雨刮系統(tǒng)布置策略

占澤晟

（上海汽車集團(tuán)股份有限公司 技術(shù)中心，上海 201804）

汽車雨刮器是用來(lái)刮除附著于車輛擋風(fēng)玻璃上的雨雪及灰塵的設(shè)備，能改善駕駛員的能見(jiàn)度，從而增加行車安全。

雨刮按照刮刷的型式，可以分為順刮式、對(duì)刮式、單刮臂式。按照刮片的型式，可分為有骨雨刮和無(wú)骨雨刮。按電機(jī)的型式，又可分為普通式和智能式。本文主要針對(duì)最常見(jiàn)的連桿機(jī)構(gòu)傳統(tǒng)雨刮布置方法進(jìn)行探討研究。

1 雨刮布置影響因素

1.1 雨刮掛刷區(qū)

在雨刮布置之前，首先需要確定雨刮刮刷率的要求，是要滿足國(guó)標(biāo)、歐標(biāo)、美標(biāo)還是企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

國(guó)標(biāo)15085與歐標(biāo)EEC 78/318對(duì)雨刮刮水器的刮刷率要求是刮水器的刮刷面積應(yīng)覆蓋A 區(qū)域的98%以上，B 區(qū)域的80%以上。

美標(biāo) FMVSS對(duì)刮水器的刮刷率要求是刮水器的刮刷面積應(yīng)覆蓋 A 區(qū)域的 80%以上，B 區(qū)域的94%以上，C區(qū)域的99%。

本文選用國(guó)標(biāo) GB 15085刮刷率的要求進(jìn)行布置研究。

1.2 擋風(fēng)玻璃曲率

玻璃曲率會(huì)影響到雨刮刮片是否能將玻璃上的附著物，如粉塵、水滴等刮除干凈。

前雨刮對(duì)前風(fēng)擋玻璃曲率要求為（1）無(wú)骨雨刮：2 000 mm≤最小曲率半徑≤8 000 mm；（2）有骨雨刮：1 500 mm≤最小曲率半徑≤10 000 mm；（3）后雨刮對(duì)后風(fēng)擋玻璃曲率要求為刮刷區(qū)域的曲率≥1 700 mm。

1.3 攻擊角

攻擊角是雨刮設(shè)計(jì)中一項(xiàng)重要的影響因素，雨刮片的中心線與玻璃法線的夾角稱之為攻擊角。攻擊角目前沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)規(guī)定，一般設(shè)計(jì)值在-5°～+5°。

1.4 邊界數(shù)據(jù)

前雨刮布置要求的周邊數(shù)據(jù)包含：前風(fēng)擋玻璃、前防火墻、流水槽、空調(diào)進(jìn)氣格柵、發(fā)蓋。但在初期的時(shí)候，所需數(shù)據(jù)可能會(huì)不全，可以用斷面替代分析。

2 雨刮機(jī)構(gòu)布置

2.1 雨刮零件的定義

雨刮機(jī)構(gòu)主要包括電機(jī)、連桿機(jī)構(gòu)、雨刮軸、刮臂及刮片，如圖 1所示。前期需要確定雨刮系統(tǒng)中哪些零件是選型件，哪些是新開(kāi)發(fā)件。

圖1 雨刮組成

2.2 初選刮片長(zhǎng)度

刮片因其形式不同（有骨/無(wú)骨）而有不同的長(zhǎng)度系列，不能隨便選用。但是一般來(lái)講，主刮不宜超過(guò)600 mm，副刮不應(yīng)超過(guò)550 mm。否則會(huì)增加電機(jī)的驅(qū)動(dòng)阻力，雨刮在工作的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)晃動(dòng)、異響現(xiàn)象。

本文選用主刮600 mm，副刮450 mm的無(wú)骨雨刮進(jìn)行布置研究。

2.3 確定刮刷起始位置

主副刮刷的起始位置，參考圖2進(jìn)行確定。

圖2 刮刷起始位置定義

其中，1為副刮到 A柱或玻璃膠條的距離；2為副刮距離風(fēng)擋裝飾件距離；3為主刮距離風(fēng)擋裝飾件距離；4為主刮與副刮間距；為三種情況：若玻璃卡條和玻璃面平齊，則=膠條刃口寬度；若玻璃卡條高于玻璃面，配置為無(wú)骨雨刮，則= 10 mm；若玻璃卡條高于玻璃面，配置為有骨雨刮，則=5 mm。

2.4 初定輸出軸位置

通常主軸與副軸的間距不小于450 mm，雨刮輸出軸向的定位需要根據(jù)流水槽數(shù)據(jù)確定。雨刮軸到風(fēng)窗下橫梁邊界的間隙不能小于22 mm，如圖 3所示。若小于這個(gè)尺寸，空調(diào)進(jìn)氣格柵局部會(huì)容易出現(xiàn)斷裂。雨刮軸方向取與近端玻璃法向同向。

圖3 輸出軸位置

2.5 刮片運(yùn)動(dòng)軌跡

刮片和輸出軸初定后，繞輸出軸旋轉(zhuǎn)刮片，得到其在玻璃上的軌跡。雨刮軌跡應(yīng)滿足要求：

其中，1為主刮旋轉(zhuǎn)角度；2為副刮旋轉(zhuǎn)角度；5為主刮與A柱或膠條的距離；6為上端與黑邊邊界間隙；7為副刮覆蓋主刮區(qū)域。刮刷區(qū)域如圖4所示。

圖4 刮刷區(qū)域

2.6 刮刷區(qū)域校核

在確定初步的雨刮刮刷區(qū)之后，需要檢查刮刷區(qū)是否滿足刮刷率的要求。通常初定的刮片、主軸位置無(wú)法滿足刮刷率的要求，需要重復(fù)調(diào)整刮片的長(zhǎng)度及主軸的位置直至完全滿足。

2.7 雨刮與周邊件間隙檢查

在得到滿足雨刮率的雨刮片位置和雨刮軸數(shù)據(jù)后，開(kāi)始細(xì)化雨刮數(shù)據(jù)，完成初版雨刮結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。使用細(xì)化后的數(shù)據(jù)，校核與周邊件的間隙，需要滿足下面所列要求。若不滿足，則需要重復(fù)調(diào)整數(shù)據(jù)直至完全滿足要求。雨刮與周邊件間隙如圖5所示。

圖5 雨刮與周邊件間隙

（1）雨刮接頭、搖臂與格柵開(kāi)口≥8 mm；

（2）雨刮電機(jī)安裝點(diǎn)與周邊件≥5 mm；

（3）電機(jī)與流水槽≥10 mm，考慮防浸泡，此間隙不能小于30 mm；

（4）刮臂、刮片與通風(fēng)蓋板≥10 mm；

（5）雨刮臂C型簧與玻璃或格柵≥10 mm；

（6）輸出軸與空調(diào)格柵蓋板≥8 mm；

（7）雨刮接頭運(yùn)動(dòng)包絡(luò)與周邊件≥10 mm；

（8）連桿運(yùn)動(dòng)包絡(luò)與周邊件≥10 mm；

（9）主刮片與風(fēng)擋處VIN碼≥8 mm。

3 雨刮對(duì)行人保護(hù)的影響

3.1 變形空間

雨刮作為汽車前端外飾件，對(duì)車輛行人保護(hù)性能有較大影響。合理地設(shè)計(jì)雨刮擺臂形狀和雨刮布置位置，可以減小其對(duì)行人保護(hù)的不利影響。同時(shí)，為了減輕因頭部直接撞擊到雨刮固定軸（硬物）帶來(lái)的傷害，雨刮固定軸周圍應(yīng)具有足夠的變形空間。全球統(tǒng)一汽車技術(shù)法規(guī)要求：1+2＞60 mm；EuroNCAP要求：1+2＞80 mm。若雨刮為可潰式的，則只需考慮雨刮設(shè)計(jì)安全間隙即可，如圖6所示。

圖6 變形空間

3.2 雨刮臂的確定

確定雨刮布置空間之后，還需考慮雨刮臂的位置形態(tài)，一般要求雨刮刮臂位于發(fā)蓋投影面內(nèi)的部分應(yīng)盡可能少。試驗(yàn)時(shí)，發(fā)蓋下方的雨刮部分，會(huì)減少發(fā)蓋的變形空間。因此，很多雨刮刮臂局部會(huì)設(shè)計(jì)成彎折的L型，如圖7所示。

圖7 彎折L型雨刮臂

4 造型及其他零件布置要求

4.1 造型及性能確認(rèn)要求

為考慮美觀性，雨刮布置應(yīng)該在玻璃下黑邊區(qū)。要求從車內(nèi)眼橢圓上切點(diǎn)透過(guò)黑邊，雨刮臂不能被看見(jiàn)，并且黑邊高于儀表板不應(yīng)超過(guò)20 mm。主副雨刮刮線頂端高度應(yīng)盡量一致，副刮稍低。主刮刮線終止位置與A柱應(yīng)盡量平行，頂端稍靠外。主刮刮刷頂部距離玻璃上黑邊距離不應(yīng)大于30 mm。如圖8所示。

圖8 雨刮及相關(guān)零件

4.2 對(duì)風(fēng)擋處外置攝像頭、雨量傳感器的影響

如今，汽車已經(jīng)成為人們生活中不可或缺的工具，成為了日常生活的一部分。人們對(duì)于汽車智能駕駛功能要求也越來(lái)越豐富，例如高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（Advanced Driver Assistance System,ADAS）的前向攝像頭模塊、超級(jí)高速公路駕駛輔助的前視攝像頭、行車記錄儀、雨量傳感器等，都需要布置在雨刮刮刷區(qū)域內(nèi)。故刮刷運(yùn)動(dòng)軌跡上方留白區(qū)域越小，則攝像頭、雨量傳感器的位置就可以布置得越往上，內(nèi)視鏡多功能罩蓋尺寸就可以相應(yīng)做小，提升車內(nèi)通透感。

5 總結(jié)

雨刮系統(tǒng)布置，是整車設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中很重要的一項(xiàng)布置工作。因與造型相關(guān)因素直接相關(guān)，如發(fā)蓋的后沿，A柱下端與發(fā)蓋的對(duì)接型式，以及雨刮外露、留白狀態(tài)等，故在造型初期就要開(kāi)始布置。另外由于涉及的零部件比較多，且比較復(fù)雜，所以需要花費(fèi)比較多的時(shí)間來(lái)反復(fù)調(diào)整數(shù)據(jù)以滿足相關(guān)要求。