汽車電機刮水器系統(tǒng)設計實踐研究

摘 要：汽車電機刮水器是有效保障駕駛人行車安全的重要元件之一，能夠為駕駛人員提供良好的視野。但是，汽車車型豐富多樣，在設計和制造中，對刮水器系統(tǒng)的要求存在一定差異，并且面對多種極端天氣，對汽車電機刮水器系統(tǒng)的使用環(huán)境提出了更高的要求，進而增加了設計工作難度?；诖耍疚闹饕獙ζ囯姍C刮水器系統(tǒng)設計實踐進行研究，以期為相關人員提供有效參考，提高設計質量和效率。

關鍵詞：汽車 電機刮水器 系統(tǒng)設計 實踐

汽車在行駛過程中，面對各個地區(qū)的不同路況和天氣，需要利用刮水器有效清潔風窗玻璃，保障行駛安全。為了有效保障汽車在惡劣環(huán)境中安全行駛，就需要優(yōu)化設計汽車電機刮水器系統(tǒng)，以合適頻率清潔風窗玻璃的雨水，使得駕駛人能夠準確掌握路況。汽車電機刮水器系統(tǒng)設計是一項綜合性、復雜的工程，需要設計人員綜合考慮多種影響因素，提升設計效果，實現刮水器的智能化、自動化控制，提高汽車雨天行駛的安全舒適性。

1 汽車電動刮水器

汽車電動刮水器以電動機為核心，驅動整個系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運行。電動機主要借助直流電機的力量，結合較為精密的傳動機構，利用連桿機構將電機的旋轉運動，有效轉變?yōu)橛旯伪鄣耐鶑瓦\動，進而有效完成雨刮動作。而雨刮電機的質量要求較為嚴格，通常選擇DC永磁電機，并且在汽車前擋風玻璃上的刮水器電機普遍和渦輪蝸桿機械部分集成在一起。

2 汽車電機刮水器系統(tǒng)設計實踐

2.1 刮刷頻率、工作模式及噪聲要求

在汽車電機刮水器系統(tǒng)設計的過程中，設計人員應當結合實際情況和相關標準要求，合理設計刮刷頻率和工作模式，并保證刮水器工作時符合相關噪聲要求。例如：刮水器主要包含兩種刮刷頻率，以便于駕駛人員結合需求進行自由選擇。通過組合手柄開關，控制車身控制器，要求一種頻率不少于每分鐘45次，另一種頻率大于每分鐘20次。同時，控制高頻、低頻之差不小于每分鐘10次。此外，刮水器電機的工作模式主要包含高速頻率、低速頻率和間歇。其中間歇為，IGN處于ON擋時，汽車前雨刮開關打到間歇擋，前雨刮保持低速輸出。

在刮水器系統(tǒng)設計的過程中，設計人員應嚴格按照相關標準要求，確保刮水器在實際運行中產生異響。同時，在刮水電機空載運行時，其A計權聲級功率級聲限值（如表1所示）。

2.2 刮片與刮臂設計

刮水器順利運行的過程中離不開刮片的保障，需要以刮片作為執(zhí)行器，更好地清潔汽車的風窗玻璃。因此，刮片的設計至關重要，需要設計人員更多強調其運行狀態(tài)，避免影響刮刷效果，阻礙駕駛人員的視線，引發(fā)一系列交通事故。在刮片設計的過程中，設計人員應強調其膠條刃口一側的優(yōu)化設計，確保其密切貼合風窗玻璃，避免兩者之間存在一定間隙，難以達到理想的刮刷效果。將刮片始終處于以線接觸玻璃的狀態(tài)，順利刮刷，進而有效清除雨水。在刮片設計中，需要注意以下幾點，進一步保障刮刷效果：設計人員應當重視膠條刃口的平順光滑度，確保其和風窗玻璃充分貼合，避免存在一些凹凸、折痕等缺陷，難以全部清除風窗玻璃上的雨水。當膠條偏轉角度設計不當時，就會造成膠條以側面、端面和風窗玻璃直接接觸，無法與玻璃充分貼合，進而產生一些殘留水跡，影響駕駛人的視野，可能產生一些安全事故；設計人員應確保膠條隨著風窗玻璃曲率調整彎曲狀態(tài)，更加適應風窗玻璃變化的曲線，充分貼合玻璃，清除雨水，避免殘留霧狀、條狀水跡[1]。

在刮片設計過程中，應當保證膠條左右處于對稱狀態(tài)，同時使得其中性面和風窗玻璃面基本保持互相垂直的狀態(tài)。在此過程中，設計人員應詳細分析攻擊角，確保其符合各項標準要求，否則刮片在運行中，膠條無法順利翻轉，并且和玻璃難以達到緊密貼合的狀態(tài)，進而可能造成膠條扭曲，直接影響了刮刷效果。對此，設計人員應優(yōu)化設計攻擊角，通過實踐經驗表明，通?？刂朴旯喂艚菫椤?～5°為宜。

汽車制造過程中，風窗玻璃設計十分關鍵，普遍以變曲率的曲面為主，進一步保證整車的安全性，為駕駛人員提供良好的視線。但是，這種玻璃為刮水器系統(tǒng)設計帶來了較大的難度，主要由于風窗玻璃各個位置的彎曲狀態(tài)有所不同，進而對刮刷運行具有不同要求。因此，設計人員應綜合考慮這些影響因素，確保刮片設計的有效性，保證其能夠針對性控制膠條彎曲程度，使得膠條與風窗玻璃的各個位置充分貼合，進而達到預期的刮刷效果。同時，設計人員應合理進行刮片結構分析，結合實際情況，選擇適宜的刮片結構，提高刮片設計的有效性。例如：1.有骨刮片，包含骨架、簧片、膠條等，在實際應用中可以將刮臂的壓力更加充分、均勻地傳遞在每個卡爪。2.無骨刮片設計過程中，需要合理選擇簧片，以弧形鋼片為主，并注意其彈性符合要求?；善谶\行中，可以根據實際情況和刮刷需求，針對性調整其形狀，進一步保障膠條與玻璃之間的貼合度符合要求。比如，日常乘用車的風窗玻璃平整度較高，結合其刮刷特點和要求，可以選擇無辜刮片，能夠獲得理想的刮刷成效。但是，重卡玻璃較為特殊，使用無骨刮片時，難以清除玻璃上的雨水。因此，設計人員應當結合汽車類型，選擇適宜的刮片結構，有效清潔風窗玻璃。

掛臂設計十分重要，需要設計人員高度重視。雨刮膠條受到壓力較大的情況下，會造成膠條刃口彎曲，進而使得膠條刃口以面接觸風窗玻璃。在刮水器運行中，容易受到相關因素的影響，使得摩擦力增大，進而增加了異響、刮刷異常跳動等問題發(fā)生的可能性。同時，膠條受力過小，導致其和風窗玻璃不能緊密貼合，進而出現漏刮等問題。對此，設計人員應當強調刮臂設計，校核其壓力，進而為刮片提供適宜的壓力。通?？刂乒纹瑝壕o力在1.2—1.8N/mm之間，具體需要設計人員結合膠條硬度，通過試驗之后進行確定。刮水器在刮刷操作中，刮臂隨著汽車風窗玻璃起伏不平而發(fā)生一定變化。設計人員應結合實際要求，優(yōu)化設計刮臂起伏角，進而有效控制刮臂壓緊力變化[2]。

2.3 智能控制系統(tǒng)設計

汽車電機刮水器智能控制系統(tǒng)設計過程中，設計人員可以采用模塊化設計方法，優(yōu)化軟件設計，完善主程序和子程序模塊。在系統(tǒng)運行過程中，可以利用查詢方式，查詢汽車電機刮水器擋位信號，并結合相應的檢測信息，執(zhí)行子程序。為了進一步保證刮水器運行中，不會影響駕駛人員的前方視野，在停止擋和間歇擋時，系統(tǒng)需要實時檢測刮水器回位信號，并合理設置雨量傳感器，進而可以準確感知是否存在降雨，但是對降雨的具體強度沒有較高要求，進而可以結合經驗值合理設定雨量的界定[3]。

在智能控制系統(tǒng)硬件電路功能模塊設計的過程中，需要設計人員結合實際情況，確保設計工作開展的有效性。

2.3.1 開關信號輸入模塊設計

開關信號輸入模塊設計至關重要，主要由于其能夠有效實現刮水器高速擋、低速擋等開關信號的輸入。同時，該模塊在刮水器運行中，能夠結合實際情況和運行需求，對開關量信號進行科學處理。

2.3.2 雨量采集與處理模塊

雨量采集與處理模塊在整個控制系統(tǒng)中發(fā)揮著不可或缺的作用，需要設計人員給予更多關注。設計人員應當詳細分析模塊功能需求，基于刮水器運行特點，優(yōu)化設置紅外散射式雨量傳感器，充分發(fā)揮其應用優(yōu)勢和功能，提高控制系統(tǒng)的智能化水平。通過該傳感器能夠自動感知雨滴，并將獲取信號及時傳送至控制器。雨量傳感器在實際運行中，能夠準確識別雨量大小，進而輸出相應的脈沖波（如表2所示）。雨量傳感器的靈敏度和精準性直接關乎整個控制系統(tǒng)的使用性能，需要設計人員更多強調其性能參數、工作環(huán)境，確保雨量傳感器選擇和設計的有效性。

2.3.3 回位檢測模塊設計

回位檢測模塊設計中，需要設計人員分析其功能，在明確功能需求的基礎上，確保模塊設計的有效性?；匚粰z測模塊在實際運行中能夠對刮桿的具體位置進行準確檢測，保證其能夠順利運行，避免刮桿影響駕駛人員的前方視野。該模塊設計中，設計人員應當更多關注通過回位檢測模塊，獲取刮桿的位置信號，并根據設計要求，選擇渦輪蝸桿機構適宜的位置，科學布置凸輪片，進而充分發(fā)揮其重要作用，使得凸輪片能夠和其他信號進行有效連接。此外，設計人員可以選擇適宜的單片機，能夠對回位信號進行準確檢測，以便于明確刮桿在實際運行中是否順利歸位，進而為駕駛人員提供更加寬闊、清晰的視野，始終保持安全駕駛。

2.3.4 電動機驅動模塊設計

電動機驅動模塊的功能主要是實現汽車刮水器電動機的驅動、制動。設計人員在實際工作中，應當詳細分析直流電動機的調速方案[4]。在此過程中，設計人員可以按照相應規(guī)律，針對性改變電動機通電和斷電的時間，進而有效控制其具體轉速。通過實踐分析，刮水器電動機轉速和電樞電壓之間呈現出正相比的關系。因此，設計人員可以結合手動控制、自動控制過程中，雨量信號采集結果，通過單片機輸入相對應的PWM控制信號，并發(fā)送到電動機驅動芯片，進而針對性調速控制刮水器電動機。

2.3.5 傳動機構設計

傳動機構設計效果直接影響其自身效能的發(fā)揮，并且直接關乎刮水器運行狀態(tài)。傳動機構在刮水器運行中，能夠保持電機順利旋轉運動，為刮臂提供充足的動力。但是，傳動機構運行承受刮臂刮刷的負載，進而容易造成不同聯接位置經常出現磨損嚴重、松動等現象，直接影響了傳動機構的使用性能。因此，設計人員在實際工作中應更多關注這些問題，優(yōu)化傳動機構的設計，詳細分析傳動機構的受力情況，并加強金屬部件防腐蝕性的設計，強調各個聯接位置的防水、耐磨和潤滑設計，進一步保證傳動機構設計的合理性與有效性。比如，在傳動機構設計中，設計人員按照其防腐和防護要求，采取一系列有效措施，提高設計質量。在實踐中，對于汽車電機刮水器的金屬部件，需要選擇一定的防腐蝕手段，避免其出現銹蝕斷裂等現象。為了有效保障金屬構件的安全穩(wěn)定性，需要設計人員高度重視預防出現腐蝕現象，進而選擇鍍鋅等多種措施，最大限度降低刮水器金屬部件腐蝕斷裂的概率。傳動機構運行中容易受到多方面因素的干擾，可能在不同聯接部位出現不同程度的磨損，或者零部件松動脫落等問題，直接影響刮水器的順利運行。對此，設計人員可以選擇高品質的潤滑脂，均勻涂抹在聯接位置，發(fā)揮其隔離配合面的作用，防止與配合面直接接觸，減少磨損，提高各聯接位置的耐磨性[5]。但是，潤滑脂在實際應用中，遇到水容易發(fā)生變質的現象，這就需要設計人員更多關注不同聯接部位的實際情況，選擇高品質的防水套，避免雨水進入影響潤滑脂的應用效果。對于刮臂轉軸、鑄鋁支座，設計人員應選擇耐磨性較高的含油軸承進行連接，主要由于含油軸承制造的過程中，可以選擇粉末冶金技術，有利于充分發(fā)揮潤滑油的重要作用，避免軸承出現運動安全問題。

2.3.6 防塵防水設計

在汽車電機刮水器設計中，通常需要保持電機具有較高的防護等級，通常應保持大于IP56級。設計人員在防塵防水設計中，利用橡膠材料，增強密封性，降低灰塵、雨水進入電機的可能性，避免影響刮水器運行效果。值得注意的是，設計人員應結合實際情況和各項標準要求，合理控制密封圈厚度，保持形狀對稱，避免出現較大的形變問題。在實踐中，刮水器電機運行溫度普遍不小于80攝氏度，在停運后由于雨水沖刷，溫度快速下降，進而造成其內外部的氣壓差增大，直接影響密封效果。對此，設計人員可以在刮水器電機上，選擇便于排氣的位置合理設置透氣孔，并粘貼透氣膜，避免雨水進入電機內部。在透氣膜粘貼完成后，在其外部設計安裝防塵帽，防止灰塵堆積，對電機的使用性能帶來不良影響。

3 結語

汽車電機刮水器的設計和使用效果，直接關乎汽車駕駛人的行車安全。因此，設計人員應結合實際情況，更加強調刮片、刮臂、刮刷頻率、工作模式，以及智能控制系統(tǒng)的設計，從多個角度確保汽車電機刮水器設計的有效性。

參考文獻：

[1]羅斌.淺談汽車大高寬比擋風玻璃的刮水器布置方法[J].汽車維修技師，2023（1）：132-132.

[2]梁家烽，韋晗，梁祿文.靜態(tài)感知質量在前刮水器設計中的應用[J].汽車知識，2023，23（4）：111-113.

[3]任國清，孔慧芳，張曉雪.汽車智能刮水器控制系統(tǒng)設計方案[J].汽車電器，2023（4）：41-41.

[4]田永，韋俊.汽車玻璃刮水器電動機的類型與功能實現[J].汽車電器，2012（007）：46-48.

[5]柴東，孟鴿.汽車刮水器設計優(yōu)化及分析驗證[J].農業(yè)裝備技術，2023，49（5）：46-49.