淺談風窗玻璃刮水器系統設計

王金龍 林祥武

摘?要：為了提高汽車在雨天和雪天行駛時駕駛員的能見度，專門設置了風窗玻璃刮水器系統。本文主要簡述風窗玻璃刮水系統及其設計方法。

關鍵詞：風窗玻璃刮水器系統;設計

Introduction?to?the?wiper?systems?design

Wang?jin?long??Lin?xiang?wu

Abstract：?In?order?to?improve?the?drivers?visibility?when?driving?in?the?rain?or?snow，?specially?the?wipers?system?is?set?up?in?the?vehicle.?This?article?briefly?introduce?the?wipers?system?and?its?design?method.

Key?words：the?wipers?system????design

1.風窗玻璃刮水系統概述

1.1系統組成

風窗玻璃刮水器系統是所有清潔風窗玻璃外表面的部件加上必要啟停控制裝置組成的系統，其主要由四部分組成，分別是：①刮水器電機;②刮水器連桿;③雨刷臂;④雨刷片。

1.2系統種類

風窗玻璃刮水器系統設計的種類繁多。本文主要簡述其兩種分類。

（1）就刮水器系統停止作動時的外觀形式，可分為四種：①開啟式。雨刷臂和雨刷片能全部被看到，且其刮片停止在風窗玻璃的表面上。②凹陷式。從車輛正面或側面看，雨刷臂和雨刷片部分或者全部被掩蓋。當其不工作時，其雨刷臂和雨刷片均停止在風窗玻璃底部的凹谷狀開口內。③掩飾式。雨刷臂和雨刷片停止在風窗玻璃底部的形成物或嵌條內，起到遮掩住雨刷臂和雨刷片的作用。④隱藏式。該刮水器系統不工作時，其雨刷臂和雨刷片完全被發動機室蓋等遮擋，在車前面不能被看到。

（2）就刮水系統刮刷式樣，其可分為同步（平行）擺動式和對擺式兩大類。①同步（平行）擺動式。主要用在風窗玻璃高寬比大于1：1.75上。一般車輛基本采用此種形式，如轎車。②對擺式。主要用在風窗玻璃高寬比小于1：1.75上，如大型客車。

2.風窗玻璃刮水系統設計

2.1視界的確定

視界的確定則是刮水器系統設計的前提。根據FMVSS?No.104的規定，視界的繪制決定于駕駛員座席的位置（如座席設計中心、座椅背靠角）和雙目橢圓區的位置。

2.2刮刷式樣的確定

確定風窗玻璃黑邊位置，然后選擇雨刷臂和雨刷片的長度及合適的轉軸位置，再給予合適的刮刷角度，從而確定刮刷式樣。

（1）轉軸的位置。不僅需滿足FMVSS?No.104的視界要求，還必須考慮其所引起的刮片在風窗玻璃上的攻擊角變化。一般情況下，攻擊角設定在±5°內。

（2）雨刷臂、雨刷片長度及刮刷角度確定。主要考慮FMVSS?No.104的視界要求。其中雨刷片長度可參照JB3032-81進行選取。刮刷角度的確定還必須考慮傳動機構的傳動效率。其中傳動機構為曲擺機構時，在有效的傳動角度情況下，曲擺的擺動角能達到100°～110°，若玻璃的外形尺寸要求擺動角更大些，就應采用直齒或錐齒變速機構;擺動角超過110°～150°時，可采用叉架代替齒輪變速機構。

（3）刮刷軌跡繪制。要獲得在玻璃上的刮刷軌跡，必須繞著轉軸軸線沿雨刷片方向取徑向截面。在每一截面中，將雨刷臂往下移動使雨刷片的中心處在玻璃表面上，使雨刷片屈曲吻合玻璃表面，刮刷軌跡就是由一系列截面中得雨刷片端點連接而成。

（4）滿足整體要求。確定刮刷式樣，不僅需滿足FMVSS?No.104的視界要求，還必須考慮其整體布置效果，如刮刷式樣與周邊零部件間的間隙量。本文就同向（平行）擺動式刮刷式樣進行說明。

①刮刷式樣的月形高度。月形指雨刷片末端（離轉軸最近端）到轉軸處未能刮刷到的彎曲部分。一般，此未刮刷部分不應伸入B區下邊緣之上，也不應伸入到離下部玻璃黑邊80mm之上。

②刮刷式樣與周邊的距離要求。表1給出了要求項及其一般要求值。

表1?刮刷式樣與周邊的距離要求值

2.3電機及連桿確定

電機及連桿的設計，首先考慮其安裝位置及其布置。刮水器電機一般安裝在發動機室內的凹板上或風窗玻璃下的流水槽內。連桿的布置可分為兩類。當電機與連桿固定于一體布置時，電機及連桿為整體式結構;反之，則為分體式結構。

（1）電機。現在驅動刮水器系統的動力主要是電動機。而永磁式電動機因其結構簡單、體積小、質量小、可靠性強等優點被廣泛使用。

（2）連桿。連桿的設計首先應確定其周邊結構和刮水器電機的布置。

①刮水器電機位置。安裝平面應盡可能和被驅動的轉軸在同一方向上，以保證連桿上的力及電機上的軸向力減到最小。②曲柄尺寸的確定。曲柄的長度應能最大限度地降低制造誤差所造成的連桿上的力和刮刷角度的變化。③連桿形狀的確定。連桿的橫截面可以是管狀、槽形，其決定于載荷和偏置情況。④平衡連桿和曲柄的長度。不適當的平衡會導致過高的角加速度，而使雨刷片碰撞邊框和連桿被鎖住的可能。雨刷片運動的兩個極限位置加速度應一致，從而使運動機構的沖擊載荷降到最小。⑤連桿連接處結構。連桿連接主要采用球頭副結構。該結構在運動過程中，應保證其穩定性，不出現脫落等現象。一般要求其在運動過程中，球頭與球碗間的角度變化不大于15°。

2.4雨刷臂確定

雨刷臂的確定一般在雨刷片及轉軸位置確認之后。雨刷臂與雨刷片連接處的結構設計，可參考GB?11565。雨刷臂設計中，還應考慮其在運動過程中，雨刷臂與玻璃間的夾角及距離變化。一般要求，雨刷臂在運動過程中，其抬高角變化應小于12°。在滿足功能要求下，可盡可能地將雨刷臂設計成具有流線型式樣，以實現其美觀性。

3.結論

風窗玻璃刮水系統種類繁多。設計人員可根據設計需求選擇其種類。在選擇刮刷式樣時，主要根據風窗玻璃高寬比，以便滿足風窗玻璃的視界需求。

風窗玻璃刮水器系統設計，電機及連桿?的布置應考慮其安裝空間，以實現空間的合理利用;雨刷臂及雨刷片的設計不僅要滿足其功能需求，還需考慮其整體的流線性，以滿足美觀等需求。

參考文獻：

[1]趙福堂.汽車電器與電子設備[M].北京：北京理工大學出版社，2009.5

[2]傅連俊.汽車刮水器設計[J].自動車與設計技術，1984.