Đôi nét về chiếc gạt nước đầu tiên trên xe hơi
Mary Anderson (1866-1953) Người phát minh ra chiếc gạt nước đầu tiên
Một sự thật khá thú vị là bằng sáng chế về mô hình gạt nước trên xe hơi lại được cấp cho một người phụ nữ – Mary Anderson (1866-1953). Trong bằng sáng chế, Mary miêu tả đây là “một thiết bị làm sạch cửa sổ” dành cho xe hơi. Thiết bị này hoạt động trên nguyên tắc đòn bẩy, người lái sẽ dùng một chiếc cần gạt trong xe để di chuyển bộ phận làm sạch nằm trên cửa kính. Kể từ đó, bộ gạt nước liên tục được các thế hệ nhà phát minh tiếp theo cải tiến, bổ sung chức năng để cho đến ngày hôm nay, trở thành công cụ quan trọng và tiện lợi trên tất cả những chiếc xe hơi.
Cấu tạo bộ gạt nước
Về cơ bản, bộ phận gạt nước được hợp thành từ 2 hệ thống cơ khí chính là:
- Một hệ thống motor điện và trục vít để giảm bớt lực truyền từ motor ra tới lưỡi gạt nước (cần gạt).
- Một cơ cấu đòn bẩy biến chuyển động quay từ motor đưa ra thành chuyển động tịnh tiến (qua lại) của lưỡi gạt nước trên kính chắn gió.
Cơ chế hệ thống điện và trục vít
Trong quá trình sử dụng gạt nước, đặt biệt là khi trời mưa to, các bạn sẽ nhận thấy rằng cần phải có một lức khá lớn để di chuyển nhanh lưỡi gạt qua lại trên kính chắn gió, đồng thời loại bỏ lượng lớn nước mưa cứ liên tục đổ xuống. Nguồn lực này sẽ được cung cấp bởi một motor và truyền qua trục vít. Trục vít có chức năng tăng cường mô men xoắn của động cơ lên gấp 50 lần đồng thời, nó cũng làm giảm tốc độ quay của động cơ 50 lần. Do đó, bộ phận này đã tạo nên chuyển động hoàn hảo và mạnh mẽ của các lưỡi gạt ở bên ngoài.
Bên cạnh đó, bên trong của cơ cấu motor/trục vít còn được tích hợp một bảng mạch điện tử có khả năng nhận biết được khi nào lưỡi gạt đang bung ra hết cỡ. Khi đó, bảng mạch này sẽ duy trì sự hoạt động của motor cho tới khi lưỡi gạt đã được xếp lại hoàn toàn. Đồng thời, bảng mạch này cũng chịu trách nhiệm điều khiển hoạt động của lưỡi gạt ở các chế độ gạt liên tục hay cách nhau một khoảng thời gian nhất định.
Cơ cấu đòn bẩy
Một vấu cam nhỏ được lắp vào trục của bánh răng nối với trục vít. Khi trục vít xoay, bánh răng cũng xoay và làm cho vấu cam này xoay. Đầu còn lại của vấu cam sẽ được nối tới một thanh truyền. Cơ cấu này sẽ biến chuyển động quay của vấu cam thành chuyển động tịnh tiến của thanh truyền. Như hình động minh họa bên trên, các bạn sẽ thấy thanh truyền tiếp tục đẩy một thanh dài khác nối với lưỡi gạt làm nó chuyển động qua lại liên tục.
Sau khi đã nắm được các thành phần chính của bộ gạt nước trên xe, phần tiếp theo chúng ta sẽ nói rõ hơn về các chi tiết của lưỡi gạt.
Lưỡi gạt nước
Ảnh minh họa lưỡi gạt nước
Các bạn có thể hình dung lưỡi gạt tương tự như những cái chổi cao su dài. Bề mặt tiếp xúc giữa lưỡi gạt và mặt kính chắn gió được phủ lên một lớp cao su mỏng. Chính lớp cao su này sẽ tạo độ bám nhất định trên mặt kính, giúp đẩy nước và bụi bẩn ra 2 bên kính chắn gió. Lực truyền từ thanh dẫn bên dưới được đưa tới vị trí trung tâm của lưỡi gạt. Tuy nhiên, bên dưới vị trí này là một hệ thống từ 6 đến 8 cơ cấu đòn bẩy nữa để đảm bảo lực được phân phối đều suốt chiều dài lưỡi gạt nhằm giúp nó ôm sát vào mặt kính hơn.
Đối với các lưỡi gạt còn mới, lớp cao su rất sạch, không hề có vết nứt hoặc rãnh trên bề mặt. Do đó, lưỡi gạt mới sẽ đẩy nước đi một cách sạch sẽ mà không để lại các vệt trên mặt kính. Ngược lại, khi lưỡi gạt đã cũ, bụi bẩn sẽ bám vào và những vết nứt sẽ hình thành trên lớp cao su. Kết quả là lưỡi gạt không còn ôm sát một cách hoàn hảo và trong quá trình vận hành sẽ để lại vệt trên bề mặt kính chắn gió. Khi đó, các bạn nên vệ sinh sạch sẽ lưỡi gạt để cải thiện tình hình này. Nếu lớp cao su đã quá già cỗi thì tốt nhất là nên thay lưỡi gạt mới.
Một số cách bố trí lưỡi gạt nước thường gặp
Phần lớn các mẫu xe hơi sẽ có 2 lưỡi gạt. Khi hoạt động, 2 lưỡi gạt sẽ cùng nhau di chuyển để làm sạch bề mặt kính. Hồi bé khi ngồi trong xe hơi, minh rất thích thú khi thấy được lưỡi gạt làm việc. Khi đó, minh tự hỏi rằng làm thế nào mà 2 lưỡi gạt có thể di chuyển qua lại như thế mà không bị vướn vào nhau? Thật ra, 2 lưỡi gạt được đặt tại 2 điểm lệch về 1 bên của kính chắn gió (như hình minh họa). Cách sắp xếp này gọi là gạt nước theo kiểu tăng đem (tandem systems). Đây là kiểu được sử dụng rất phổ biến do có thể vệ sinh được diện tích rộng trên kính chắn gió và tạo ra trường nhìn tốt nhất cho người lái. Ngoài ra còn có một số kiểu bố trí gạt nước khác như 2 lưỡi đối diện nhau lệch về 2 bên kính, kiểu 1 lưỡi gạt,… Tuy nhiên, các cơ cấu này có cấu trúc phức tạp nhưng lại làm việc kém hiệu quả hơn.
Điều khiển gạt nước
Phần lớn hệ thống gạt nước trên xe hơi đều có thể làm việc ở 2 chế độ liên tục hoặc có thời gian nghỉ, tùy vào ý muốn của người điều khiển. Ở chế độ vận hành liên tục, gạt nước có thể được điều chỉnh ở 2 chế độ cường độ cao hoặc thấp, khi đó, motor sẽ vận hành liên tục. Đối với chế độ gạt có thời gian nghỉ, sau khi di chuyển hết 1 hành trình, các lưỡi gạt sẽ nghỉ một khoảng thời gian nhất định trước khi tiếp tục làm việc. Thông thường, núm điều khiển gạt nước thường nằm ở vị trí bên trái (hoặc bên phải tùy dòng xe) của vô lăng, đối diện với núm điều chỉnh đèn xi nhan.
Mỗi mẫu xe khác nhau sẽ hỗ trợ người điều khiển nhiều chế độ gạt nước khác nhau nhưng về cơ bản đều chia thành 2 loại bên trên. Phức tạp nhất là anh gạt nước có thời gian nghỉ, có mẫu xe hỗ trợ tới 10 kiểu thời gian nghỉ khác nhau tùy vào mục đích và điều kiện thời tiết đa dạng ngoài thực tế. Đối với một số mẫu xe hiện đại còn được trang bị thêm cảm biến mưa trên hệ thống gạt nước, khi đó, người lái chỉ cần chuyển sang chế độ tự động, và hệ thống sẽ tự nhận biết được khi nào mưa to, mưa nhỏ,… để điều chỉnh cường độ gạt nước thích hợp. Thật tuyệt vời! Cùng tìm hiểu nhé.
Cảm biến nước mưa trên gạt nước
Ảnh minh họa một bộ cảm biến nước mưa gắn trên kính chắn gió bên trong xe, đằng sau vị trí gắn gương hậu trung tâm
Từ trước đến nay, các nhà sản xuất xe hơi luôn tìm cách để gạt nước có thể tự động điều chỉnh cường độ làm việc cho phù hợp với điều kiện thời tiết. Một số nhà sản xuất muốn sử dụng kỹ thuật phát hiện ra các rung động do hạt nước mưa gây ra trên kính chắn gió. Một ý tưởng khác là phủ lên kính chắn gió một lớp vật liệu nhằm ngăn chặn sự hình thành các giọt nước. Thậm chí, một số kỹ sư còn đề xuất trang bị hệ thống rung siêu âm lên kính chắn gió để loại trừ nước bám lên. Tuy nhiên, các hệ thống này hoặc vẫn chưa phổ biến, hoặc chưa được áp dụng rộng rãi do còn mắc nhiều nhược điểm và chưa thể vận hành một cách hoàn hảo.
Tuy nhiên, một hệ thống gạt nước đã được áp dụng thành công cho nhiều mẫu xe hiện nay. Theo đó, hệ thống này sẽ phát hiện được lượng nước trên kính chắn gió và điều khiển cường độ gạt nước thích hợp. Bằng cách sử dụng các cảm biến quang học, hệ thống có thể phát hiện ra được hơi ẩm của kính, từ đó suy ra được lượng nước mưa và điều kiện thời tiết tương ứng. Thông thường, các cảm biến thường được lắp ở bên trong, ngay vị trí gắn kính chiếu hậu trung tâm xe.
Các cảm biến sẽ chiếu các tia hồng ngoại lên kính chắn gió với một góc 45 độ. Nếu kính khô, phần lớn các tia hồng ngoại sẽ được phản xạ trở về cảm biến. Nếu có những giọt nước trên bề mặt kính, tia hồng ngoại sẽ bị phản xạ theo nhiều hướng khác nhau, cảm biến sẽ hiểu rằng “Ah, vậy là trên kính có nhiều nước quá, chắc là có mưa rồi!” và sẽ tự điều chỉnh các lưỡi gạt làm việc để giải phóng tầm nhìn cho người lái. Tùy vào lượng tia phản xạ về mà cảm biến sẽ điều chỉnh các cường độ làm việc thích hợp.