本發(fā)明屬于雨刷系統(tǒng)設(shè)計，特別涉及一種壓緊力動態(tài)調(diào)節(jié)的風(fēng)擋雨刷裝置及控制方法。

背景技術(shù)：

1、風(fēng)擋雨刷裝置可以為直升機等運輸設(shè)備刮刷風(fēng)擋玻璃上的雨水、塵土、霧氣等，但當(dāng)風(fēng)擋玻璃曲率大時，會導(dǎo)致雨刷在工作時，壓緊力發(fā)生變化，起飛后，風(fēng)擋雨刷裝置受到氣流影響，也會導(dǎo)致刷片壓緊力發(fā)生變化。壓緊力小時，會有較大長度脫離玻璃表面，形成翹起現(xiàn)象；當(dāng)刷片壓緊力過大時，壓緊力的變化導(dǎo)致了摩擦阻力的變化，可能會出現(xiàn)刷片抖動現(xiàn)象。傳統(tǒng)的風(fēng)擋雨刷裝置通過在刷臂組件上手動調(diào)節(jié)棘輪轉(zhuǎn)動，從而帶動與之相連的彈簧，進(jìn)而帶動刷臂轉(zhuǎn)動來調(diào)節(jié)與玻璃之間的壓緊力。但傳統(tǒng)的手動調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)范圍有限，且不能在飛行過程中操作使風(fēng)擋雨刷裝置適應(yīng)不同飛行條件。但在飛行工況時，比如大速度轉(zhuǎn)彎時的風(fēng)力和離心力大于彈簧力時，刷片會脫離玻璃表面。從大速度轉(zhuǎn)彎恢復(fù)到正常飛行狀態(tài)時，刷臂和刷片脫離狀態(tài)到再次回到玻璃表面，此時如果刷片脫離玻璃表面較遠(yuǎn)，飛行狀態(tài)轉(zhuǎn)換的較快時，刷片接觸玻璃表面時速度較快，玻璃表面受到的沖擊力較大，可能會對玻璃產(chǎn)生一定的危害，因此要避免刷臂刷片離開玻璃表面，增大壓緊力會避免該現(xiàn)象的產(chǎn)生，但壓緊力增大到一定程度仍不夠的情況下，持續(xù)增大會造成電機減速器組件、刷臂組件、刷片組件等地載荷增加，影響壽命。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明提出一種壓緊力動態(tài)調(diào)節(jié)的風(fēng)擋雨刷裝置及控制方法，通過在刷臂端布置壓緊力調(diào)節(jié)裝置.通過控制組件內(nèi)部的預(yù)測模型和控制方法，輸出適應(yīng)于當(dāng)下氣象條件和飛行條件的電流值，該控制電流電流作用于電磁鐵，因而通過控制壓緊力調(diào)節(jié)機構(gòu)裝置內(nèi)部電磁鐵的電流值使電磁鐵的磁力發(fā)生變化，彈簧在兩端電磁鐵的吸力或斥力的作用下進(jìn)行壓縮或反彈，從而帶動刷臂轉(zhuǎn)動，進(jìn)而調(diào)節(jié)和刷片與玻璃之間的壓緊力，從而避免出現(xiàn)壓緊力小時造成的翹起現(xiàn)象以及刷片壓緊力過大時引氣的刷片抖動現(xiàn)象，本發(fā)明還公開一種限位機構(gòu)，該限位機構(gòu)作用于刷臂和擺臂之間，利用刷臂上的減輕孔進(jìn)行限位，當(dāng)在一定的條件下，比如大速度轉(zhuǎn)彎時，上述壓緊力調(diào)節(jié)裝置中的彈簧拉伸到一定程度時，限位機構(gòu)卡到刷臂的減輕孔限動位置，從而抑制刷臂的轉(zhuǎn)動，進(jìn)而能保持刷片與玻璃的貼合。

2、為了解決上述技術(shù)方案，

3、一種壓緊力動態(tài)調(diào)節(jié)的風(fēng)擋雨刷裝置，包括：擺臂、刷臂、刷片、第一電磁鐵、第二電磁鐵、連接鉤、第一軸、第二軸、彈簧；

4、擺臂和刷臂通過第一軸鉸接；

5、第二軸固定在刷臂上，第一軸通過連接鉤連接第一電磁鐵、第二軸通過連接鉤連接第二電磁鐵；彈簧連接在第一電磁鐵和第二電磁鐵之間；刷臂前端連接刷片；

6、第一電磁鐵和第二電磁鐵上分別設(shè)有第一位移傳感器和第二位移傳感器。

7、進(jìn)一步，擺臂上設(shè)有限位塊，刷臂設(shè)有限位孔；

8、限位孔套設(shè)在限位塊外側(cè)；

9、通過限位孔與限位塊配合限制刷臂與擺臂繞第一軸的相對轉(zhuǎn)動幅度。

10、進(jìn)一步，限位孔為圓孔；

11、限位塊為多邊形，至少具有一個與限位孔貼合的弧邊與限位孔孔壁配合進(jìn)行限位。

12、進(jìn)一步，擺臂與刷臂連接一側(cè)為單耳，設(shè)有軸孔和定位孔；

13、刷臂與擺臂連接一側(cè)為雙耳，設(shè)有軸孔和定位孔；

14、第一軸穿過軸孔將擺臂與刷臂鉸接；

15、兩個限位塊分別設(shè)置在擺臂兩側(cè)，通過螺栓連接固定。

16、進(jìn)一步，限位塊設(shè)有限位槽，限位槽與擺臂配合防止限位塊隨螺栓轉(zhuǎn)動。

17、進(jìn)一步，裝置還包括：控制組件；

18、控制組件與第一、第二電磁鐵，第一、第二位移傳感器和飛控計算機連接；

19、控制組件根據(jù)第一、第二位移傳感器采集的彈簧位移量數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)第一、第二電磁鐵的供電電流，從而調(diào)節(jié)刷臂的壓緊力。

20、進(jìn)一步，一種壓緊力動態(tài)調(diào)節(jié)的風(fēng)擋雨刷裝置控制方法，步驟如下：

21、步驟1a：確定彈簧伸縮量理想值x0；根據(jù)彈簧伸縮量理想值確定兩個電磁鐵的初始電流值i0；

22、安裝風(fēng)擋雨刷完之后進(jìn)行反復(fù)調(diào)試，確定一個彈簧伸縮量理想值x0，在此伸縮量的彈簧作用下，刷片在整個刮刷周期內(nèi)都能刮刷順滑，刷片不抖動不翹起，刮刷效果良好。

23、步驟2a：采集兩個位移傳感器的測量值，并根據(jù)測量值計算彈簧伸縮量實際值xi1；

24、第一位移傳感器隨第一電磁鐵進(jìn)行位移，反饋的位移值y1代表第一電磁鐵對彈簧的壓縮量；第二位移傳感器隨第二電磁鐵進(jìn)行位移，反饋的位移值y2代表第一電磁鐵對彈簧的壓縮量，彈簧在兩個電磁鐵的作用下進(jìn)行壓縮，則彈簧的總壓縮量為x＝y(tǒng)1+y2

25、步驟3a：當(dāng)彈簧伸縮量實際值xi1大于彈簧伸縮量理想值x0時，增大兩個電磁鐵電流值ii；

26、直至彈簧伸縮量調(diào)節(jié)值xi至閾值范圍：

27、|xi-x0|＜ε,其中ε為誤差值。

28、電磁鐵的磁力與電流的關(guān)系：

29、電磁鐵的吸力可以通過lorentz力來計算，即物體在受到電磁場作用時所產(chǎn)生的力。lorentz力的大小可以用公式f＝bil表示，其中f表示產(chǎn)生的力，b表示磁場強度，i表示電流強度，l表示線圈的長度。

30、而電磁鐵的磁場強度則可以用公式來表示，其中μ表示磁導(dǎo)率，i表示電流強度，r表示線圈與物體之間的距離。

31、本發(fā)明中，彈簧受到來自兩個電磁鐵的作用力，則彈簧彈力f＝f1+f2,f1、f2分別為第一、第二電磁鐵產(chǎn)生的電磁力；

32、彈簧彈力與彈簧伸縮量之間的關(guān)系為：f＝kx,k是彈簧的彈性系數(shù)；

33、步驟4a：當(dāng)彈簧伸縮量實際值xi1小于彈簧伸縮量理想值x0時，減小兩個電磁鐵電流值ii，直至彈簧伸縮量調(diào)節(jié)值xi至上述閾值范圍。

34、一種壓緊力動態(tài)調(diào)節(jié)的風(fēng)擋雨刷裝置控制方法，步驟如下：

35、步驟1b：確定彈簧伸縮量理想值x0；根據(jù)彈簧伸縮量理想值確定兩個電磁鐵的初始電流值i0；

36、步驟2b：訓(xùn)練bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；

37、bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是用誤差逆?zhèn)鞑ニ惴?亦稱反向傳播算法)進(jìn)行訓(xùn)練的多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其結(jié)構(gòu)包括輸入層、隱含層與輸出層，每層神經(jīng)元與下一層神經(jīng)元之間全部聯(lián)系，而神經(jīng)元之間不存在層間和跨層聯(lián)系。

38、bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)函數(shù)是二乘誤差函數(shù),表達(dá)式如下

39、

40、其中，k＝1,2…,n為樣本數(shù)。yk為實際輸出向量，tk為期望值向量。

41、bp算法的學(xué)習(xí)過程由信號正向傳播、誤差逆向傳播兩個過程組成。信號由輸入層逐層往后傳，直至產(chǎn)生輸出層的結(jié)果，然后再計算輸出層的誤差，再將誤差逆向傳播至隱含層，根據(jù)隱含層的誤差對權(quán)值和閾值進(jìn)行更新，直到誤差減小到可以接受的程度或?qū)W習(xí)次數(shù)達(dá)到設(shè)定值。

42、bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理可以分為如下幾個步驟：

43、(1)輸入信號ai→中間節(jié)點(隱層點)→輸出節(jié)點→輸出信號yk；

44、(2)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的每個樣本包括輸入向量a和期望輸出量t，網(wǎng)絡(luò)輸出值y和期望輸出值t之間的偏差。

45、(3)通過調(diào)整輸入節(jié)點與隱層節(jié)點的聯(lián)接強度取值和隱層節(jié)點與輸出節(jié)點之間的聯(lián)接強度取值，以及閾值，使誤差沿梯度方向下降。

46、(4)經(jīng)過反復(fù)學(xué)習(xí)訓(xùn)練，確定與最小誤差相對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)(權(quán)值和閾值)，訓(xùn)練到此停止。

47、(5)經(jīng)過上述訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)即能對類似樣本的輸入信息，自行處理輸出誤差最小的經(jīng)過非線性轉(zhuǎn)換的信息。

48、本發(fā)明的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型的輸入?yún)?shù)，包括雨量、風(fēng)速、風(fēng)向、前飛速度、飛行角度，輸出參數(shù)為彈簧位移值。經(jīng)過數(shù)據(jù)探索、數(shù)據(jù)預(yù)處理、然后利用matlab神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱建立bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行挖掘建模，開始訓(xùn)練。訓(xùn)練完畢后，將當(dāng)下的參數(shù)數(shù)據(jù)作為輸入量輸入到將訓(xùn)練好的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，輸出量即為當(dāng)下時刻彈簧位移預(yù)測值xi2。

49、步驟3b：采集飛行參數(shù)數(shù)據(jù)，包括：雨量、風(fēng)速、風(fēng)向、前飛速度、飛行角度；

50、步驟4b：將飛行參數(shù)數(shù)據(jù)輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型得到彈簧伸縮量預(yù)測值xi2；

51、步驟5b：當(dāng)彈簧伸縮量預(yù)測值xi2大于彈簧伸縮量理想值x0時，增大兩個電磁鐵電流值ii,直至彈簧伸縮量調(diào)節(jié)值xi至閾值范圍：

52、

53、步驟6b：當(dāng)彈簧伸縮量預(yù)測值xi2小于彈簧伸縮量理想值x0時，減小兩個電磁鐵電流值ii，直至彈簧伸縮量調(diào)節(jié)值xi至閾值范圍：

54、綜上所述，本發(fā)明的有益效果如下：

55、本發(fā)明提出一種壓緊力動態(tài)調(diào)節(jié)的風(fēng)擋雨刷裝置及控制方法，替代傳統(tǒng)刷臂中的棘輪來調(diào)節(jié)壓緊力，通過控制通過電磁鐵的電流值對刷片壓緊力進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)，改善了傳統(tǒng)構(gòu)型中手動調(diào)節(jié)壓緊力的不便性，并能夠適應(yīng)不同飛行工況，在飛行過程中進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)；

56、本發(fā)明提出了一種控制方法，通過bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，輸入當(dāng)前的飛行工況中對雨刷影響較大的參數(shù)，對壓緊力進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)；

57、本發(fā)明提出一種限位機構(gòu)，通過機械結(jié)構(gòu)保證大速度轉(zhuǎn)彎飛行等刷臂、刷片容易被吹起的情況下，仍能保證刷臂和刷片組件壓在玻璃上，不會脫離。