汽車雨刮器故障機理與診斷方法研究

曹艷娜

摘 要：隨著居民生活水平的提高，汽車的使用及擁有量也在日益增加，人們對于汽車的性能要求逐年提高。目前國內外汽車廠商均致力于研究汽車的舒適性能，而汽車雨刮器靠近駕駛室，是駕駛員的好幫手，如果在設計及制造有缺陷的話，可能會導致噪音、刮不凈、異響甚至安全等問題，因此，對雨刮器產生故障的機理及原因進行分析，從而進行故障診斷是非常有必要的。

關鍵詞：汽車雨刮器;故障機理;診斷方法

Abstract： With the improvement of living standards， the use and ownership of cars are increasing. And people's requirements for performance of automobiles are increasing year by year. At present， automobile manufacturers in domestic and foreign are committed to studying the comfort performance of automobiles. Car wiper is a good helper for drivers， for they are near the cab. If there are many defects in the design and manufacture， it may lead to noise， scraping， and even safety issues. Therefore， it is necessary to analyze the fault mechanism and cause of the failure of the wiper steamer and to diagnose the fault.

前言

汽車雨刮器通常用來清除車輛擋風玻璃上的雨點及一些灰塵，使擋風玻璃干凈、能見度高，增加駕駛員在行車過程中的安全系數。本文首先介紹了汽車雨刮器的基本結構，然后分析了雨刮器的故障類型及原因，最后就雨刮器的診斷方法進行了研究。

1 汽車雨刮器基本結構

雨刮器系統包含電動機、減速機構、驅動桿系、刮水刮臂、刮水刮片等。電動機是雨刮器產生動力的來源，而減速器是向外提供低速大扭矩輸出。具體如圖1所示，這些零部件總體上可以分為運動部件和靜止部件。

2 汽車雨刮器故障機理分析

為了更準確迅速地進行故障診斷，及時地排除故障，對雨刮器的故障類型進行科學的劃分并全面的研究是非常有必要的。因此，需要對雨刮器的主要部件——減速機構和電動機（包括轉子、蝸輪、滾動軸承、殼蓋等）進行動力學分析，再結合雨刮器各部件的結構特點和運動特點，解釋各個故障類型的發生機理和振動噪聲的傳遞途徑，為提取故障特征參數提供可靠的依據。

2.1 雨刮器減速機構及電動機的故障類型

雨刮器減速機構及電動機的故障類型可以劃分為四種，分別是轉子振動過大、電磁振動過大、蝸桿蝸輪異響以及滾動軸承異響。其中，雨刮器的運動部件比靜止部件發生故障的可能性大一些。

2.2.1 轉子振動過大

在旋轉機械故障中，振動故障是常見的類型之一。轉子就是旋轉機械的轉動部分。在汽車雨刮器中，減速器的蝸桿和電動轉子都稱為轉子。根據電動轉子的生產、裝配和結構特點，轉子振動過大的原因有：轉子不平衡、轉子軸不對稱等。轉子不平衡是因為轉子質量偏心和轉子部件磨損導致。轉子質量偏心可能是由于制造時的誤差以及材料質量不均勻導致的。偏心質量可能會引起離心力的變化，進而會對轉子產生影響;在轉子運行的過程中，會由于腐蝕、磨損等情況的發生，進而使轉子在轉動過程中受到不平衡的力，因而導致發生振動。

2.2.2 電磁振動過大

電磁力是整個雨刮電機系統的動力來源。電磁振動作用在轉子繞組上，會引起轉子繞組的振動，電機運行必然會引起電磁振動，在正常情況下電機磁場變化均勻而且穩定，因此振動幅度較小。但是當轉子的固有頻率與電磁振動的頻率接近時，就會發生轉子共振，從而電機振動加劇，最終導致電磁振動過大。轉子振動過大也會引起電機繞組與定子之間的磁場分布不均勻，也會導致電磁振動過大。

2.2.3 蝸桿蝸輪異響

蝸桿蝸輪嚙合引起的振動，因為其頻率和基頻相同，且振動影響到整個轉子上，因此，這個原因和轉子振動基本類似。蝸桿或蝸輪接觸面上的缺陷導致在嚙合點產生摩擦力，摩擦力在頻域上為一寬頻帶成分，當此頻帶含有轉子的固有頻率時，會引起蝸桿的共振。

3 汽車雨刷常見故障原因及保護方法

3.1 汽車雨刮器常見故障原因

3.1.1 雨刷兩端微翹故障

如今汽車雨刮器的雨刷都是根據本款車的風擋玻璃的弧度而專門設計的，當更換其它品牌車型的雨刷后由于風擋玻璃弧度不同就可能出現兩端微翹故障。

3.1.2 雨刷中間部位無法貼合風擋玻璃故障

這是由于刮臂對刮片的平均壓緊力不足導致的，一般按照如下標準設計，曲刮應不小于0.12N/m，平刮應不小于0.09 N/m。

3.1.3 雨刷工作時出現抖動故障

雨刷工作時出現抖動，可能原因如下：風擋玻璃不干凈;經常性地使雨刷在不正常情況下工作;雨刷中的膠條損壞;雨刮器與雨刷之間安裝不恰當;刮臂壓力過輕使得雨刷器與風擋玻璃貼合的不夠緊密，所以雨刮器會在工作的時候進行抖動，另外車在行駛過程中風的作用也會使雨刮器造成抖動。

3.1.4 雨刮器在工作時發出的聲音故障

這方面的原因有三個。第一是因為刮水器攻擊角設計不合理，攻擊角定義如圖2所示：

從風窗玻璃面逆時針旋轉到刮片中心線為正，反之數值為負，一般設計前刮水器攻擊角為+6°∽-6°，變化量在11°范圍內，需要多次匹配試驗確定最終數值。第二是由于雨刮器的刮臂壓力過大，將雨刷膠條壓扁，使得膠條與風擋玻璃的接觸面加大，所以就會發出聲響。第三是風擋玻璃鍍膜，這樣使得玻璃表面太過光滑，因此也會導致出現聲響。

3.1.5 雨刮器上的零件脫落故障

雨刷臂的彈簧松動或者螺絲脫落的時候，隨著車子在行駛的過程中風的作用，會導致雨刷器在一上一下的跳動，從而阻擋阻擋司機的視線，造成不利影響。

3.1.6 安裝錯誤故障

大部分原因是沒有正確地安裝在初始位置上，導致刮片直接刮到風擋玻璃以外，使得雨刮器發生故障，為解決此問題，一般在雨刷安裝初始位置的前風擋黑邊處制作標記：○或□，該標記由汽車廠指定位置，風擋玻璃廠家制作，汽車廠總裝線體安裝工人參考使用。

3.1.7 橡膠污損或硬化導致雨刮器故障

汽車經過長時間地使用后，油漬等一些污染物長期累積在雨刷上，或者是因為車蠟附著在風擋玻璃上，時間久了就會使得雨刮器與風擋玻璃之間有縫隙，無法緊密貼合，可能會導致無法完全刮水。在夏季等天氣過分炎熱的時候經常使雨刮器曝曬，會造成雨刷的橡膠硬化，從而失去彈性，也可能導致雨刮器故障。

3.1.8 橡膠龜裂導致雨刮器故障

橡膠有使用期限，經過曝曬、雨淋等多方面的天氣變化，硬化龜裂也在意料之中，有的雨刷片在經過長時間的使用后，可能會直接脫落于雨刷臂上，當啟動車子的時候，就會看到雨刷片直接飄起。

3.2 汽車雨刮器的保護方法

在夏季的時候，雨刮器要防止在太陽下曝曬，因為夏天的烈日會損壞雨刮器的橡膠材質，經過長期的曝曬之后，就會對材質造成很大的破壞，因而失去彈性或直接變形;且在夏季的時候，當汽車鎖車后，應把雨刮器的雨刷豎立起來，避免雨刷一直和玻璃貼合。另外，在北方塵土飛揚的日子里，沙土是造成雨刮器破損的主要原因，沙土會卡在雨刷器和風擋之間，如果平時不注意清潔這些沙土的話，可能會為了玻璃干凈，不阻擋視線，強硬地對這些泥土進行清理。時間一長，可能會導致雨刷器與風擋之間不再緊密貼合，這樣會造成磨損加重。那么，應該如何正確地使用雨刮器呢？應該在洗車或者沖刷雨刷器的時候，先將雨刷輕輕地抬起，然后讓雨刷順著膠條的方向沖洗干凈，并且不可以用自來水代替玻璃水，玻璃水可以起到清潔玻璃上的污垢和潤滑的作用，這樣能夠延長雨刷使用壽命及避免異響，這些都是自來水無法做到的，所以不能用自來水代替玻璃水。

4 汽車雨刮器常見故障診斷方法

對于汽車雨刮器故障的診斷方法，根據以上的這些故障原因以及故障類型，可以開發一套基于BP神經網絡的雨刮器在線故障的診斷系統。隨著科學技術的不斷進步以及故障診斷技術的不斷升級，在進行軟件開發的時候，應該充分考慮到故障的各種類型以及發生故障的原因，針對這些故障及原因，然后進行有針對性地設計開發，這樣的軟件以個人計算機為主體，以Windows 操作系統為主要的運行操作平臺，以MATLAB為軟件的開發及運算工具。

在用汽車雨刮器軟件進行出場檢驗的時候，一般會包括兩個環節，一個是信號采集，一個是故障分析。信號采集，目前我們可以很熟練地使用，一般不會出現故障，而故障診斷是本文研究的重點，所以再進行故障分析的時候，可能會出現一些問題，這就需要我們去檢測、去診斷。在進行汽車雨刮器故障診斷的時候，一般有兩種方法。一種是批處理方式診斷，一種是逐一診斷方式。批處理診斷方式就是將所有采集到的信號一起放到后臺，等待進行批處理方式診斷，當診斷完成后，根據具體的號碼識別到具體的產品，然后將不合格的產品挑出來再進行分析，將顯示合格的產品進行包裝，然后進行出廠。該方式比較適合于在后臺進行對雨刮器的故障分析，這樣的診斷方法能夠使得故障類型更加地清晰，將這些故障類型以及故障原因進行分類整理，建立樣本庫，在以后的生產過程中，可以吸取教訓，減少不合格率。逐一診斷的方式也就是在線診斷，就是每采集一個信號文件后，就對其進行現場診斷，查出不合格的產品后，也可以現場進行故障類型的分析，可是這樣的方式不太適合流水線的工作，因為沒有充足的時間分析故障類型，對故障進行下一步的研究。

5 結論

隨著人們生活水平的提高及消費觀念的轉變，將來會有更多的汽車出現在我們的生活中。而汽車雨刮器作為汽車的一個重要組成部分，而且緊挨著駕駛室，如果雨刮器頻繁出現故障，容易對司機造成一定的干擾，威脅到駕駛員的安全，也會對社會造成一定的影響，因此，本文的主要內容就是對汽車雨刮器的故障機理進行分析，然后對故障的診斷方法進行研究。這樣可以提高汽車雨刮器的質量，也為駕駛員的安全提供了一份保障。

參考文獻

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