前風窗刮水電動機耐久性能的評價方法

田 永，韋 俊

（廣汽菲亞特汽車有限公司產品技術部，湖南 長沙 410100）

汽車前風窗玻璃刮水器系統是汽車上的重要部件之一，用來清潔玻璃外表面上的雨水、灰塵、雪等，保持駕駛員的視野清晰。刮水器有氣壓式、電動式、真空式、機械式等多種，但目前刮水器多數采用電動式，它一般由刮水電動機和一套傳 動 機 構 組 成［1］，如圖1所示，刮水電動機驅動減速機構旋轉，并通過驅動連桿做往復運動［2］。

電動式刮水器中的驅動部分就是電動機，也是刮水器系統的核心部件，它一般呈封閉結構，便于密封和防水，在出廠前進行了內部潤滑，涂抹了潤滑脂和機油，保證工作的平順性和足夠的使用壽命［3］。刮水電動機多為標準的兩速或三速系統或帶間歇的兩速或三速系統［4］。

1 刮水電動機的分類與應用

刮水電動機主要由電動機部分和傳動部分組成，其結構見圖2。電動機部分主要包括磁鐵、線圈、電樞、轉換器、旋轉軸等部件，傳動部分主要包括蝸輪、蝸桿、護罩、簧片等部件。

根據刮水電動機輸出運動的情況，刮水電動機可分為回轉式和擺動式2種。

1）回轉式電動機 其控制電路如圖3所示，電動機帶動蝸輪蝸桿機構進行360°回轉運動，其結構簡單，便于生產，價格低廉，抗干擾能力強，多應用于中低端車型。

2）擺動式電動機 就是在電動機中增加了ECU控制芯片，如圖4所示是電子控制擺動式電動機中的ECU控制芯片。圖5是電子控制擺動式電動機的工作電路示意圖。從圖5中可以清楚地看出，電動機通過ECU芯片控制進行工作。蝸輪蝸桿機構可輸出150°～160°的往復運動，其刮刷頻率變化連續、輸出穩定，具有過載保護、擴大刮刷區域、節省裝配空間等優點，是未來刮水電動機的發展趨勢。但是價格比較昂貴，制造工藝相對復雜，目前在高端車型使用較多。

表1列出了各個不同車型所使用的刮水電動機類型。

表1 不同車型所使用的刮水電動機類型

2 刮水電動機性能要求

刮水電動機耐久性能是評判電動機性能的重要參數，各大國際組織和汽車公司都制定了相關的法規和標準來驗證刮水電動機的耐久性能，表2列出了常用的刮水器法規與標準。

表2 刮水電動機耐久試驗標準

3 刮水電動機運行耐久性能

3.1 試驗步驟

刮水電動機的運行耐久試驗主要分為3個部分，即堵轉試驗、連續濕刮耐久試驗、壓縮角度試驗。試驗過程中，將整個刮水器系統放置在專用試驗臺架或者車身上進行試驗。圖6是刮水電動機耐久試驗過程示意圖。

試驗順序一般為:堵轉試驗1→連續濕刮耐久試驗→壓縮角度試驗→堵轉試驗2。

3.1.1 堵轉試驗

堵轉試驗是模擬刮水電動機在運行過程中受到突然的阻擋而停止運行，試驗后要求電動機在突然停止后可以重新啟動運行，對系統功能無影響。試驗時，可選擇刮水系統停止位、翻轉位或運行中間位作為停止位置，阻擋刮水電動機突然停止運行，阻滯時間15s左右，然后測量刮水電動機的刮刷角度和刮刷頻率變化是否在允許范圍內。

3.1.2 連續濕刮耐久試驗

連續濕刮耐久試驗是整個耐久試驗中試驗時間最長，考驗最嚴酷的試驗，要求刮水電動機在濕刮、干刮、高速檔、低速檔的條件下運行150萬次，以檢驗電動機的耐久能力以及破壞情況。

1）測試周期 濕運行 （噴水）5 min 30 s→干運行 （不噴水）30s→停止 （休息）15s。

2）測試順序

高速檔運行75萬個刮刷周期→低速檔運行75萬個刮刷周期→在0.5×106個刮刷周期后更換刮片。

有部分主機廠還要求模擬車輛極限條件下的工作情況，要求刮水電動機在極高溫 （80～120℃）和極低溫 （-30～-40℃）條件下進行刮刷耐久性能試驗，考驗更加嚴酷。

間歇試驗模擬了在使用過程中頻繁啟動的過程。如果連續噴水，玻璃表面充分濕潤，刮水器工作負荷小，相當于小雨情況。與實際工況不符，就不能將實際使用中的問題暴露出來，所以試驗過程中要有干刮階段。

3.1.3 壓縮角度試驗

壓縮角度試驗主要是模擬汽車在大雪天行駛，雪阻滯在A柱和玻璃下邊沿附近，使刮水電動機不能夠刮刷到設計角度，即刮刷角度減小的情況下，刮水電動機的運行情況。一般的壓縮角度在3°～5°之間，壓縮角度試驗后，要求刮水電動機系統不能有功能失效。

測試周期為:連續噴水，低速檔或高速檔，連續運行10萬次。

3.2 耐久試驗結果評判與分析

耐久試驗的試驗要求如表3所示。

4 刮水電動機溫度耐久性能

由于整車用戶使用地區不同，因此車輛使用溫度不同，所以，為了保證刮水電動機在不同的溫度下能夠正常工作，對電動機進行溫度耐久試驗是十分必要的。一般的高溫試驗溫度為80℃，低溫試驗溫度為-40℃。試驗要在高低溫箱 （圖7）中進行，試驗過程中保持電動機低速運行。

表3 耐久試驗的試驗要求

1）高溫耐久試驗 在工作電壓下，保持+80℃±3℃，刮水電動機連續低速運行656h。

2）低溫耐久試驗 在工作電壓下，保持-40℃±3℃，刮水電動機連續低速運行24h。

3）高低溫耐久試驗 溫度循環如圖8所示，其中畫斜線區域表示電動機在低速檔運行，從-40℃到80℃，一共進行65個循環 （520h），溫度控制列表如表4所示。

表4 溫度耐久試驗中溫度變化情況

4）試驗評判結果 刮水電動機高溫耐久試驗后，電動機的機械功能和電子功能不能有任何失效，電動機的性能曲線必須要滿足圖紙的要求。額定刮刷角度和刮刷頻率要符合要求，額定刮刷角度的變化γ0≤1.0°。

5 刮水電動機振動耐久性能

刮水電動機在實際使用過程中會跟隨車體一起顛簸震動，為了模擬這一情況，我們對電動機要進行單獨的振動耐久測試。測試時，要將電動機固定在車身或者模擬臺架上面，在3個方向上 （電動機軸向z、垂直電動機軸向的兩個方向x和y）進行振動，振動方向如圖9所示，并讓電動機在施加相應的溫度條件下運行。

5.1 試驗過程

將試驗臺架固定在三軸振動試驗臺上，如圖10所示，振動條件如表5所示。

在試驗過程中，為了更加嚴格地考驗電動機性能，我們還要增加溫度變化條件，即從高溫80℃到低溫-40℃循環變化，溫度變化曲線參見圖8。

表5 電動機振動試驗的振動條件

圖8中畫斜線區域表示電動機工作的區間。試驗條件相當的嚴酷，不僅模擬了實車振動情況，還模擬了溫度變化情況。通過振動試驗，可以充分考察刮水電動機在實際工況下的工作情況。

5.2 試驗結果評判

試驗后電動機的機械功能和電子功能不能有任何失效，電動機的性能曲線必須要滿足圖紙的要求。額定刮刷角度和刮刷頻率要符合要求，額定刮刷角度的變化γ0≤1.0°。

6 總結

汽車風窗玻璃刮水電動機耐久性能包括運行耐久性能、溫度耐久性能、振動耐久性能等，通過這些耐久試驗，可以充分驗證刮水電動機的使用性能。汽車刮水器的試驗標準眾多，在選擇時一定要考慮全面性、可靠性等因素，力爭將試驗過程最優化。

［1］凌凱汽車資料編寫組.汽車原理［M］.北京:北京郵電大學出版社，2005:235-236.

［2］范迪彬.汽車構造 （下）［M］.合肥:安徽科學技術出版社，2001:346-348.

［3］酈益.汽車電氣設備構造與維修［M］.北京:北京郵電大學出版社，2006:227-230.

［4］郭瑞蓮.汽車電控系統原理與故障分析［M］.北京:北京工業大學出版社，2010:322-330.