基于Matlab&SolidWorks的雨刷器运动仿真研究

0 引言

    自1927年雨刷器被应用到汽车上，雨刷器一直是汽车上一个不可或缺的零部件。雨刷器最基本的结构功能就是刮除挡风玻璃上的水渍、灰尘等阻碍驾驶员视线的污垢。四连杆机构因其结构方便灵活，能够传递动力并实现左右摆动的动作，同时具有急回的特点而被应用于雨刷器机构中。为了保证雨刷器刮除污渍的效果，雨刷器运动规律的研究依然是设计雨刷器的主要依据。

    机械机构的运动规律分析方法有很多，比较传统的方法包括：图解法、解析法和实验法，图解法虽然形象直观但精度不高;解析法能够保证精度但计算量大;实验法还存在着成本较高、周期长的缺点。

    Matlab软件运算功能强大，包含了很多用来解决实际工程问题的工具箱。其中Simmechanics是Matlab/Simulink模块库中的机构系统模块集，它为多体动力机械系统及其控制系统提供了直观有效的建模分析手段，通过对各种运动副连接的刚体进行建模与仿真，可以实现对机构系统进行分析与设计的目的。然而，直接利用Simmechanics对机构进行建模，其中涉及的具体零部件的参数设置会非常繁琐，尤其是一些复杂形状的刚体结构。本文利用与Matlab对雨刷器机构进行联合仿真分析，在Simmechanics中直接生成机构的仿真模块，免去对各零件模块的参数设置，使机构运动分析更加简便、精准、高效。

1 雨刷器机构实体建模

    雨刷器四杆机构的结构简图如图1所示，电动机驱动回转轴A转动，连杆带动摆杆CD作往复摆动，从而带动与CD固联的雨刷CE摆动，完成刮刷动作。其中各个结构的设计参数为：曲柄AB的长度L_AB=40mm，连杆BC的长度L_BC=352mm，摆杆CD的长度L_CD=60mm，雨刷的长度L_CE=240mm。电动机驱动回转轴以等角速度棕W=1rad/s顺时针回转。

    根据雨刷器机构的实体设计数据，通过进行各个零件的三维建模，并进行装配，得到如图2所示的雨刷器运动机构的三维实体模型。

2.1 Simmechanics模块集

    SimMechanics是Matlab中Simulink模块库下的一个子模块，主要应用于机械系统的刚体运动仿真。SimMechanics模块集包含模拟旋转运动、平移运动、固定焊接等运动模块，可以方便地定义刚体的质量属性和运动属性，不再需要建立数学模型和编程，就可以对机械系统进行实时的模拟仿真与分析。