客車(chē)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(chē)（大連）有限公司，遼寧 大連 116600）

在客車(chē)中，刮水器的設(shè)計(jì)涉及大量運(yùn)動(dòng)校核、機(jī)構(gòu)安裝等工作內(nèi)容，其中駕駛員視野校核是關(guān)鍵。根據(jù)GB15084對(duì)外視鏡的位置要求：外視鏡應(yīng)該能從車(chē)輛側(cè)窗或前風(fēng)窗玻璃刮水器刮刷到的區(qū)域中看到[1]。但是在實(shí)際設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程中，受限于客車(chē)外觀造型等因素，大多數(shù)客車(chē)尤其是大型旅游類(lèi)客車(chē)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)是刮水片在左側(cè)刮不到位，影響駕駛員在雨天的視野[2]。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)某一批次客車(chē)車(chē)型在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)多臺(tái)車(chē)輛刮水器在左側(cè)刮水角度不足現(xiàn)象，導(dǎo)致雨天時(shí)司機(jī)觀察不清左側(cè)后視鏡的問(wèn)題，如果不加以改善，將影響客車(chē)雨天使用安全性。

1 客車(chē)刮水器結(jié)構(gòu)分析

1.1 客車(chē)刮水器的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

刮水器是由電機(jī)帶動(dòng)，通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣伪鄣耐鶑?fù)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)刮雨動(dòng)作。刮水器一般分為對(duì)刮和順刮2種形式[3]。客車(chē)常用雨刮型式為對(duì)刮式，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，分為左右2個(gè)部分。左側(cè)為一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：其中電機(jī)轉(zhuǎn)臂為曲柄，以電機(jī)輸出軸為中心360 °旋轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)軸為中心做往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)刮水動(dòng)作；右側(cè)為了使刮臂運(yùn)動(dòng)方向相反，在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上增加了1個(gè)三角盤(pán)，三角盤(pán)繞其固定于車(chē)身骨架上中心轉(zhuǎn)軸往復(fù)回轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)換向，使得右側(cè)刮臂與左側(cè)刮臂運(yùn)動(dòng)方向相反。由于左側(cè)易出現(xiàn)刮水角度不足問(wèn)題，該文只對(duì)左側(cè)刮水機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析。

圖1 一種對(duì)刮式刮水器機(jī)構(gòu)圖

刮水器左側(cè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程可以分為4個(gè)狀態(tài)：1） 初始狀態(tài)。電機(jī)回歸0位，電機(jī)轉(zhuǎn)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(yùn)動(dòng)。電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度0°～180°，雨刮臂上的刮片由初始水平狀態(tài)向外擺動(dòng)直至極限狀態(tài)。3） 極限狀態(tài)。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)180°，電機(jī)轉(zhuǎn)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(dá)到刮水最大角度。4） 回復(fù)運(yùn)動(dòng)。電機(jī)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)180°～360°，雨刮臂上刮片由極限狀態(tài)向內(nèi)擺動(dòng)直至回歸初始狀態(tài)。

1.2 刮水器設(shè)計(jì)角度

刮水器設(shè)計(jì)角度（刮片與水平面夾角）主要受前風(fēng)窗結(jié)構(gòu)限制，前風(fēng)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(shè)計(jì)得更大。但是受限于客車(chē)外觀造型等因素，大多數(shù)客車(chē)尤其是大型旅游類(lèi)客車(chē)產(chǎn)品，設(shè)計(jì)時(shí)考慮到車(chē)身造型及減小空氣阻力的緣故，通常前風(fēng)窗采用大圓角造型，前風(fēng)擋玻璃在兩側(cè)外形轉(zhuǎn)角弧度較大，不利于刮水器刮至弧度區(qū)。為了確保正確的刮掃部位和合格的刮凈率，刮水器的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)必須設(shè)計(jì)合理，要想看到左側(cè)后視鏡，需要左側(cè)雨刮在極限狀態(tài)時(shí)的位置盡量靠近外形圓角弧度開(kāi)始位置，以加大刮水角度，但同時(shí)要注意刮片與開(kāi)始線位置之間的距離要留有約50 mm的余量，刮片會(huì)因?yàn)轱L(fēng)力及慣性等因素使得雨刮刮出風(fēng)擋玻璃，無(wú)法回位，造成更大危險(xiǎn)。另外刮片太靠近外形圓角弧度開(kāi)始位置會(huì)使得刮片攻擊角過(guò)大，直接影響到雨刮刮凈度、噪聲等性能指標(biāo)[4]。如圖2所示，客車(chē)左側(cè)刮水器設(shè)計(jì)角度的最大值一般設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)值為85 °，不超過(guò)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(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)時(shí)可用公式解析法或幾何作圖法進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過(guò)程由于刮水器在工作過(guò)程中是動(dòng)態(tài)的，運(yùn)動(dòng)關(guān)系較為復(fù)雜，要確定其合理的連桿長(zhǎng)度和固定點(diǎn)位置，要經(jīng)過(guò)反復(fù)運(yùn)算和校核，工作量較大。為了找到導(dǎo)致刮水角度不足的原因，該文通過(guò)建立機(jī)構(gòu)模型（如圖3所示），在原有設(shè)計(jì)尺寸的基礎(chǔ)上，提出雨刮機(jī)構(gòu)各尺寸假設(shè)誤差值，通過(guò)改變機(jī)構(gòu)模型中各桿長(zhǎng)度及雨刮轉(zhuǎn)軸的位置，快速得到對(duì)應(yīng)變化狀態(tài)下的各機(jī)構(gòu)元件在每個(gè)位置的數(shù)據(jù)，從而得到雨刮角度范圍值的變化，分析出各尺寸變化對(duì)雨刮角度范圍的影響規(guī)律，根據(jù)所得規(guī)律即可分析找出角度不足的原因，并提出解決對(duì)策。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

圖2 刮水器刮水角度范圍圖

圖3 左側(cè)刮水器機(jī)構(gòu)模型圖

表1 各尺寸變化對(duì)應(yīng)的雨刮角度范圍值

根據(jù)表1中所統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，總結(jié)各尺寸變化對(duì)雨刮角度影響規(guī)律如下：1） 電機(jī)轉(zhuǎn)臂減短和小連桿加長(zhǎng)，會(huì)使雨刮角度范圍變小。2） 長(zhǎng)連桿和雨刮轉(zhuǎn)軸與電機(jī)轉(zhuǎn)軸水平距離值無(wú)論減短和加長(zhǎng)，都不會(huì)使雨刮角度范圍減?。ɑ驕p小極少，可忽略），反而會(huì)導(dǎo)致雨刮角度范圍增大。3） 雨刮轉(zhuǎn)軸與電機(jī)轉(zhuǎn)軸豎直距離值變化對(duì)角度影響很小。

2.2 實(shí)際運(yùn)行角度不足的原因分析

根據(jù)抽樣統(tǒng)計(jì)，生產(chǎn)的某一批次的10臺(tái)車(chē)中僅有2臺(tái)刮水角度正常，經(jīng)過(guò)對(duì)有問(wèn)題的雨刮機(jī)構(gòu)進(jìn)行拆解測(cè)量，發(fā)現(xiàn)各機(jī)構(gòu)零件的實(shí)際尺寸與理論設(shè)計(jì)值基本一致，這說(shuō)明刮水角度不足不是由電機(jī)轉(zhuǎn)臂和小連桿的加工尺寸誤差引起的。通過(guò)進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)，雨刮電機(jī)在初始安裝時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)臂是水平的，但是在電機(jī)通電運(yùn)行后，由于運(yùn)動(dòng)間隙和電機(jī)自身的原因，電機(jī)復(fù)位后，電機(jī)轉(zhuǎn)臂卻不平，回位角度差約20 °，如圖4所示。

圖4 電機(jī)轉(zhuǎn)臂回位不平實(shí)拍圖

而安裝過(guò)程中通常在最后一步安裝刮片，在電機(jī)復(fù)位狀態(tài)下，安裝刮片為水平狀態(tài)，這會(huì)導(dǎo)致刮片在外擺運(yùn)動(dòng)時(shí)失去部分角度范圍，經(jīng)分析計(jì)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(xiàn)場(chǎng)刮水角度不足實(shí)拍圖

3 改善措施

根據(jù)上述角度不足的原因分析，結(jié)合車(chē)輛在雨刮實(shí)際使用時(shí)體現(xiàn)的問(wèn)題，在不同的情況下，可以從以下4個(gè)方面解決刮水角度不足的問(wèn)題。

3.1 保證雨刮電機(jī)在回位狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)臂為水平狀態(tài)

通過(guò)以上分析可知，由于雨刮電機(jī)自身問(wèn)題導(dǎo)致的回復(fù)初始位置時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)臂是雨刮角度不足的主要原因，所以在安裝時(shí)可以將電機(jī)轉(zhuǎn)臂預(yù)安裝一個(gè)抵消角度，使得電機(jī)運(yùn)行后再?gòu)?fù)位時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)臂為水平狀態(tài)（如圖6所示），從而保證雨刮角度范圍為85 °的設(shè)計(jì)值。

該改善方法需要注意的是，在批量安裝前需要在首臺(tái)車(chē)輛試制時(shí)，通過(guò)試驗(yàn)找出一個(gè)合理的預(yù)裝角度，預(yù)裝角度可能會(huì)因每批次的電機(jī)不同而不一致。

圖6 電機(jī)轉(zhuǎn)臂回位水平實(shí)拍圖

3.2 增加長(zhǎng)連桿的長(zhǎng)度

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，電機(jī)轉(zhuǎn)臂通常是被安排在前序安裝，且在表臺(tái)內(nèi)部較深位置，出現(xiàn)問(wèn)題后需要先拆卸表臺(tái)等內(nèi)飾件才能拆卸電機(jī)轉(zhuǎn)臂，使得調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)臂比較困難。而長(zhǎng)連桿所在位置一般在司機(jī)腳部位置，更方便觀察和調(diào)整，根據(jù)該文2.1中的分析，可以通過(guò)適當(dāng)增加長(zhǎng)連桿的調(diào)節(jié)長(zhǎng)度來(lái)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(chē)輛下線前，雨刮已經(jīng)通電的情況下，提前對(duì)雨刮角度范圍調(diào)試，但是需要注意先不安裝司機(jī)座椅，否則需要拆卸司機(jī)座椅才能調(diào)整連桿長(zhǎng)度。

3.3 調(diào)整刮片角度或加裝副雨刮片

有時(shí)由于結(jié)構(gòu)安裝誤差過(guò)大，調(diào)整連桿長(zhǎng)度改善刮水角度范圍的效果并不明顯，這時(shí)在不考慮美觀度的情況下，可以通過(guò)直接調(diào)整刮片的角度，使刮片在初始位置有個(gè)仰角（如圖7所示），由于刮水角度范圍不會(huì)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(qū)域。

圖7 調(diào)整刮片角度圖

有時(shí)由于雨刮臂本身自帶調(diào)節(jié)齒盤(pán)每格角度較大，使用直接調(diào)整刮片角度的方法會(huì)使刮片超出理論極限位置，這時(shí)可通過(guò)加裝較小尺寸的副雨刷來(lái)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(chē)輛下線調(diào)試后，此時(shí)更改雨刮內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較困難，在外部調(diào)整刮片或加裝副雨刮片較容易實(shí)現(xiàn)。

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(jié)構(gòu)影響，通過(guò)車(chē)身兩側(cè)的攝像頭，將視覺(jué)信號(hào)傳輸至車(chē)內(nèi)的電子顯示屏，其可視區(qū)域范圍更廣。在一些前風(fēng)擋玻璃造型圓角弧度較大，左側(cè)刮水片角度設(shè)計(jì)困難，即使應(yīng)用前幾項(xiàng)改善措施也不能實(shí)現(xiàn)，應(yīng)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(diǎn)是成本較高，在車(chē)輛設(shè)計(jì)時(shí)要提前考慮布置。

4 結(jié)語(yǔ)

風(fēng)擋玻璃刮水器是重要的汽車(chē)安全部件之一，其設(shè)計(jì)的好壞影響了駕駛員的視野范圍[4]。該文針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的客車(chē)刮水器在左側(cè)刮水角度不足的問(wèn)題，從雨刮運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等多個(gè)方面進(jìn)行了分析，并結(jié)合不同情況制定了相應(yīng)改善方案，從而解決了刮水角度不足的問(wèn)題，改善了駕駛員雨天視野，增加了客車(chē)行駛安全性。同時(shí)也為今后其他新車(chē)型的設(shè)計(jì)提供了參。