точки щетки проходят одинаковое расстояние во время цикла очистки.

1. Щетка (1) стеклоочистителя для стекла (6) автотранспортного средства, содержащая крепежный каркас (2), имеющий главное продольное направление и содержащий нижние средства крепления очистительного скребка (4), при этом указанный крепежный каркас (2) выполнен с возможностью перемещения по заданной траектории за цикл очистки стекла (6) между двумя крайними положениями, и устройство разбрызгивания очистительной жидкости, содержащее, по меньшей мере, первый набор отверстий для разбрызгивания, выполненных в линию в указанном главном продольном направлении, по меньшей мере, на части первой стороны щетки так, чтобы обеспечивать разбрызгивание омывающей жидкости спереди щетки по отношению к движению очистки, отличающаяся тем, что отверстия разбрызгивания распределены на указанной первой стороне с непостоянным промежутком, при этом расстояние, разделяющее два последовательных отверстия, выбрано так, чтобы участок поверхности стекла, фактически омываемый через отверстие разбрызгивания во время цикла очистки, был по существу равен одинаковому искомому значению для всех отверстий разбрызгивания первого набора.

2. Щетка стеклоочистителя по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит второй набор отверстий разбрызгивания, выполненных в линию в указанном главном продольном направлении, по меньшей мере, на части второй стороны щетки, противоположной указанной первой стороне, при этом отверстия разбрызгивания второго набора распределены на указанной второй стороне с непостоянным промежутком, при этом расстояние, разделяющее два последовательных отверстия, выбрано так, чтобы участок поверхности стекла, фактически омываемый через отверстие разбрызгивания во время цикла очистки, был по существу равен одинаковому искомому значению для всех отверстий разбрызгивания второго набора.

3. Щетка стеклоочистителя по п.2, отличающаяся тем, что на части первой и второй стороны щетки отверстия разбрызгивания первого набора чередуются в главном продольном направлении с отверстиями второго набора.

4. Щетка стеклоочистителя по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что заданная траектория является круговой или эллиптической, при этом указанное расстояние, разделяющее два последовательных отверстия, выбрано посредством решения следующей системы уравнений

,
где
K соответствует указанному искомому значению, N+1 соответствует общему числу отверстий разбрызгивания, x _i соответствует положению отверстия вдоль указанного главного продольного расстояния, L' соответствует длине части, вдоль которой распределены отверстия, и Δx _i является расстоянием, разделяющим два последовательных отверстия разбрызгивания.

5. Щетка стеклоочистителя по п.4, отличающаяся тем, что для фиксированных числа отверстий разбрызгивания и искомого значения К решение указанной системы уравнений состоит в изменении положения х₀ первого отверстия, пока не будут найдены все положения x _i ÷ x _N, отвечающие системе, при которых
x _N - x ₀ ≤ L'.

6. Щетка стеклоочистителя по п.4, отличающаяся тем, что для фиксированных искомого значения K и положения х ₀ первого отверстия решение указанной системы уравнений состоит в изменении числа N, пока не будут найдены все положения x ₁ ÷ x _N, отвечающие системе, при которых
x _N - x ₀ ≤ L'.

7. Щетка стеклоочистителя по п.4, отличающаяся тем, что для фиксированных числа отверстий разбрызгивания и положения x ₀ первого отверстия, решение указанной системы уравнений состоит в изменении искомого значения К, пока не будут найдены все положения x ₁ ÷ x _N , отвечающие системе, при которых
x _N - x ₀ ≤ L'.