汽车风挡玻璃刮水器系统的设计与研究

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臂刮刷。
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参考文献
[1]靳晓雄,张立军.汽车振动分析[M].上海:同济大学出 版社,2002. [2]汤姆逊,达利.振动理论及应用[M].北京:清华大学出
输出轴位置的研究与机构的布置
按A区、B区的位置、面积,调整优化刮刷区 域。同时,确定输出轴的位置,之后,通过优化攻击 角、升降角来确定输出轴的角度。 攻击角是指雨刮胶条中心平面与经过玻璃接
触线平面之间的夹角,如图7所示。这个角度是刮 臂设计的重点,也是做风窗玻璃A面造型设计需要

刮水器设计研究
3.1刮水器设计对造型的要求
doi:10.3969/j.i鼹n.1007—4554.2015.12.07
顺刮刮水器。此类刮水器结构较为简单、成本低 0
引言
随着汽车技术的飞速发展,智能、安全、舒适
廉、操作方便、在性能上充分满足了法规要求。

刮水器的基本结构及分类
刮水器的种类繁多。从刮刷数量而言,乘用
的汽车已作为人们对汽车新的考量标准。风挡玻
分为单电机驱动和双电机驱动。顺刮采用单电机 驱动,而对刮则采用双电机驱动。双臂刮刷一般用 于前风挡玻璃。
图4电机内部结构
连杆机构在整个刮水器系统中担当着传递动 力作用,将电动机的动力传递给刮臂刮刷。连杆机
构有2种类型:(1)直接通过四连杆机构来实现刮 臂刮刷的往复运动,刮水器的刮刷角度由四连杆的
图2顺刮雨刮与对刮雨刮
在综合考虑攻击角与升降角后,优化得出刮水 器两个输出轴的角度。在确定输出轴后,机构中各 连杆的尺寸也可以确定下来,然后考虑机构的布
置。布置机构主要考虑2方面:(1)机构的运动包 络与周边零件的间距;(2)对电器部件十分重要的
(2)前风窗长宽比例与A区、B区的人机工程
要求。玻璃长宽比例影响着刮刷区域的覆盖率以
电机中还集成了蜗轮蜗杆机构。蜗轮蜗杆将电动
单忖【{;I.剧 议{
机输出的高速小扭矩转换为低速高扭矩,通常传动
比为40~70,如图4所示。
图1
单臂刮刷与双臂刮刷
为了提高臂刮刷面积,部分单臂刮刷增加了 刮角增大结构的刮臂。在乘用车中,单臂刮刷一般 用于后风挡玻璃。双臂刮刷可分为顺刮和对刮两
种,如图2所示。双臂刮刷根据电机数目不同,可
版社,2005. [3]庞剑,谌刚,何华.汽车噪声与振动:理论与应用[M]. 北京:北京理工大学出版社,2006. [4] 白化同,郭继忠.模态分析理论与试验[M].北京:北京
理工大学出版社.1997.
收稿日期:2015—9—24
・28・
上海汽车2015.12
万方数据
需要的装配空间更小,是今后刮水器的发展方向。 但是由于控制技术的难度较大、生产工艺复杂、价 格比较昂贵,目前在高端车型中使用较多。刮水器
尺寸控制,连杆尺寸的精度直接影响着刮拭角度的 公差,在此类机构中对连杆的尺寸控制要求十分 高;(2)结构较为简单,刮臂刮刷的往复摆动是通
过改变电动机的旋转方向来实现的,而刮刷角度的
乘用车中的刮水器主要有4部分组成:雨刮电 机;连杆机构;控制模块;雨刮刮臂,如图3所示。
大小也由控制器控制,此机构类型必须配合控制电 路使用,结构简单、质量轻、对空间要求较低,在布 置刮水器机构方面具有明显优势。 普通电机中的控制模块能够实现刮水器系统 的高低速、间歇摆动及自动复位功能。而往复式电
图5法规中A、B、c区域图示
除此之外,刮水器要具备以下4个功能。 (1)关:关闭雨刮刮臂,刮刷应该停止在停止
位置;
(2)雾:雨刮工作一个周期后,自动停止到停
止位置;
图6玻璃下圆角图示
3.2
(3)低速:雨刮能够持续在35 cpm以上速度 工作; (4)高速:雨刮能够持续在35 cpm以上速度工 作,同时高低速之间的速度差至少在15 cpm以上。
introduced,and.Through optimi-
zing wiper
and design,wiper quality is improved. It ofkrs driver better View,increases safe—
ty,decrease accident.
【关键词】刮水器系统汽车结构刮刷质量
图3刮水器的组成
机的控制模块能够实现电机转速控制、刮臂刮刷摆 角大小控制、自动复位等更智能的功能。
刮臂刮刷主要由刮杆和刮片组成,用于刮除风
刮水器电机是整个刮水器系统的动力源,按电
机的运行方式可分为回转式电机与往复式电机。
挡玻璃上的雨水、雾气或灰尘等。刮臂刮刷的设计
要求最为严格,刮臂刮刷对玻璃的压力、刮片对玻
回转式电机是普通单向旋转电机,其结构和生产工 艺都较为简单成熟、价格便宜、抗电磁干扰能力也 较强,多用于中低端车型中。往复式电机是在普通 单向电机基础上发展而成,在单向电机中加入了控 制芯片,该芯片可以控制电机旋转方向、旋转角度
和旋转速度。此类电机刮刷角度与刮刷面积更大,
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璃的攻击角、扭转角都影响着刮水器的刮刷质量。
汽车风挡玻璃刮水器系统的设计与研究
沈卓君
(上海汽车集团股份有限公司技术中心,上海201804)
【摘要】
首先研究了刮水器的基本结构、分类与其优缺点,然后介绍了刮水器的设计必须满足的法规与
功能,最后具体研究了在整车开发过程中刮水器的设计及对周边零件的要求。通过研究风挡玻璃刮水器的结构 与设计,从而优化提高刮水器的刮刷质量,使驾驶员得到一个更好的视野范围,提高行车安全度、降低车辆事故 发生率。
同步考虑的参数。攻击角与雨刮器的输出轴角度、 刮杆扭转角以及玻璃曲面综合决定了一个雨刮参 数,直接影响到雨刮刮净度、噪声等性能指标。设 计时应保证攻击角在[一6。,+60]范围内。刮刷翻
转点的时候,即攻击角为O,处于刮刷角度的1/3—
刮水器的设计在整车造型方案阶段就要启动, 从具体车型A区、B区的人机工程开始校核。在造 型锁定前需要考虑并解决以下几点。 (1)玻璃曲率半径。玻璃曲率半径直接影响 着雨刮刮拭质量。玻璃曲率半径应满足表l所示
要求。
表1刮水器对风挡玻璃曲率半径要求
刮片类型 普通刮片 无骨刮片 最小曲率半径/mm 大于l 大于2
500 000
2/3范围内较优,如图8所示。 升降角是指刮杆在玻璃上运动时接头相对于 输出轴法平面距离的变化值。如图9所示,一般升 降值需要小于50
mm。
最大曲率半径/mm 小于lO 小于8
000 000
和刮臂、刮片的重量产生。设计值为每10
1.6
mm
N左右,刮片的长度不同,压力值不同。采用无
骨雨刮的压力值会略大于有骨雨刮片。

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结语
风挡玻璃刮水器是重要的汽车安全部件之一,
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其设计的好坏影响着驾驶员的视野范围。刮水器 的设计从汽车造型设计时启动,玻璃造型曲面以及 周边零件的设计都影响着刮水器的刮水质量。同 时,刮水器类型的选择、布置的位置也是设计时必
图8攻击角曲线与刮片翻转点示意图
须考虑的因素。通过本文研究发现,在刮水器的设 计时各项参数达到要求的情况下,还需要综合优化 整体的参数。
厂r
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参考文献
[1] 田永,韦俊.汽车玻璃刮水器电动机的类型与功能实现

三 M



遨 散
[J].汽车电器,2012(7). [2]刘政,曾雷.新型雨刮器的设计与应用[J].企业技术开 发,2012(2).
【Abstract】
pan.
windshield
wiper system o珏色rs good view for driver.
are
It is
an
important function
The wiper stmcture,classi6cation,specialty and fhnction
structure
璃刮水器承担着清除挡风玻璃上的雨水、雪花或
灰尘等功能,使驾驶员有一个良好的视野范围,确 保驾驶员的行车安全,是当前汽车上必不可少的 安全装置。 本文主要研究当前乘用车中应用最为广泛的
车通常采用单臂刮刷或双臂刮刷,如图1所示。 单臂刮刷采用一根刮臂刮刷来刮拭风挡玻璃,由 于结构限制,单臂刮刷的刮拭面积覆盖率小于双

刮水器功能与法规要求
刮水器的刮刷面积在法规中有着具体明确的
・29・
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要求。在GB与EEC标准中要求,如图5所示,A
区刮刷面积达到98%、B区达到80%。FMVSS标 准中A区80%、B区94%、C区99%。在不同的法
及刮刷区域与周边零件的间距。刮刷区域覆盖率 大为优、与玻璃两侧和顶端的间距小为优。采用顺

./
图9升降角曲线
进入电机会导致电机损坏短路。可以通过增加电 机与导水槽钣金的间距,通常要求电机的接缝处距
离导水槽钣金30 mm;进气格栅要完全遮挡雨水与
电机接触,来保护刮水器电机。在连杆上需要做特
征来避免水通过连杆流向电机。
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・3l・
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・30・
水管理要求。电机的位置要完全与水隔离,避免水
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3.3刮臂刮刷的研究 刮臂刮刷对风窗玻璃的压力大小为重要的技
术指标。压力太大会引发雨刮胶条加速老化、变 形、磨损、噪声大等问题,压力太小又可能在某些情 况下出现刮不干净、风挡玻璃上有水膜影响视野等
玻璃
问题。刮臂对风窗玻璃的压力由雨刮臂上的拉簧
刮雨刮时,玻璃的宽度要大于高度的1.75倍(此为
规标准中A、B、c区定义是不相同。
参考值)。由于玻璃面及其边界为重要的造型面, 一旦锁定就难以更改。在造型锁定前,玻璃相关问 题需要完全解决。 (3)玻璃的边界。为了使副驾驶侧刮片的停


GB标准
止位置在黑边以下,并达到良好的B区覆盖率,要 求玻璃下圆角尽量做成直角,如图6所示。
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