本发明大致涉及多功能装置，具体涉及用于汽车上的采用电磁装置 的多功能装置。

几乎所有汽车都有一个或一对风挡刮水装置。该装置通常包括安装 在爪型托架上的橡胶刮水片。该爪形托架可转动地连接于安装在转动轴 上的刮水器臂上。该轴由电动机直接驱动或由一台驱动系列的或平行连 接的四杆连接机构驱动。还已知的是提供一种与清洗装置组合的刮水系 统，以便清洗汽车的大灯。

通常还采用一个风窗刮水装置清洗汽车的后风窗。一般，这类后风 窗刮水装置包括一个刮水片，其安装在一个托架上，该托架与一个刮水 器臂连接。刮水器臂与一个刮水器轴连接，该轴由一个斜齿轮以周期性 振荡方式可转动地驱动。由一台可逆的小马力直流电动机通过与其啮合 的电枢轴安装的蜗轮驱动斜齿轮。这类风窗刮水器装置通常安装在微型 蓬车、小型客车、运动车辆等的可转动的升降门上。

常见风窗刮水器装置和电动机机构的例子披露于以下美国专利 中：4,893,039，题为“风挡刮水器电动机”，于1990年1月9日授予 Isii；4,878,398，题为“机动车风窗刮水器的驱动机构”，于1989年， 11月7日授予Heinrich；4,336,482，题为“后风窗刮水器电动机控制”， 于1982年6月22日授予Goertler等；4,259,624，题为“清扫汽车风 窗的装置”，于1981年3月31日授予Seibicke；3,694,723，题为“机 动车风挡刮水器-其在刮水器范围之外有一个停泊位置”，于1972年9 月26日授予Scheider等；和3,665,772，题为“风挡刮水器电动机连杆 压紧停止机构”，于1972年5月30日授予Beard等。以上专利均被收 作本文的参考。

某些常见车辆还采用由电磁驱动的后风窗联锁装置或锁，该锁可以 打开，以使后风窗相对于否则不动的升降门向上转动。通常以组合形式 将一个独立的升降锁安装在升降门上，以便将该门固定在车体上，防止 其偶然转动开启。该升降门锁通常是由手动钥匙或手柄转动操纵，或通 过一个独立的电动机或电磁装置操纵。

另外，还需要独立的电动机或电磁装置来驱动乘客门锁、天线收放 机构、头灯盖收放机构、加油器门锁和实现其它类似功能。传统上对以 上多种电磁装置的需要增加了汽车重量和成本，还造成将其包装在所设 置的小空间中的困难。当风挡刮水机构、后风窗锁和升降门锁及其特有 的相应电磁装置均结合在转动升降门里时，增加的重量特别有害。不仅 因为多个电磁装置增加了部件的成本，而且装配成本、部件数和处理成 本、电线成本、故障电动机噪音和故障种类均增加了。

按照本发明，多功能装置的优选实施方案采用一个电磁装置。所述 电磁装置选择性地使一个间歇运动机构运动，从而驱动与其连接的机械 装置。在本发明的另一方面，由一个电动机选择性地驱动三个间歇运动 机构，从而导致与其连接的三个机械装置运行。在本发明的另一方面， 由一个离合器机构选择性地驱动风窗刮水器。还提供了用于操纵本发明 多功能装置的方法。

与传统系统相比，本发明多功能装置的优点在于，本发明将很多不 同功能综合在一个装置上。例如，本发明的多功能装置能取代传统的分 立后刮水器电动机、升降门锁定/开锁电动机和后风窗开锁电磁装置。因 此，与传统结构相比，本发明多功能装置能显著降低部件成本、装配成 本、部件的增加和处理成本，以及电线成本。另外，本发明的多功能装 置能显著减轻重量和所需的包装空间，同时提高相关系统的电力和机械 可靠性。还能降低故障电动机和电磁装置的噪音。而且，不需要损失连 接机构，这样可以用于操纵本发明的机动多功能装置。通过以下结合附 图所做的说明和所附权利要求，可以看出本发明其它优点和特征。

图1是本发明多功能装置的第一种优选实施方案的正视图；

图2是本发明多功能装置的第一种优选实施方案的分解透视图；

图3是本发明多功能装置的第一种优选实施方案的离合器机构的分 解透视图；

图4是本发明多功能装置的第一种优选实施方案的透视图，其上的 主齿轮被分解，电动机被剖开；

图5是本发明多功能装置的第一种优选实施方案的离合器机构处于 接合状态的局部透视图；

图6是沿图4中线6-6的截面图，表示处于接合状态的本发明多 功能装置的第一种优选实施方案的离合器；

图7是本发明多功能装置的第一种优选实施方案的离合器机构处于 分离状态的局部透视图；

图8是类似于图6的截面图，表示本发明多功能装置的第一种优选 实施方案，其离合器机构处于分离状态；

图9是本发明多功能装置的第一种优选实施方案的主齿轮定位范围 的示意图；

图10是在开始升降门锁定运动时本发明多功能装置的第一种优选 实施方案的示意性后视图；

图11是在升降门锁定结束时本发明多功能装置的第一种优选实施 方案的示意性后视图；

图12是在升降门开锁运动开始时本发明多功能装置的第一优选实 施方案的示意性后视图；

图13是升降门锁定结束时本发明多功能装置的第一种优选实施方 案的示意性后视图；

图14是沿图10中线14-14的局部截面图，示本发明多功能装置 的第一种优选实施方案；

图15是类似于图14的截面图，表示沿反方向转动的本发明多功能 装置的第一种优选实施方案；

图16是本发明多功能装置的第二种优选实施方案的接合轴的侧视 图；

图17是类似于图6的截面图，表示本发明多功能装置的第二种实 施方案；和

图18a-18c是采用了本发明多功能装置的第一种优选实施方案的 后节点的电路图。

诸如微型蓬车等的汽车有一个后升降门，它可以绕上方的一对与车 体结构连接的铰链转动。当升降门转动至开的状态时，可从车辆的后方 进入车内。在图1中示出了这种升降门。升降门31有一个后风窗或尾 盖33，它可以在大体上与升降门31的外表面平齐的关闭状态与开启状 态之间绕上铰链转动。当风窗33的下部被送开时，由一对气压缸将风 窗33推至开启的状态。本发明多功能装置41的第一种实施方案被安装 在升降门31的内表面上。装置41的大部分由一个内调整板(未示出) 掩盖。装置41包括一个中央驱动和动力传递装置43，一个风窗刮水装 置45，一个风窗释放锁47和一个升降门锁49，所有部件均安装在升 降门31上。这种锁的例子(为了将该锁定机构用于本发明中，采用可 以除去的分立的电磁装置或电动机)披露于下列美国专利中： 5,222,775，题为“用于汽车后门的动力操纵锁定装置”，于1993年6 月29日授予Kato；和4,422,522，题为“汽车门锁的惯性锁”，于1983 年12月27日授予Slavin；和3,917,330，题为“电力开锁”，于1975 年11月4日授予Quantz；这些专利均被收作本文的参考。

中央驱动和动力传递装置43的结构如图1-4和6所示。诸如电 动机51的电磁装置是一种常见的小马力直流电磁装置，它有一个金属 电动机外壳，在外壳里有固定的永磁铁、一个绕有线圈的可转动电枢、 与该电枢连接的一个可转动的电枢轴53、一个整流器，它与线圈电气 连接并可随电枢轴转动、一个电刷卡装置和多个电子元件。对本领域技 术人员来说，显而易见的是可用其它的电动机结构取代图中示出的电动 机。

还用齿轮罩57遮盖接收蜗齿轮部分55和紧挨着它的电枢轴53部 分。主斜齿轮59也装在齿轮罩57里，并可在里面转动滑动。轴环61 静止地从罩57中伸出，并与斜齿轮59的转动轴线同轴。齿轮罩57优 选由铸制铝材制成。斜齿轮59有一组外部的斜向齿71，用于与蜗齿轮 部分55啮合。斜齿轮59还有一组向内的花键73。用一对铆钉、螺钉、 超声焊接销、冷热顶锻销等将一个具有传动界面的弹簧调整片75安装 在斜齿轮59的外表面77上。弹簧调整片75优选为模压弹簧钢。当然， 也可以采用诸如整体模制的指、螺钉、铆钉、压缩弹簧、肋的其它传动 界面装置或其它一个表面或其外部突起的类似结构。斜齿轮59优选为 由诸如乙酰的聚合材料注塑而成。通过超声滚动焊接或插入模制将一个 导电反馈盘81固定在斜齿轮59的内表面上。反馈盘81由一组铜合金 或黄铜模压接头组成，正如下文将要详细讲述的，这些接头根据特定的 位置范围有不同的导电和非导电特征。一个电子控制模块罩91有一个 电子控制模块壳体部分93和一个齿轮盖部分95。一个筒形轴97从齿 轮盖部分95伸出。

驱动轴99有一个正齿轮部分101和一个由环形凸缘105分开的支 持体部分103。在正齿轮部分101的外表面有一组花键107，以便可沿 该花键纵向滑动并保持与斜齿轮59的花键73啮合。正齿轮101还有一 个内圆形通道109，可在齿轮盖部分95的轴97上滑动。一个刚性压缩 弹簧11被放置在凸缘和斜齿轮59的轮毂之间，以便将驱动轴99偏压 至从动风窗刮水器轴121。驱动轴99还包括一个由其外表面伸出的凸 轮从动件123。凸轮从动件123可以沿凸轮面125在轴套61的阶式孔 127里转动。可以采用标准的润滑剂。一对倾斜指131为从驱动轴99的 边缘突出的螺旋线形式，以便可以与刮水器轴121上的配合槽可分离的 结合在一起。刮水器轴121还有一个具有螺纹135的远端，它与刮水器 臂和螺母以常规方法连接。刮水器轴121还有一个圆形缘139，由它在 轴套61的远端形成轴承面。由一个带孔的盖141将缘139固定在轴套 61上。驱动轴99和刮水器轴121包括一个分轴式结构，它与凸轮表面 125接合形成一个离合器机构。驱动轴优选由粉末冶金制成，而刮水器 轴121由冷轧钢制成。

参见图1，2和4，风窗锁47是由一个间歇运动机构驱动，该机 构被定义为升降门风窗释放锁连杆201。风窗连杆201由一根钢丝制 成。风窗连杆201的前端203被弯曲，以便穿过齿轮罩57上的槽205。 另外，风窗连杆201的中段207可以在穿过齿轮罩57的一个通道中直 线滑动。风窗连杆201的尾端209与风挡锁连接杆211连接。

一级锁连杆221和二级锁连杆223通过一个连接杆225与升降门锁 49连接。一级锁连杆221也是一个弯曲的钢丝，其前端227伸入齿轮罩 57的槽229中。其中段231可滑动地插在从齿轮罩57上伸出的支持件 233中。C形弯曲钢丝235将一级锁连杆221的弯管237与二级锁连杆 223的远端239连接在一起。二级锁连杆223还有一个近端241，由这 里伸出一个销243，伸入齿轮罩57的弧形槽245中。二级锁连杆223 可绕安装于齿轮罩57上的中央支轴251转动。钢丝235可通过弯曲的 金属丝夹、聚合物压配环、或推压螺母分别与一级锁连杆221和二极锁 连杆223可转动地连接。连杆209、221和223也可以通过类似的固定 装置与其相应的连接杆连接。如下文将要讨论的，根据其选择性的驱动 作业特点锁连杆221和223又被视为间歇运动机构。连杆201、221和 223还可被制成具有多种形状的转动件或滑动件，并可由塑料、横压金 属、粉末冶金、弯曲钢丝或有齿件等制成。还应当理解，所述连接杆可 以被钢丝、皮带、齿轮、若干机械连杆、链条、起重螺丝或其它力传递 和连接装置所取代。

通过参阅图2、3和5-9可以很好地理解用于本发明的离合器机 构的工作。当后风窗刮水器的开关被设在运行模式时，电动机51使得 弹簧调整片75和斜齿轮59在形成于点301和303之间的刮水器位置范 围内振动或往复运动(图9)。与此同时，驱动轴99的凸轮从动件123 在位置305和307之间沿凸轮表面运动(图3)。在上述刮水器的周期 性振动运动期间，驱动轴99的指131完全与刮水器轴121上的槽133 接合，如图5和6所示。因此，刮水器臂137和刮水器轴121与驱动轴 99和斜齿轮59连接在一起一同转动。一个电子控制装置321通过反馈 盘81测定斜齿轮59的转动，反馈盘81通过与四个电气接头接合而起 作用。当刮水器臂137和反馈盘81到达位于点301的刮水行程末端时， 由电子控制装置321驱动正常情况下关闭的继电器325(见图18)， 该继电器以H桥形式安装，以便反转电动机51里的电枢的极性和转动 方向。

当后刮水器开关切换至关的状态时，由电子控制装置指示电动机51 转动斜齿轮59，到达刮水器臂停止位置327。这样使得凸轮从动件123 回到凸轮表面位置305，然后至停止位置329。这样，刮水装置离开后 风挡33(见图1)并移动至位于升降门31上的固定托架上(见图1)， 该托架是作为刮水板停止/压入位置331设计的。这使得后风窗33的运 动(见图1)不受刮水器装置的影响。

当升降门锁/开锁或风窗释放开关启动时，电子控制装置321使斜齿 轮59沿一个倾斜的位置范围353转动，以使驱动轴的凸轮从动件123 沿凸轮面125的斜面357从位置329运动至位置355。这样，由离合器 机构使得驱动轴99的指131从刮水器轴121的槽133中脱开，如图7 和8所示。

参见图1-3和9-18，如果启动升降门锁开关，由电子控制装 置321使得电动机51转动斜齿轮59和弹簧调整片75，通过升降门锁 定位置范围371。因此，弹簧调整片75从图10所示方向运动至图11 所示方向。弹簧调整片75的作用是直接接触并沿槽229向上推压一级 锁连杆221的前端227。这一运动反过来又导致一级锁连杆221移动连 接杆225并将升降门锁49驱动至锁定方向。与此同时，二级锁连杆223 也被转动。电子控制装置321再次通过触点323检测反馈盘的导电方式 状态，以便当弹簧调整片75到达图11的位置时，电动机51马上反向。 由此使得弹簧调整片75、斜齿轮59和驱动轴99回到停止位置327。 因此，如果需要可以迅速恢复刮水器的运行模式。

当升降门开锁开关被启动时，电子控制装置321通过引线601对电 动机51供能，以便将斜齿轮59和安装在它上面的弹簧调整片75转动 至升降门开锁位置范围373，也被视为在图12与图13之间的运动。因 此，弹簧调整片75直接接触并移动二级锁连杆223的锁243，使其沿 槽245向上转动。这样一来，一级锁连杆221又恢复其原始位置，而连 接杆225和升降门锁49处于开启状态，因此，可以用于通过升降门安 装的释放装置打开升降门31。在检测出升降门开锁位置范围373结束 时，电子控制装置321使电动机51将弹簧调整片75、斜齿轮59和驱 动轴99回到刮水器臂的停止位置327。

接着，如果启动升降门安装的风窗释放按钮开关603(见图18)， 电子控制装置321通过导线601向电动机51供能(见图18)。这使得 斜齿轮59上的弹簧调整片75通过风窗释放位置范围375转动。因此， 弹簧调整片75直接接触并沿槽205推压前端203，使其离开固定位置， 如图4所示。这使得连接杆211和风窗锁47处于打开或松开的状态。 因此，气压缸35向上转动并开启后风窗33。风挡连杆201、连接杆211 和风窗锁47通过弹簧偏压恢复其固定的锁定状态。另外，风窗连杆201 也可以与连接杆211整合成一体。另外，沿凸轮面125设置一个机械止 挡件377，以防止凸轮从动件123的过分运动。如图15所示，弹簧调 整片75可被压入斜齿轮59里的穴381中，以便斜齿轮59反向转动期 间从连杆201、223和221下面通过。当然，应当明白，上面讨论过的 位置范围也可以有其它形式和结构，并可以有额外的或不同的作用。

如图2和18所示，电子控制模块包括一个后节结微处理器603， 优选采用安装在一个刚性印刷电路板401上的Motorola MC68HCO5V6 (或者MC68HCO5V7)。后节结电子控制装置321通过导线403以多 路传输(MUX)方式与一台中央主体计算机(未示出)电气连接。采 用J1850方案。由一个电子控制模块盖421将电子控制装置321固定在 电子控制模块罩91里。

本发明多功能装置的第二种优选实施方案如图16和17所示。在该 实施方案中，由一个蜗轮501以类似于第一种优选实施方案的方式驱动 斜齿轮503和与其接合的驱动轴503。第二种实施方案有多种改进之 处，使得现有的实施方案的可生产性更高。驱动轴505有一对凸轮从动 件507。刮水器轴509有一个较大直径部分511和一个较小直径部分 513。螺纹部分位于接近较大直径部分511处，而凹入槽517和端头519 位于接近较小直径部分513处。将一个金属定位环521和垫圈523放在 端头519和斜齿轮503之间，以保持刮水器轴509的定位位置。一个压 缩弹簧525被套在较小直径的部分513上，并位于驱动轴507与垫圈523 之间。另外，也可以采用其它偏压装置，如板簧，弹性塑料杆或弹性材 料。较小直径部分513还可作为驱动轴507的滑动套筒。一对指531从 驱动轴505的边缘伸出，用于可分离地和一对槽533连接。槽535沿刮 水器轴509的较大直径部分511的外表面分布，以便与固定在齿轮罩541 上的销537接合。轴承件551和553安装在较大直径部分511和齿轮罩 541的相邻部分之间。

由塑料套555和橡胶靴557套在齿轮罩541上，以降低由其所产生 的噪音的传递。由一个O形环密封国561、一个金属垫圈563和一个推 压定位环565将刮水器轴固定在罩541中。一种改进的风窗释放锁连杆 571被置于靴557中，并有一个阶形销573伸入齿轮罩541的槽575中。 由张紧弹簧577将连杆571压向其固定位置。还示出于一个弹簧夹581， 它通过一个或几个螺钉583与斜齿轮503连接。或者，第二种优选实施 方案的结构与作用大体上与第一种优选方案的相同。

尽管已披露了这种多功能装置的各种实施方案，但应当理解，可在 不脱离本发明的前提下作出各种改进。例如，可以用一种电磁管、电磁 体或其它电磁装置取代上述电动机。另外，可以用其它正齿轮、小齿轮、 扇形齿轮、行星齿轮、起重螺丝、链轮和链条、滑轮和皮带、钢丝或其 它力传递装置连接电磁装置、转动件、离合器机构、间歇运动机构或锁。 而且，还可用多个齿轮传递装置、连杆、皮带或钢索系统将刮水器装置 与刮水器轴连接在一起。还可以理解，还可以用各种其它多路或非多路 微处理器或类似电路来控制本发明的装置。离合器机构还能以各种其它 结构实现，如贝氏弹簧、膜片弹簧、摩擦板、扇形齿轮、或连杆等。间 歇运动机构还可用其它已知间歇运动机构实现，如马氏机构、星轮机 构、间歇齿轮、擒纵轮、棘轮机构或其它已知的选择性驱动装置。例如， 可以参阅被收作本文参考的下列美国专利：5,228,239，题为“用于汽 车的自动开启和关闭门的系统”，于1993年7月20日授予Hep； 4,352,299，题为“间歇运动齿轮装置”，于1982年10月5日授予Riggs 等；3,443,455，题为“间歇运动装置”，于1969年5月13日授予Zugel； 3,443,442，题为“选择性操纵间歇运动装置”，于1969年5月13日授 予Schweihs；3,442,146，题为“间歇转动运动”，于1969年5月6 日授予Simpson；和3,421,380，题为“间歇运动装置”，于1969年1 月14日授予Mansour。本发明的多功能装置还可应用于风挡刮水器， 侧门锁或其它汽车和非汽车目的。尽管已披露了各种材料、电子元件、 电路和力传递件，也可采用各种其它此类材料、电子元件、电路和力传 递装置。意在由下列权利要求覆盖以上内容和由所披露的实施方案衍生 的实例落入本发明构思的其它方案。

本申请涉及下列专利申请的同一领域，这些中请被收作本文的参 考：美国专利申请流水号08/430,388，题为“采用一个间歇运动机构的 多功能装置”，发明人为James Wayne Gibson和William C.Zimmer； 和美国专利申请流水号08/431,149，题为“汽车多功能装置的控制系 统”，发明人为H.Winston Mause，Shawn P.Slusser，Jefferey L. Kulczycki和Ronald Zaleski。