前風(fēng)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(chǎn)品技術(shù)部，湖南 長沙 410100）

汽車前風(fēng)窗玻璃刮水器系統(tǒng)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(shù)采用電動式，它一般由刮水電動機和一套傳 動 機 構(gòu) 組 成［1］，如圖1所示，刮水電動機驅(qū)動減速機構(gòu)旋轉(zhuǎn)，并通過驅(qū)動連桿做往復(fù)運動［2］。

電動式刮水器中的驅(qū)動部分就是電動機，也是刮水器系統(tǒng)的核心部件，它一般呈封閉結(jié)構(gòu)，便于密封和防水，在出廠前進行了內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)的兩速或三速系統(tǒng)或帶間歇的兩速或三速系統(tǒng)［4］。

1 刮水電動機的分類與應(yīng)用

刮水電動機主要由電動機部分和傳動部分組成，其結(jié)構(gòu)見圖2。電動機部分主要包括磁鐵、線圈、電樞、轉(zhuǎn)換器、旋轉(zhuǎn)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(jù)刮水電動機輸出運動的情況，刮水電動機可分為回轉(zhuǎn)式和擺動式2種。

1）回轉(zhuǎn)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(gòu)進行360°回轉(zhuǎn)運動，其結(jié)構(gòu)簡單，便于生產(chǎn)，價格低廉，抗干擾能力強，多應(yīng)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(gòu)可輸出150°～160°的往復(fù)運動，其刮刷頻率變化連續(xù)、輸出穩(wěn)定，具有過載保護、擴大刮刷區(qū)域、節(jié)省裝配空間等優(yōu)點，是未來刮水電動機的發(fā)展趨勢。但是價格比較昂貴，制造工藝相對復(fù)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(shù)，各大國際組織和汽車公司都制定了相關(guān)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)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(guī)與標(biāo)準(zhǔn)。

表2 刮水電動機耐久試驗標(biāo)準(zhǔn)

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(zhuǎn)試驗、連續(xù)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(tǒng)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(zhuǎn)試驗1→連續(xù)濕刮耐久試驗→壓縮角度試驗→堵轉(zhuǎn)試驗2。

3.1.1 堵轉(zhuǎn)試驗

堵轉(zhuǎn)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(tǒng)功能無影響。試驗時，可選擇刮水系統(tǒng)停止位、翻轉(zhuǎn)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(nèi)。

3.1.2 連續(xù)濕刮耐久試驗

連續(xù)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?zāi)M了在使用過程中頻繁啟動的過程。如果連續(xù)噴水，玻璃表面充分濕潤，刮水器工作負荷小，相當(dāng)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(shè)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(tǒng)不能有功能失效。

測試周期為:連續(xù)噴水，低速檔或高速檔，連續(xù)運行10萬次。

3.2 耐久試驗結(jié)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(qū)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(xù)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(xù)低速運行24h。

3）高低溫耐久試驗 溫度循環(huán)如圖8所示，其中畫斜線區(qū)域表示電動機在低速檔運行，從-40℃到80℃，一共進行65個循環(huán) （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(jié)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(yīng)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(huán)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(qū)域表示電動機工作的區(qū)間。試驗條件相當(dāng)?shù)膰揽?，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(jié)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(jié)

汽車風(fēng)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(biāo)準(zhǔn)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(yōu)化。

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

［2］范迪彬.汽車構(gòu)造 （下）［M］.合肥:安徽科學(xué)技術(shù)出版社，2001:346-348.

［3］酈益.汽車電氣設(shè)備構(gòu)造與維修［M］.北京:北京郵電大學(xué)出版社，2006:227-230.

［4］郭瑞蓮.汽車電控系統(tǒng)原理與故障分析［M］.北京:北京工業(yè)大學(xué)出版社，2010:322-330.