前雨刮過刮量分析研究及實例工程優化

李曉靜

摘要：本文用實例探究了影響前雨刮過刮量的主要因素及影響。通過相關試驗與分析，確認問題點并制定針對性對策。

關鍵詞：雨刮;過刮量;晃動

1前言

雨刮是維持駕駛員前方視野的重要系統，既要盡量增大玻璃上的刮刷區域，又要保證刮片與周邊件有足夠的安全距離，避免運行中發生碰撞。所以，準確地設計安全距離至關重要。本文僅針對機械馬達前雨刮進行研究分析。

2前雨刮過刮量產生機理

2.1過刮量及過刮角度介紹

據國標及各主機廠技術要求，前雨刮通常有兩個運行速度，據玻璃面水量的多少又涵蓋了六種運行狀態，其中低速濕刮最接近設計狀態，所以，車型開發時，通常以低速濕刮狀態參數作為設計依據，如圖1中θ即為設計狀態的刮刷角度，粗實線區域即設計狀態的理論刮刷區域。而高速濕刮狀態摩擦力最小，需求力矩最小，刮刷角度最大（與之相對應的是低速干刮）。如圖1中的距離S即高速濕刮時刮片在翻轉位的過刮量，過刮量即是實際刮刷量與理論刮刷量之間的偏差。過刮量與過刮角度換算關系如下：

2.2過刮產生機理

制造公差、裝配公差，都會使實際刮角與理論值產生偏差。刮臂刮片運行時因自重，會產生慣性，使刮角增大;長時間使用后，零部件產生磨損，配合間隙增大，使刮角增大。這些因素都將導致過刮。

2.3影響過刮量的主要因素

影響過刮量的因素有很多，主要分為四大類，如表1。前三類決定了刮刷的初始狀態，第四類是使用一段時間后，各方面的磨損對過刮的加劇程度。經過長期探索研究和經驗積累，以下因素對過刮影響較大，如表2：

3.過刮的實例研究

3.1現象描述

某車型在做150W次高低速組合耐久試驗，進行到75W次（50W次低速+25W次高速）時，高速濕刮出現過刮量明顯偏大現象，刮片與A柱碰撞產生砰砰異響，且使雨水飛濺。

3.2原因分析

3.2.1設計確認

在設計階段，過刮量分析值如表3，實際設計駕駛側刮片在翻轉位與A柱預留值為58mm，如圖2，故實際設計值與過刮量分析值可以匹配。

3.2.2初步分析

重新確認新狀態樣件及75W次試驗后樣件高低速刮刷情況。確認結果如表4。

以上測量結果分析得出：

a.新樣件高速濕刮與低速濕刮之間過刮量差異即高速濕刮慣性過刮量，但實際高速濕刮過刮量比設計預期值偏大。

1#：45-15.2=29.8>18

2#：45-15.2=29.8>19

3#：46-15.2=30.8>21

b.同一樣件，新狀態與75W次試驗后過刮量差異理論上主要是耐久磨損，而實際增加的過刮量遠大于耐久磨損設計預期值，特別是高速濕刮時尤為明顯。

45-30=15>10.69? 18-（-7）=25>10.69

45-29=16>10.69? ?19-（-6）=25>10.69

46-31=15>10.69? ?21-（-6）=27>10.69

3.2.3詳細分析

用關聯圖分析法進行分析。

3.2.4末端要素確認

3.2.5要因確認

3.2.5.1馬達支撐管與連桿夾角偏大

圖3是馬達連桿機構運動過程中受力示意圖。高速濕刮時，若連桿受力（②方向）較大，馬達在①方向的分力偏大，使馬達支撐管發生①方向的彈性變形，產生輕微晃動致使擺臂角度增大，刮刷角度增大，過刮量增大;

經確認圖示β角16.8°均大于過往項目，若馬達支撐管與連桿的夾角β減小，則馬達所受分力也會減小。試驗中，將馬達人為加強固定，駕駛側刮片過刮量減小8mm。

3.2.5.2雨刮機構剛度不足

在反復確認雨刮機構剛度時，發現前期的仿真數據中馬達pin腳橡膠襯套的硬度是參考歐洲的襯套數據，但實際使用的橡膠材料理論硬度要偏低。對襯套進行主受力A、B方向進行剛度測試，如圖5，結果比歐洲數據分別低了29%（A方向），26%（B方向）。更新橡膠襯套剛度數據重新對過刮數據進行仿真，計算結果對比原結果顯示：

a.刮片翻轉處加速度相同，如圖4;

b.刮片翻轉處慣性力矩相同，如圖5;

c.系統剛度相同;

d.駕駛側刮片外端的理論過刮量（馬達高速檔）基本相同（前計算結果12.8mm，新計算結果13.5mm）。

但是，用符合要求硬度的橡膠襯套實物進行更換，試驗過刮量減小3mm，大于理論計算值0.7mm。基于目前結果，分析得出：

a.理論計算中，將馬達及連桿機構視為一個整體，左右安裝點是主要支撐，故中間pin腳上橡膠襯套剛度對系統剛度影響比較小。

d.理論計算中，只考慮了系統整體的變形，沒有考慮實際情況馬達及支撐桿相對于系統的晃動，故更換橡膠襯套對過刮量有一定的改善。

3.2.5.3球釘球帽密封不好，潤滑不足

基于75W次耐久樣件進行拆解分析，駕駛側連桿與曲柄連接處的球帽與球釘（如圖5）之間的潤滑油非常少，部分潤滑油被擠出在球帽邊緣，球帽磨損嚴重。

基于以上現象進行以下確認：

a.更換新狀態駕駛側連桿（即球帽無磨損，潤滑油充足），重新確認，過刮量減少10mm。

b.反復觀察連桿運行狀態，發現連桿與曲柄連接處球釘球帽存在空間轉動，結合3.2.5.1的分析，故馬達及支撐管的晃動使曲柄帶動連桿產生不合理的轉動，導致上述潤滑油溢出，磨損加劇。

綜上，造成駕駛側過刮量偏大的主要原因是：a.馬達支撐桿與連桿的夾角偏大;b.馬達安裝點橡膠襯套剛度不足。

3.2.6方案制定

綜合各方案的影響及周期，此車型采取降低馬達轉速及增加橡膠襯套剛度來解決過刮量偏大問題。

研究總結：通過大量過往車型試驗對比分析，馬達支撐管（及馬達軸線）與連桿夾角盡量小于10°，此時可忽略馬達相對于系統的晃動，仿真計算過刮量基本與實際保持一致。若由于空間限制，馬達與連桿夾角不得不大于10°，則馬達相對于系統的晃動不能忽略，此時，盡量將馬達安裝點調整成螺栓固定，才能將理論仿真過刮量作為設計依據。