Звук заменит автомобильные дворники

Привычные стеклоочистители могут кануть в Лету уже в ближайшие годы, а их место займут высокотехнологичные ультразвуковые системы.

Архаичная актуальность

С тех пор как Мэри Андерсон изобрела автомобильные дворники, прошло больше 117 лет. В 1903 году мир увидел механическую систему очистки лобового стекла с подвижным резиновым скребком. Подробнее об истории их создания и совершенствования вы можете прочитать в №5 (май) журнала «Автокомпоненты» за 2019 год, который доступен на сайте www.a-kt.ru и в нашем официальном мобильном приложении.

Спустя столетие изобретение не претерпело принципиальных изменений, но актуально до сих пор. Ведь именно дворники сделали автомобили массовыми и универсальными средствами передвижения, без них было бы невозможно ездить ни в дождливую, ни в снежную или слякотную погоду.

Стремление к идеалу

Интересно, что систему очистки лобового стекла начали усовершенствовать практически сразу и продолжают делать это до сих пор. Изобретение Мэри Андерсон довольно скоро было электрифицировано, подтолкнув автопром к массовому внедрению стеклоочистителей.

Однако чем больше машин получали дворники, тем больше выявлялось у них недостатков. Водители жаловались на то, что машущие в разные стороны щетки отвлекают, особенно на большой скорости и в сумерках. В снежную и морозную погоду резиновые части скребков теряли эластичность, скрипели и практически не облегчали обзор либо и вовсе намертво примерзали к стеклу.

На пути к совершенству

Дальше – больше. Если в начале ХХ века автовладельцев более или менее устраивала площадь очистки лобового стекла, которое в слякоть больше напоминало бойницу, то с увеличением количества машин на дорогах, ростом скоростей, развитием придорожной инфраструктуры необходимость в хорошем обзоре росла день ото дня.

Автопроизводители меняли геометрию лобового стекла, ставили по два дворника вместо одного, внедряли системы омывания и даже дефлекторы обдува стекла, позже появился и его электрический обогрев.

Проблему недостаточной очистки решали всем миром. Например, французы расположили стеклоочистители по разным сторонам лобового стекла, а немецкие инженеры из «Мерседеса» создали сложную траекторию движения трапеций стеклоочистителя с обводом большей части поверхности лобового стекла. Но все эти изыски в конечном итоге вели к усложнению и удорожанию конструкций.

Венец творения

Значительно продвинулись производители самих щеток стеклоочистителей. Шли серьезные эксперименты с составом резиновой смеси и покрытиями. В лексикон владельцев автомашин прочно вошли «каучук» и «графит» как показатель правильного выбора щетки.

За 117 лет этот простой девайс превратился из обычного резинового скребка в высокотехнологичные произведения инженерного искусства. Каркасные щетки сначала обзавелись защитными зимними чехлами, потом шагнули в бескаркасную эру, став элегантнее и эффективнее. Относительно недавно на рынок вышли гибридные щетки, в их конструкции эластичная бескаркасная пружина дополнена одним или двумя прижимными механизмами, дополнительно придавливающими дворник к лобовому стеклу по краям. Кажется, что дальше совершенствовать конструкцию дворников уже невозможно!

Больше технической информации о конструкции и типах дворников, а также о применяемых при их производстве резиновых смесях вы можете найти в №5 (май) журнала «Автокомпоненты» за 2019 год, который доступен на сайте www.a-kt.ru и в нашем официальном мобильном приложении.

На острие прогресса

При этом дворники по-прежнему необходимо довольно часто менять; они, как и прежде, надоедливо машут «лапами» прямо перед лицом водителя и имеют значительные ограничения по зоне очистки.

Но, кажется, все проблемы могут быть решены уже в самое ближайшее время! Надежду на прогресс широкая общественность получила в 2014 году. В интервью британской Sunday Times главный конструктор McLaren Automotive Фрэнк Стефенсон (Frank Stephenson) заявил, что его компания работает над системой ультразвуковой очистки стекол автомобилей, которая способна полностью заменить классические подвижные системы.

По его словам, ультразвуковое силовое поле способно создавать мощные потоки воздуха, удаляющие загрязнения без сложных механических систем и дополнительных омывающих механизмов. Ноу-хау сможет решить три главных проблемы: на высокой скорости эффективность очистки не снизится, очистка будет эффективной на всей поверхности стекла, а отвлекающее «махание» навсегда останется в прошлом.

Фрэнк Стефенсон отметил, что технология уже реализована инженерами McLaren на боевых истребителях, но до сих пор является засекреченной. Поэтому какое-то время уйдет на ее адаптацию для автопрома.

Звучит очень впечатляюще, ведь применение ультразвуковых стеклоочистителей позволит не только улучшить видимость, но и аэродинамические свойства авто, а также повысить эффективность, что особенно важно для электромобилей.

Родом из прошлого

Интересно, что концепция ультразвуковых бесконтактных очистителей лобового стекла восходит еще к началу 1960-х годов. Так, в 1963 году в США был подан патент Артура Людвига на тему сборки лобового стекла для автомобилей. В его концепции предлагалось закрепить сверху и снизу лобового стекла ряд ультразвуковых преобразователей, которыми управлял бы высокочастотный генератор.

Система должна была обеспечивать три режима функционирования: только верхние преобразователи, только нижние преобразователи и все преобразователи. Различные режимы были нужны для различных погодных условий. По задумке автора, преобразователи должны были встряхивать стекло, чтобы дождь, снег или грязь не оседали на нем. Однако у автомобильных экспертов нет уверенности в том, что Людвиг создал хотя бы один рабочий прототип установки.

Генерируя волны

Следующим значимым шагом в разработке ультразвуковых очистителей для автомобильных стекол стала конструкция, придуманная Кенро Мотода. С первого взгляда его подход напоминает изыскания Людвига, поскольку на лобовом стекле закреплен набор ультразвуковых преобразователей.

Но здесь преобразователи выступали в роли пусковых установок для поверхностных акустических волн. В отличие от вибраций поверхностные акустические волны перемещаются по стеклу в эллиптическом узоре, распространяясь поступательно по всей площади, унося с собой воду, пыль и иные загрязнения. Патент на изобретение был подан в 1986 году, но, похоже, и эта конструкция никогда не производилась.

Ультразвуковая эволюция

В последующие годы изобретение Мотода обросло большим количеством модификаций. Одной из наиболее интересных стал патент 1990 года на конструкцию пьезоэлектрического полимера, который помещался между прозрачными проводящими электродами для генерации поверхностных акустических волн, то есть система очистки встраивалась в само стекло.

Одной из последних вариаций на тему метода Мотода является изобретение небольшой британской инженерной фирмы Echovista Systems Ltd., представленное в 2011 году.

Оно предполагало значительное расширение режимов работы ультразвуковой установки, а именно: введение функции испарения осадков с поверхности стекла, его ультразвуковой нагрев, чтобы растопить лед, снег и устранить запотевание. Также был создан стеклоомывающий механизм, дающий эффект, подобный погружению лобового стекла в ультразвуковую ванну-очиститель.

В ожидании чуда

Как предполагают западные специалисты, McLaren, скорее всего, будет использовать модификации уже существующих конструкций, поскольку они довольно полно покрывают потребности по ультразвуковой очистке стекла. В конечной конструкции может быть применена система непрерывного изменения частоты ультразвуковых колебаний, которая позволит эффективно избавляться от капель воды и снежинок разных размеров. Вкупе с этим может применяться и сила ударной волны, ультразвукового пульса высокой интенсивности, чтобы избавиться от налипшей грязи.

Другим, весьма сложным и экстравагантным вариантом может стать включение фазовой решетки фокусировки ультразвука (что-то вроде фазовой антенны решетки в современных радарах) в структуру лобового стекла. Это позволит в режиме реального времени получать информацию о том, где находятся загрязнения, какой они структуры и размера, чтобы точечно устранять едва ли не каждую соринку.

Звучит фантастично и очень дорого в реализации, но если вспомнить о вопросах долговечности ультразвуковых преобразователей и высоком расходе энергии для их генераторов, то именно эта фантастичность может стать реальностью.

Однако пока нам остается только ждать, когда готовая система появится сначала на суперкарах, а потом и в массовом автомобилестроении. А чтобы время ожидания прошло с пользой, предлагаем вам ознакомиться со списком лучших производителей автомобильных щеток по версии премии МАК.

Список приведен на странице 36 нашего журнала. Выбирая из их числа, вы сможете быть уверены в прекрасном обзоре даже без ультразвуковых дворников.