汽車雨刮片的結構與耐久性能研究

田永，方瑛

(廣汽菲亞特汽車有限公司產品技術部,湖南長沙 410100)

0 引言

汽車前風窗玻璃刮水器系統是汽車上的重要部件，又稱雨刮器，用來清潔玻璃上的雨水、灰塵、雪等，保持駕駛員的視野清晰[1]。目前的乘用車刮水器多數采用電動式，它由刮水電機和一套傳動機構組成[2]，刮水器電機驅動減速機構旋轉，并通過驅動連桿做往復運動[3]，達到刮刷的目的。

刮水器在刮刷過程中，雨刮片和玻璃直接接觸，可以保持擋風玻璃外表面清潔，確保雨雪天氣視野清晰和行車安全，是汽車不可缺少的零部件，它必須具備耐熱、耐寒、耐酸堿、抗腐蝕、能貼合擋風玻璃、減輕馬達負擔、低噪聲、撥水性強、質軟不能刮傷擋風玻璃等特點。由于雨刮片刮刷一定時間以后膠條就會出現磨損，所以需要及時進行更換，一般正常使用的雨刮片，大概12個月左右更換一次[4]。

1 雨刮刮片結構

雨刮片的作用十分重要，但在刮刷過程中，雨刮片不能將玻璃上的水完全刮掉，而是通過刮刷將玻璃表面的雨水抹平形成均一的水膜層，允許光線順利穿過不會產生折射和變形彎曲。如圖1所示，是雨刮片工作中形成水膜的原理示意圖。

1907年，BOSCH生產出了第一套雨刮片系統，直到20世紀60-70年代，雨刮片基本上全部采用注塑成型的制造工藝[5]，但隨著時代的不斷發展和科技的不斷進步，雨刮片的結構也發生了巨大的變化，目前常用的雨刮片為金屬材料和橡膠材料復合制造而成，按照結構的不同，主要可分為有骨架刮片和無骨平刮片兩大類。

1.1 有骨架雨刮片

所謂的有骨架，即雨刮膠條是通過骨架支撐進行固定并與玻璃進行貼合的，最常用的有骨刮片結構如圖2所示，分為膠條、支撐桿、支撐臂、連接件、接頭、壓片等部分，支撐臂和支撐桿通過鉚接的形式進行連接，支撐桿通過壓接的形式和膠條連接，也就是所謂的支撐點，一根刮片一般有6個支撐點，支撐點傳遞壓力給雨刮膠條，使膠條可以和玻璃貼合。

在雨刮器運行的過程中，雨刮膠條和玻璃是直接接觸的，磨損非常劇烈，人們會對膠條表面進行一些特殊的處理，以避免膠條表面過快磨損。一般采用納米碳素涂層處理膠條表面，以保證刮拭的平滑，減少噪聲與振動，延長膠條壽命。

由于有骨刮片的結構所限，通常和導流片一起使用，可以減少風阻，提高刮刷效率。有骨刮片刮刷可靠、制造工藝成熟、工序簡單、制造成本低，但在使用的過程中,由于有骨雨刮片各個支撐點處壓力偏大，無支撐點處壓力偏小，容易出現雨刮片和玻璃之間磨擦的噪聲，不易刮干凈雜質，所以，有骨雨刮片多裝備在中低擋車型的雨刮系統中，如比亞的速銳、長安逸動、雪弗蘭賽歐等。目前生產有骨刮片的廠家較多，國外廠家有博世、法雷奧等，國內廠家有國雨、萬江等。

1.2 無骨平刮片

無骨平刮片是相對于有骨雨刮片來講的。無骨雨刮片本身是由雨刮膠條、無骨雨刮鋼片、雨刮護套和塑料件4種配件組成。其中支架為不銹鋼材質，鋼片為碳鋼且長度在10～28英寸之間，厚度為0.80～0.90 mm，寬度一般在7.00～14.00 mm。無骨雨刮片中的鋼片利用一整根導力鋼片條來分散壓力，使雨刮片各部分受力均勻，以達到減少水痕、擦痕的效果。鋼片外層包裹有電鍍層，使其更加耐銹蝕。

無骨刮片和有骨刮片相比，可以承受較大的壓力，雨刮片在使用的過程中，支點越多，雨刮片的受力就越均勻，和玻璃接觸得就越服帖，也就能達到更好的去水效果。無骨雨刮沒有支架，采用整支雨刮片本身來加壓，這樣相當于雨刮片整體都是受力點，因此無骨雨刮相比傳統支架有骨雨刮更有效。無骨雨刮鋼片的彈性比一般有骨雨刮鋼片更好一些，可降低抖動磨損，壽命比有骨雨刮要長，再加上其受力均勻、防日曬、結構簡單、質量更輕等特性，已經成為雨刮片未來的發展趨勢。

但無骨雨刮片也存在著制造成本偏高、工藝比較復雜等不利因素，因此，主要應用在中高端車型上，比如大眾速騰、雪鐵龍C5、通用君威等。目前國內有能力生產無骨刮片的廠家主要集中在博世、法雷奧、輝門、山多力等廠家。

1.3 其他類型刮片

除了上述兩種常用的刮片結構外，還有一種刮片介于有骨和無骨之間，叫做Unit Blade，它把支撐桿隱藏在倒流板中，將整個導流板分成三段，這三段可以自由活動，調節壓力和與玻璃的貼合，這種雨刮片的結構更加接近于有骨刮片。這種刮片常見于日系車型，主要生產廠家為電裝。

2 雨刮片卡接種類

雨刮片的卡接口是刮片的重要組成部分，它直接和雨刮刮桿相連，連接的穩固性和可靠性是雨刮片正常工作的保證。在設計卡接口時，既要注意拆裝的方便，又要保證有一定的連接強度，防止受力脫落。目前常用的卡接口有U Hook、Top Lock和多功能卡接口3種形式。

2.1 U Hook卡接形式

所謂U Hook卡接形式，就是刮桿接頭為U型，直接插入雨刮片的U形卡槽內，并用蓋子蓋住，防止其脫落的一種卡接形式。如圖5所示，是U Hook卡接口的連接形式。這種連接形式制造工藝簡單、制造成本低、拆裝方便，是目前比較流行的一種卡接方式。

2.2 Top Lock卡接形式

Top Lock卡接形式，其固定點在刮桿連接頭的頂部，圖6為Top Lock卡接形式結構圖，可以看出：拆卸口在頂部，而且連接頭的形狀較為復雜，這就對刮桿和連接頭的形狀精度有很高的要求，所以在制造過程中要控制好零件精度，否則會影響裝配。這種設計的連接十分穩固、工作可靠性高，多用在刮片長度較長、刮刷面積大的雨刮系統上。

2.3 多功能卡接形式

不管是U Hook還是Top Lock的卡接形式，對刮桿端的匹配結構要求都是單一的，但在實際使用過程中，尤其是在更換刮片的過程中，會出現刮片和卡接口不匹配的問題，所以，多功能卡接形式應運而生。如圖7所示，通過對刮片連接頭的優化設計，可以同時滿足4種以上不同接頭的匹配要求。

3 雨刮片耐久性能

玻璃刮水器系統的耐久試驗主要分為三大部分，即堵轉試驗、連續濕刮耐久試驗、壓縮角度試驗。其中考驗刮片性能最直接的試驗就是連續刮刷試驗。試驗時，將整個刮水器系統放置在專用的模擬試驗臺架或者實際車身上進行試驗。

耐久試驗順序一般為：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 堵轉試驗

堵轉試驗是模擬刮水電機在運行過程中受到突然的阻擋而停止運行，要求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，阻擋刮水器電機突然停止運行，阻滯時間15 s左右，然后測量刮水器電機的刮刷角度和刮刷頻率變化是否在允許范圍內。

3.2 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，要求刮水器系統在濕刮、干刮、高速擋、低速擋的條件下運行150萬次，以檢驗刮片的耐久能力以及破壞情況。

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

測試順序為：高速擋運行750 000個刮刷周期→低速擋運行750 000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，要求刮水器在極高溫和極低溫條件下進行刮刷耐久性能試驗，對刮片的考驗更加嚴酷。

這樣進行間歇試驗模擬了使用過程中頻繁啟動的過程，如果只連續噴水刮刷，則玻璃表面充分濕潤，刮片工況好，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，所以要進行間歇、高速、低速、溫度交變等不同情況下的試驗。

3.3 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柱附近，在刮刷冰雪等惡劣工況下刮片的損傷情況。一般的壓縮角度在3°～5°之間，要求壓縮角度試驗后，系統不能有功能失效。

測試周期為：連續噴水，低速擋或高速擋，連續運行10萬次。

4 總結

綜上所述，雨刮系統是汽車必不可少的零部件之一，而雨刮片又是雨刮系統工作中與玻璃直接接觸的部件，十分重要。雨刮片按照結構的不同，分為有骨刮片、無骨刮片、復合刮片等3種；雨刮片與刮桿的卡接口形式可分為U Hook、Top Look、復合接口3種形式；為了保證雨刮片的使用性能和耐久性能，對雨刮片進行耐久試驗是必要的，雨刮耐久試驗可以分為堵轉試驗、連續濕刮耐久試驗、壓縮角度試驗等3個不同的階段，通過對雨刮片的結構與耐久性能研究，可以更好地優化雨刮片的結構和延長雨刮片的使用壽命。

【1】 陳家瑞.汽車構造(下)[M].北京：機械工業出版社,2009:343-348.

【2】 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.

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

【4】 吳熔琳.汽車雨刮片會買還得會用[J].當代汽車,2009(3):92.

【5】 周應軍.博世公司汽車電子技術簡介(十二)：刮水器(上)[J].汽車與配件,2001(24):24-26.