Anonim

Medan gaya ultrasonik McLaren untuk menggantikan wiper kaca depan

Otomotif

Brian Dodson

24 Desember 2013

3 gambar

Akankah F1 menjadi salah satu mobil McLaren terakhir yang memiliki wiper kaca depan? (Foto: McLaren)

Wiper kaca depan adalah penyelamat hidup, tetapi juga dapat mendorong pengalih perhatian dengan gesekan dan obrolan yang tak henti-hentinya. Nah, tirani wiper akan segera berakhir. Kepala desainer McLaren Automotive, Frank Stephenson, mengatakan kepada The Sunday Times bahwa perusahaan otomotif yang melakukan penelitian sedang menyelidiki penggunaan "medan gaya ultrasonik" untuk menggantikan wiper mobil di mobil. Sementara Stephenson mengacu pada sumber militer untuk teknologi McLaren, tampaknya ada sangat sedikit informasi publik tentang bagaimana medan gaya seperti itu mungkin membersihkan kaca depan selama badai, jadi saya sedang melihat sejarah paten untuk melihat bagaimana ini mungkin tercapai.

Wiper kaca depan sudah ada hampir sepanjang mobil penumpang. Diciptakan pada tahun 1903 oleh Mary Anderson, asli dioperasikan oleh pegangan yang diperpanjang melalui bingkai kaca depan, dan memutar wiper karet bermuatan pegas di kaca depan. Catatan kaki yang menarik untuk penemuan ini adalah bahwa itu ditujukan untuk mobil listrik, meskipun paten itu cukup luas untuk menutupi penggunaannya pada kendaraan pembakaran internal.

Konsep tersebut berkembang selama bertahun-tahun. Pada tahun 1919, sistem wiper kaca depan yang didukung oleh vakum mesin dikembangkan, meskipun fungsi itu diambil alih oleh motor listrik pada tahun 1960-an. Pada akhir 1950-an, vakum mesin sekali lagi diterapkan untuk mengoperasikan wiper intermiten pertama, di mana mode wiper didukung oleh udara yang mengalir ke vakum yang disimpan dalam tabung kecil, dan berhenti ketika perbedaan tekanan antara udara luar dan canister menjadi terlalu kecil untuk menyalakan wiper.

Paten banyak sekali

Konsep pembersih kaca wiperless ultrasonik dapat dilacak kembali ke awal 1960-an. Paten AS 3171683 (diajukan pada tahun 1963) mencakup konsep Arthur Ludwig untuk perakitan "Windshield untuk kendaraan bermotor dan sejenisnya." (Patentese adalah bahasa yang menyenangkan.) Ludwig adalah seorang penemu dengan sejumlah paten untuk berbagai desain wiper kaca depan. Desain awal ini pada dasarnya merupakan array dari transduser ultrasonik tetap ke bagian atas dan bawah kaca depan dan digerakkan oleh osilator frekuensi tinggi.

Switching diatur untuk memberikan tiga mode operasi; hanya atas transduser, hanya transduser bawah, dan semua transduser. Paten mengklaim bahwa mode yang berbeda cocok untuk kondisi yang berbeda. Intinya, transduser menggoyang kaca, sehingga hujan, salju, lumpur, dll tidak menempel. Namun, tampaknya tidak ada bukti bahwa konsep tersebut pernah ditunjukkan - bukan situasi yang tidak biasa di mana kegunaan dari suatu penemuan dianggap terbukti dengan sendirinya.

Kemajuan penting berikutnya dalam pembersih kaca depan ultrasonik dibuat oleh Kenro Motoda. Pendekatannya, sebagaimana dicatat dalam Paten AS 4768256 (diajukan pada 1986), terlihat agak mirip dengan Ludwig, karena ada satu set transduser ultrasonik yang dipasang di kaca depan. Namun, transdusernya sebenarnya adalah peluncur untuk gelombang akustik permukaan. Tidak seperti getaran konvensional, yang umumnya menghasilkan pola gelombang berdiri (stasioner) di permukaan kaca, permukaan gelombang akustik memindahkan permukaan kaca dalam pola elips yang menyebar di seluruh kaca, semoga membawa bersama dengan air, kotoran, dan kotoran lain mengaburkan pandangan pengemudi.

Sementara gerakan progresif dari gelombang akustik permukaan harus lebih efektif daripada guncangan sederhana dari desain Ludwig, tampak bahwa desain Motoda tidak pernah diproduksi.

Sejumlah modifikasi desain dasar Motoda dipatenkan selama bertahun-tahun, termasuk salah satu yang melibatkan polimer piezoelektrik polivinilidin fluorida yang terjepit di antara elektroda konduktif transparan untuk menghasilkan gelombang akustik permukaan, (Broussoux et al, US Patent 5172024 (1990) ); serta aplikasi untuk membersihkan wafer semikonduktor (Akatsu et al., US Patent 6021789 (1998)), dan untuk mengebaskan debu dari optik kamera (Urakami et al., US Patent 8063536 (2009).

Paten terbaru yang dapat saya temukan pada pencuci kaca depan ultrasonik adalah WO2012095643, diajukan pada tahun 2011 oleh sebuah perusahaan rekayasa Inggris kecil, Echovista Systems Ltd. Sementara teknik dasarnya masih seperti Motoda, saudara-saudara Trevett (kepala sekolah di Echovista) telah memperluas kemungkinan mode penggunaan untuk memasukkan penguapan ultrasonik curah hujan dari kaca depan, penggunaan mode vibrasi lain yang mungkin lebih efektif dalam menghilangkan pengendapan, menggunakan pemanasan kaca depan yang disebabkan oleh getaran ultrasonik untuk melelehkan es dan salju dan menghilangkan kabut kaca depan., dan penggunaan nosel cairan pembersih kaca depan, yang memiliki efek serupa dengan menjerumuskan kaca depan ke dalam pembersih ultrasonik.

Echovista juga tampaknya telah melakukan pengujian signifikan pada mesin cuci ultrasonik, mengidentifikasi efektivitas maksimum diperoleh dengan frekuensi ultrasonik sekitar 2 MHz, sesuai dengan panjang gelombang ultrasonik sekitar 2, 5 mm (0, 1 inci).

Pilihan McLaren

Apa yang akan menjadi pendekatan McLaren untuk pencuci kaca ultrasonik? Yah, itu bisa lebih buruk daripada membeli Echovista, karena ini tampaknya orang-orang yang mengklaim lapangan sebagai alasan keberadaan mereka. Apapun, McLaren cenderung menggunakan beberapa variasi dari desain yang ada, karena ini tampaknya memiliki cukup baik menutupi tanah dalam hal pembersihan ultrasonik kaca.

Namun, setidaknya ada tiga variasi yang mungkin meningkatkan efektivitas dan kegunaan ultrasonik. Yang paling sederhana adalah dengan selalu memvariasikan frekuensi ultrasonik untuk memastikan bahwa pasangan gelombang baik ke kisaran yang lebih besar dari ukuran rintik hujan dan kepingan salju. Selanjutnya dalam kerumitan adalah membuat generator ultrasonik yang mampu mengirimkan gelombang kejut sesekali; sebuah pulsa ultrasonik berintensitas tinggi yang akan membantu mengeluarkan endapan yang melekat pada kaca depan.

Versi terakhir, bagaimanapun, akan mencakup fokus bertahap bertahap ultrasonik dalam kaca depan. Jika penerima gelombang ultrasonik ditempatkan di sekitar jendela, mereka dapat digunakan sebagai tipe sonar untuk memberikan informasi tentang apa yang ada di kaca depan. Jika ada benjolan keras kepala (mungkin burung menjatuhkan atau sedikit getah di kaca), lokasinya dapat ditentukan dari data yang diterima. Kemudian fase relatif transduser ultrasonik dapat diatur sehingga ada lonjakan besar energi ultrasonik di bawah benjolan. Energi terfokus ini akan memungkinkan mesin cuci untuk menghilangkan benjolan yang membuat mesin cuci secara global tidak memiliki energi untuk dikeluarkan.

Menyimpulkan, tampaknya ada dua pendekatan untuk pencuci kaca depan ultrasonik: kekuatan kasar dan kepintaran. Mengingat potensi masalah dengan panjang umur dari transduser ultrasonik, dan biaya osilator megahertz daya tinggi, itu tidak segera jelas pendekatan yang akan dipilih. Namun, karena McLaren tidak dikenal karena memilih jawaban berteknologi rendah, saya menduga solusinya akan berada di sisi yang pintar. Pertanyaannya adalah apakah itu akan cukup efektif untuk melewati semua badan lokal yang saat ini memerlukan wiper kaca depan pada kendaraan bermotor? Waktu akan berbicara.

Video di bawah ini menggambarkan bagaimana gelombang ultrasonik dapat membersihkan permukaan puing-puing. Bagian yang baik dimulai sekitar 1:50.

Sumber: US Patents and Trademark Office

Arthur Ludwig mendesain untuk pencuci kaca ultrasonik dari aplikasi patennya pada tahun 1963 (Gambar: US Patent 3171683 A)

Kenro Motoda's permukaan gelombang akustik ultrasonik windshield washer dari aplikasi paten 1986-nya (Gambar: US Patent 4768256 A)

Akankah F1 menjadi salah satu mobil McLaren terakhir yang memiliki wiper kaca depan? (Foto: McLaren)

Direkomendasikan Pilihan Editor