برف پاک کن خودرو چگونه کار می‌کند؟

برف پاک‌کن یا شیشه پاک‌کن یکی از مهم‌ترین ابزار ایمنی است که وجود آن در بسیاری از وسایل نقلیه شامل خودروهای سواری، کامیون، اتوبوس، قطار، کشتی، هواگردها و حتی شاتل فضایی ضروری محسوب می‌شود. با شروع فصل پاییز، باید قبل از رانندگی حتماً از سلامت برف پاک‌کن‌ها مطمئن بود؛ در این مقاله قصد داریم تا نحوه‌ی کارکرد این وسیله را شرح دهیم.

برف پاک‌کن چیست؟

به‌صورت ساده، برف پاک کن قطعه‌ای مکانیکی الکتریکی بوده که وظیفه‌ی اصلی آن، پاک کردن شیشه‌ی جلو از باران، برف و گرد و خاک است که البته در شیشه‌ی عقب و چراغ‌های برخی خودروها هم نصب می‌شود. طرح‌های اولیه‌ی برف پاک‌کن، کاملاً مکانیکی بودند و توسط یک اهرم در کابین، به‌صورت دستی کنترل می‌شدند اما  نمونه‌های مدرن کاملاً برقی و حتی به آب‌پاش، گرم‌کن و سنسورهای تشخیص باران هم مجهز هستند.

تاریخچه برف پاک‌کن؛ ۱۰۰ سال تکامل

اولین طرح‌های برف پاک‌کن، به یک پیانیست لهستانی نسبت داده شده و البته یک فرد انگلیسی نیز مدعی اختراع این قطعه است. در سال‌ ۱۹۰۳، سه فرد مختلف با ادعای اختراع برف پاک‌کن خبرساز شدند اما در سال ۱۹۰۱۱ بود که پتنت رسمی این قطعه در بریتانیا به‌نام گلدستون آدامز، ریاست سابق شورای شهر ساحلی ویتلی‌بی انگلستان ثبت شد. طرح اولیه‌ی آدامز هیچوقت به تولید نرسید اما آغازی بر برف پاک‌کن‌های مدرن بود.

پیش از این در سال ۱۹۰۳، مری اندرسون آمریکایی هم پتنت خود را ثبت کرده بود؛ علاوه بر این، چند ماه پیش از اندرسون، پتنت دیگری با طرح برف پاک‌کن کابین لوکوموتیو مطرح شده بود. سومین نفری که در سال ۱۹۰۳ با ایده‌ی برف‌ پاک‌کن از راه رسید، جیمز هنری اپجان ایرلندی است. رقابت بر سر اختراع اولین برف پاک‌کن‌ صنعت خودروسازی سرانجام به یک شرکت آمریکایی با نام Tri-Continental Corporation رسید که در سال ۱۹۱۷، اولین نمونه‌ی واقعی را تولید کرد؛ این شرکت امروز با نام Trico همچنان یکی از تولیدکننده‌های برف پاک‌کن است. چند سال بعد، برف پاک‌کن‌های اتوماتیک و زمان‌دار نیز به بازار رسیدند. تا پیش از ۱۹۲۰، راننده با کشیدن اهرم، برف‌پاک‌کن را حرکت می‌داد.

اجزای تشکیل‌دهنده‌ی برف پاک‌کن

نمونه‌های موجود در خودروهای مونتاژی ایران، چندان پیچیده نیستند و فقط از چند قطعه تشکیل شده‌اند. دو قطعه‌ی مکانیکی، وظیفه‌ی اصلی برف پاک کن را ممکن می‌کنند:

عملکرد موتور برقی و رابط مکانیکی

برای حرکت رفت و برگشتی تیغه‌های برف پاک‌کن روی سطح شیشه با سرعت بالا، نیروی زیادی مورد نیاز است. برای فراهم کردن این نیرو، چرخ‌دنده‌ی کرمی به کمک یک موتور الکتریکی کوچک آمده است؛ این چرخ‌دنده می‌تواند گشتاور موتور برقی را تا ۵۰ برابر بیشتر کند و در مقابل، سرعت خروجی این موتور را هم تا ۵۰ برابر کاهش دهد. این نیرو از طریق رابط‌های مکانیکی موجود، باعث حرکت رفت و برگشتی تیغه‌های برف پاک کن می‌شود. در داخل ترکیب موتور برقی و چرخ‌دنده، مدار الکترونیکی وجود دارد که در هر لحظه مکان تیغه‌های برف پاک کن را شناسایی می‌کند. این مدار، جریان نیروی بین موتور برقی و رابط‌ها را تا زمانی که تیغه‌های برف پاک کن به حالت افقی و در پایین شیشه قرار نگرفته‌اند، تضمین می‌کند؛ پس از افقی شدن تیغه‌ها، انتقال برق به رابط مکانیکی متوقف می‌شود. وظیفه‌ی دیگر مدار الکترونیکی، پیروی کردن از تنظیمات زمان‌بندی متغیر حرکت تیغه‌ها بوده که در خودروهای مختلف متفاوت است.

یک میله‌ی کوچک که با محور متصل به چرخ‌دنده ارتباط دارد، هماهنگ با موتور برقی چرخش می‌کند. میله‌ی کوچک با یک شاتون بلند (میله‌ای مشابه شاتون)  نیز در ارتباط است که باعث حرکت رفت و برگشتی آن می‌شود. شاتون بلند به‌دلیل اتصال با یک شاتون کوچک، تیغه‌ی سمت راننده را حرکت می‌دهد و سرانجام توسط یک شاتون بلند دیگر، نیروی منتقل شده به تیغه‌ی سمت راننده به تیغه‌ی سمت شاگرد ارسال می‌شود تا هر دو تیغه حرکت رفت و برگشتی داشته باشند.

نگاهی به تیغه‌های برف پاک‌کن

تیغه‌های برف پاک کن را می‌توان مانند انتهای یک تِی توصیف کرد؛ در سطح هر تیغه، پوشش لاستیکی قرار داده شده است تا آب، برف یا دیگر موارد روی شیشه به کنار زده شود. زمانی که تیغه جدید باشد، لاستیک روی آن تمیز، بدون شکاف و بریدگی است و حرکت رفت و برگشتی روی شیشه، روان و بدون لک گذاشتن و خط زدگی انجام می‌شود. پس از گذشت زمان، لاستیک تیغه‌ها بریدگی و شکاف پیدا می‌کند و معمولاً مقداری گرد و خاک روی آن انباشته می‌شود. در این زمان، حرکت تیغه‌ها روی شیشه‌ی جلو، روان نیست و لک زدگی کاملاً مشخص خواهد بود. برای جلوگیری از این اتفاق، نصب پوشش روی تیغه‌ها در فصول گرم سال و شستن آن‌ها با مایع تمیزکننده پیش از استفاده توصیه می‌شود.

طرح‌های حرکت برف پاک‌کن

در بیشتر خودروها، طرح ساده‌ی حرکت رفت و برگشتی تیغه‌ها به یک‌طرف استفاده می‌شود؛ محور دوران یک تیغه در سمت راننده و دیگری در مرکز شیشه قرار گرفته است. طرح دیگر، تیغه‌ی تک و مرکزی مرسدس‌ بنز است؛ در این روش، یک تیغه‌ی مرکزی حرکت رفت و برگشتی دورانی یا M شکل دارد. از طرح‌های دیگر می‌توان به تیغه‌های مخالف چپ و راست، پانتوگراف اتوبوس‌ها، سه تیغه‌ی کامیون‌ها و دو تیغه با اتصال سقفی خودروهای نظامی نام ‌برد.

سیستم کنترل برف پاک‌کن

در بیشتر برف پاک‌کن‌های ابتدایی، سه حالت سرعت بالا، پایین و زمان‌بندی متناوب وجود دارد. در حالت سرعت بالا و پایین، موتور برقی به‌صورت مداوم روشن است اما در حالت متناوب، باتوجه به زمان‌بندی موتور برقی مدتی غیرفعال می‌شود. خودروهای قدیمی فقط یک حالت متناوب برف پاک‌کن دارند، اما در مدل‌های مدرن ۱۰ حالت مختلف و حتی شخصی‌سازی کامل زمان‌‎بندی حرکت تیغه‌ها مشاهده می‌شود. بدون توجه به تنظیمات برف پاک کن خودرو، راننده باید بهترین حالت را باتوجه به شرایط آب و هوایی و سرعت حرکت خودرو انتخاب کند؛ سرعت بیش از حد باعث لک زدگی شیشه و سرعت خیلی کم دید راننده به جاده را مختل می‌کند.

برای رفع این مشکل، خودروهای مدرن و گران‌قیمت به سنسورهای تشخیص باران مجهز شده‌اند.

برف پاک‌کن مجهز به سنسور تشخیص باران

خودروسازان پس از تکامل برف پاک‌کن‌های اولیه، همیشه به دنبال مکانیزم کاملاً اتوماتیک بوده‌اند. برخی از طرح‌های اولیه سیستم تشخیص لرزش حاصل از برخورد قطره‌های باران با شیشه را هدف قرار دادند. در این سیستم، پوشش مخصوصی روی شیشه قرار داده می‌شد تا از تجمع قطره‌های باران جلوگیری یا با لرزش اولتراسونیک شیشه، قطره‌های باران شکسته شود. تمام این طرح‌ها به‌دلیل کاربردی نبودن و مشکلات فراوان به‌تولید نرسیدند.

جدیدترین سیستم برف پاک‌کن‌ها در خودروسازی مدرن، استفاده از سنسورهای تشخیص باران و حرکت خودکار تیغه‌ها باتوجه به مقدار آب موجود روی شیشه است. در این روش جدید، سنسورهای اپتیکال در کنار آینه دید به عقب کابین و در اتصال با شیشه‌ی جلو، نصب شده‌اند؛ این سنسورها با تابش فروسرخ در زاویه‌ی ۴۵ درجه به شیشه‌ی جلو (در برندهای مختلف، متفاوت است)، خشک یا خیس بودن را تشخیص می‌دهند. اگر شیشه خشک باشد، بخش زیادی از تابش به سنسور بازمی‌گردد اما در صورت خیس بودن شیشه، با توجه به مقدار قطره‌های آب، تابش کمتری به سنسور برمی‌گردد. اگر تابش بازتابی کمتر از سطح اولیه باشد، نرم‌افزار و قطعات برقی سنسور، به‌صورت خودکار تیغه‌های برف پاک کن را حرکت می‌دهند. نرم‌افزار موجود در سیستم، با توجه به مقدار آب و رطوبت روی شیشه پس از هر یک حرکت رفت و برگشتی تیغه‌ها، سرعت برف پاک کن را تنظیم می‌کند؛ بنابراین نیازی به دخالت راننده در سیستم و نگرانی از لک زدگی شیشه به‌دلیل سرعت زیاد نیست.

در انواع کشتی‌ها و قطارها سیستم برف پاک کن بدون تیغه‌های مکانیکی هم وجود دارد؛ در این روش، یک دیسک شیشه‌ای با گردش سریع قطرات باران روی شیشه را از بین می‌برد که البته ابتدا برای خودروهای سواری طراحی شده بود، اما پس از مدتی عملکرد بهتر آن در کشتی‌ها و قطارها، مشخص شد.