客車刮水器刮水角度不足的原因與解決方案

田家寶 范立彬 劉 薇

（華晨客車（大連）有限公司，遼寧 大連 116600）

在客車中，刮水器的設計涉及大量運動校核、機構安裝等工作內容，其中駕駛員視野校核是關鍵。根據GB15084對外視鏡的位置要求：外視鏡應該能從車輛側窗或前風窗玻璃刮水器刮刷到的區域中看到[1]。但是在實際設計生產過程中，受限于客車外觀造型等因素，大多數客車尤其是大型旅游類客車產品設計的一個難點是刮水片在左側刮不到位，影響駕駛員在雨天的視野[2]。生產中發現某一批次客車車型在實際運行過程中出現多臺車輛刮水器在左側刮水角度不足現象，導致雨天時司機觀察不清左側后視鏡的問題，如果不加以改善，將影響客車雨天使用安全性。

1 客車刮水器結構分析

1.1 客車刮水器的結構及運動狀態

刮水器是由電機帶動，通過連桿機構將電機的旋轉運動轉變為刮臂的往復運動，從而實現刮雨動作。刮水器一般分為對刮和順刮2種形式[3]。客車常用雨刮型式為對刮式，其結構如圖1所示，分為左右2個部分。左側為一曲柄搖桿機構：其中電機轉臂為曲柄，以電機輸出軸為中心360 °旋轉，小連桿為搖桿，雨刮臂固定連接在小連桿上，雨刮片固定安裝于雨刮臂上，隨小連桿一起以刮臂轉軸為中心做往復擺動運動，從而實現刮水動作；右側為了使刮臂運動方向相反，在曲柄搖桿機構基礎上增加了1個三角盤，三角盤繞其固定于車身骨架上中心轉軸往復回轉以實現換向，使得右側刮臂與左側刮臂運動方向相反。由于左側易出現刮水角度不足問題，該文只對左側刮水機構進行分析。

圖1 一種對刮式刮水器機構圖

刮水器左側機構運動過程可以分為4個狀態：1） 初始狀態。電機回歸0位，電機轉臂與連桿夾角180 °，小連桿與連桿夾角最小，雨刮臂上的刮片處于水平收回位置。2） 外擺運動。電機旋轉角度0°～180°，雨刮臂上的刮片由初始水平狀態向外擺動直至極限狀態。3） 極限狀態。電機轉動180°，電機轉臂與連桿夾角0°，小連桿與連桿夾角最大，雨刮臂上的刮片達到刮水最大角度。4） 回復運動。電機繼續旋轉180°～360°，雨刮臂上刮片由極限狀態向內擺動直至回歸初始狀態。

1.2 刮水器設計角度

刮水器設計角度（刮片與水平面夾角）主要受前風窗結構限制，前風擋玻璃造型弧度曲線越平滑，越利于刮水器回位，刮水角度也就能夠設計得更大。但是受限于客車外觀造型等因素，大多數客車尤其是大型旅游類客車產品，設計時考慮到車身造型及減小空氣阻力的緣故，通常前風窗采用大圓角造型，前風擋玻璃在兩側外形轉角弧度較大，不利于刮水器刮至弧度區。為了確保正確的刮掃部位和合格的刮凈率，刮水器的運動機構必須設計合理，要想看到左側后視鏡，需要左側雨刮在極限狀態時的位置盡量靠近外形圓角弧度開始位置，以加大刮水角度，但同時要注意刮片與開始線位置之間的距離要留有約50 mm的余量，刮片會因為風力及慣性等因素使得雨刮刮出風擋玻璃，無法回位，造成更大危險。另外刮片太靠近外形圓角弧度開始位置會使得刮片攻擊角過大，直接影響到雨刮刮凈度、噪聲等性能指標[4]。如圖2所示，客車左側刮水器設計角度的最大值一般設計經驗值為85 °，不超過90 °，攻擊角為[-6 °，6 °]。

2 刮水角度不足的原因分析

2.1 刮水器雨刷角度范圍分析

刮水器為四連桿機構，設計時可用公式解析法或幾何作圖法進行設計。設計過程由于刮水器在工作過程中是動態的，運動關系較為復雜，要確定其合理的連桿長度和固定點位置，要經過反復運算和校核，工作量較大。為了找到導致刮水角度不足的原因，該文通過建立機構模型（如圖3所示），在原有設計尺寸的基礎上，提出雨刮機構各尺寸假設誤差值，通過改變機構模型中各桿長度及雨刮轉軸的位置，快速得到對應變化狀態下的各機構元件在每個位置的數據，從而得到雨刮角度范圍值的變化，分析出各尺寸變化對雨刮角度范圍的影響規律，根據所得規律即可分析找出角度不足的原因，并提出解決對策。數據統計見表1。

圖2 刮水器刮水角度范圍圖

圖3 左側刮水器機構模型圖

表1 各尺寸變化對應的雨刮角度范圍值

根據表1中所統計的數據，總結各尺寸變化對雨刮角度影響規律如下：1） 電機轉臂減短和小連桿加長，會使雨刮角度范圍變小。2） 長連桿和雨刮轉軸與電機轉軸水平距離值無論減短和加長，都不會使雨刮角度范圍減小（或減小極少，可忽略），反而會導致雨刮角度范圍增大。3） 雨刮轉軸與電機轉軸豎直距離值變化對角度影響很小。

2.2 實際運行角度不足的原因分析

根據抽樣統計，生產的某一批次的10臺車中僅有2臺刮水角度正常，經過對有問題的雨刮機構進行拆解測量，發現各機構零件的實際尺寸與理論設計值基本一致，這說明刮水角度不足不是由電機轉臂和小連桿的加工尺寸誤差引起的。通過進一步觀察發現，雨刮電機在初始安裝時電機轉臂是水平的，但是在電機通電運行后，由于運動間隙和電機自身的原因，電機復位后，電機轉臂卻不平，回位角度差約20 °，如圖4所示。

圖4 電機轉臂回位不平實拍圖

而安裝過程中通常在最后一步安裝刮片，在電機復位狀態下，安裝刮片為水平狀態，這會導致刮片在外擺運動時失去部分角度范圍，經分析計算影響角度約4 °，影響的刮水距離約60 mm，如圖5所示。

圖5 現場刮水角度不足實拍圖

3 改善措施

根據上述角度不足的原因分析，結合車輛在雨刮實際使用時體現的問題，在不同的情況下，可以從以下4個方面解決刮水角度不足的問題。

3.1 保證雨刮電機在回位狀態下，電機轉臂為水平狀態

通過以上分析可知，由于雨刮電機自身問題導致的回復初始位置時電機轉臂是雨刮角度不足的主要原因，所以在安裝時可以將電機轉臂預安裝一個抵消角度，使得電機運行后再復位時電機轉臂為水平狀態（如圖6所示），從而保證雨刮角度范圍為85 °的設計值。

該改善方法需要注意的是，在批量安裝前需要在首臺車輛試制時，通過試驗找出一個合理的預裝角度，預裝角度可能會因每批次的電機不同而不一致。

圖6 電機轉臂回位水平實拍圖

3.2 增加長連桿的長度

在實際生產過程中，電機轉臂通常是被安排在前序安裝，且在表臺內部較深位置，出現問題后需要先拆卸表臺等內飾件才能拆卸電機轉臂，使得調整電機轉臂比較困難。而長連桿所在位置一般在司機腳部位置，更方便觀察和調整，根據該文2.1中的分析，可以通過適當增加長連桿的調節長度來增大雨刮角度的范圍。

方法一般適用于雨刮角度范圍誤差較小的情況，在車輛下線前，雨刮已經通電的情況下，提前對雨刮角度范圍調試，但是需要注意先不安裝司機座椅，否則需要拆卸司機座椅才能調整連桿長度。

3.3 調整刮片角度或加裝副雨刮片

有時由于結構安裝誤差過大，調整連桿長度改善刮水角度范圍的效果并不明顯，這時在不考慮美觀度的情況下，可以通過直接調整刮片的角度，使刮片在初始位置有個仰角（如圖7所示），由于刮水角度范圍不會變化，就使得刮片在刮水極限位置更加靠外，能夠刮到后視鏡區域。

圖7 調整刮片角度圖

有時由于雨刮臂本身自帶調節齒盤每格角度較大，使用直接調整刮片角度的方法會使刮片超出理論極限位置，這時可通過加裝較小尺寸的副雨刷來增加刮水面積，如圖8所示。

圖8 加裝副雨刮圖

該方法適用于車輛下線調試后，此時更改雨刮內部結構比較困難，在外部調整刮片或加裝副雨刮片較容易實現。

3.4 加裝電子后視鏡等間接視野裝置

電子后視鏡等間接視野裝置不受結構影響，通過車身兩側的攝像頭，將視覺信號傳輸至車內的電子顯示屏，其可視區域范圍更廣。在一些前風擋玻璃造型圓角弧度較大，左側刮水片角度設計困難，即使應用前幾項改善措施也不能實現，應考慮安裝電子后視鏡，以滿足駕駛員雨天視野的要求，保證駕駛安全。

該方法的缺點是成本較高，在車輛設計時要提前考慮布置。

4 結語

風擋玻璃刮水器是重要的汽車安全部件之一，其設計的好壞影響了駕駛員的視野范圍[4]。該文針對實際生產中出現的客車刮水器在左側刮水角度不足的問題，從雨刮運動機構等多個方面進行了分析，并結合不同情況制定了相應改善方案，從而解決了刮水角度不足的問題，改善了駕駛員雨天視野，增加了客車行駛安全性。同時也為今后其他新車型的設計提供了參。