摘 要：汽車電機(jī)刮水器是有效保障駕駛?cè)诵熊嚢踩闹匾?，能夠?yàn)轳{駛?cè)藛T提供良好的視野。但是，汽車車型豐富多樣，在設(shè)計(jì)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(jī)刮水器系統(tǒng)的使用環(huán)境提出了更高的要求，進(jìn)而增加了設(shè)計(jì)工作難度?；诖耍疚闹饕獙ζ囯姍C(jī)刮水器系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐進(jìn)行研究，以期為相關(guān)人員提供有效參考，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。

關(guān)鍵詞：汽車 電機(jī)刮水器 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 實(shí)踐

汽車在行駛過程中，面對各個(gè)地區(qū)的不同路況和天氣，需要利用刮水器有效清潔風(fēng)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(shè)計(jì)汽車電機(jī)刮水器系統(tǒng)，以合適頻率清潔風(fēng)窗玻璃的雨水，使得駕駛?cè)四軌驕?zhǔn)確掌握路況。汽車電機(jī)刮水器系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性、復(fù)雜的工程，需要設(shè)計(jì)人員綜合考慮多種影響因素，提升設(shè)計(jì)效果，實(shí)現(xiàn)刮水器的智能化、自動(dòng)化控制，提高汽車雨天行駛的安全舒適性。

1 汽車電動(dòng)刮水器

汽車電動(dòng)刮水器以電動(dòng)機(jī)為核心，驅(qū)動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)主要借助直流電機(jī)的力量，結(jié)合較為精密的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，利用連桿機(jī)構(gòu)將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，有效轉(zhuǎn)變?yōu)橛旯伪鄣耐鶑?fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而有效完成雨刮動(dòng)作。而雨刮電機(jī)的質(zhì)量要求較為嚴(yán)格，通常選擇DC永磁電機(jī)，并且在汽車前擋風(fēng)玻璃上的刮水器電機(jī)普遍和渦輪蝸桿機(jī)械部分集成在一起。

2 汽車電機(jī)刮水器系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐

2.1 刮刷頻率、工作模式及噪聲要求

在汽車電機(jī)刮水器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際情況和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，合理設(shè)計(jì)刮刷頻率和工作模式，并保證刮水器工作時(shí)符合相關(guān)噪聲要求。例如：刮水器主要包含兩種刮刷頻率，以便于駕駛?cè)藛T結(jié)合需求進(jìn)行自由選擇。通過組合手柄開關(guān)，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(shí)，控制高頻、低頻之差不小于每分鐘10次。此外，刮水器電機(jī)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(shí)，汽車前雨刮開關(guān)打到間歇擋，前雨刮保持低速輸出。

在刮水器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，確保刮水器在實(shí)際運(yùn)行中產(chǎn)生異響。同時(shí)，在刮水電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，其A計(jì)權(quán)聲級(jí)功率級(jí)聲限值（如表1所示）。

2.2 刮片與刮臂設(shè)計(jì)

刮水器順利運(yùn)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(fēng)窗玻璃。因此，刮片的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，需要設(shè)計(jì)人員更多強(qiáng)調(diào)其運(yùn)行狀態(tài)，避免影響刮刷效果，阻礙駕駛?cè)藛T的視線，引發(fā)一系列交通事故。在刮片設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)強(qiáng)調(diào)其膠條刃口一側(cè)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保其密切貼合風(fēng)窗玻璃，避免兩者之間存在一定間隙，難以達(dá)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(jìn)而有效清除雨水。在刮片設(shè)計(jì)中，需要注意以下幾點(diǎn)，進(jìn)一步保障刮刷效果：設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)重視膠條刃口的平順光滑度，確保其和風(fēng)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(fēng)窗玻璃上的雨水。當(dāng)膠條偏轉(zhuǎn)角度設(shè)計(jì)不當(dāng)時(shí)，就會(huì)造成膠條以側(cè)面、端面和風(fēng)窗玻璃直接接觸，無法與玻璃充分貼合，進(jìn)而產(chǎn)生一些殘留水跡，影響駕駛?cè)说囊曇埃赡墚a(chǎn)生一些安全事故；設(shè)計(jì)人員應(yīng)確保膠條隨著風(fēng)窗玻璃曲率調(diào)整彎曲狀態(tài)，更加適應(yīng)風(fēng)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(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)保證膠條左右處于對稱狀態(tài)，同時(shí)使得其中性面和風(fēng)窗玻璃面基本保持互相垂直的狀態(tài)。在此過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)詳細(xì)分析攻擊角，確保其符合各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)要求，否則刮片在運(yùn)行中，膠條無法順利翻轉(zhuǎn)，并且和玻璃難以達(dá)到緊密貼合的狀態(tài)，進(jìn)而可能造成膠條扭曲，直接影響了刮刷效果。對此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)攻擊角，通過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，通?？刂朴旯喂艚菫椤?～5°為宜。

汽車制造過程中，風(fēng)窗玻璃設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵，普遍以變曲率的曲面為主，進(jìn)一步保證整車的安全性，為駕駛?cè)藛T提供良好的視線。但是，這種玻璃為刮水器系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來了較大的難度，主要由于風(fēng)窗玻璃各個(gè)位置的彎曲狀態(tài)有所不同，進(jìn)而對刮刷運(yùn)行具有不同要求。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)綜合考慮這些影響因素，確保刮片設(shè)計(jì)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(fēng)窗玻璃的各個(gè)位置充分貼合，進(jìn)而達(dá)到預(yù)期的刮刷效果。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)合理進(jìn)行刮片結(jié)構(gòu)分析，結(jié)合實(shí)際情況，選擇適宜的刮片結(jié)構(gòu)，提高刮片設(shè)計(jì)的有效性。例如：1.有骨刮片，包含骨架、簧片、膠條等，在實(shí)際應(yīng)用中可以將刮臂的壓力更加充分、均勻地傳遞在每個(gè)卡爪。2.無骨刮片設(shè)計(jì)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\(yùn)行中，可以根據(jù)實(shí)際情況和刮刷需求，針對性調(diào)整其形狀，進(jìn)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(fēng)窗玻璃平整度較高，結(jié)合其刮刷特點(diǎn)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(shí)，難以清除玻璃上的雨水。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合汽車類型，選擇適宜的刮片結(jié)構(gòu)，有效清潔風(fēng)窗玻璃。

掛臂設(shè)計(jì)十分重要，需要設(shè)計(jì)人員高度重視。雨刮膠條受到壓力較大的情況下，會(huì)造成膠條刃口彎曲，進(jìn)而使得膠條刃口以面接觸風(fēng)窗玻璃。在刮水器運(yùn)行中，容易受到相關(guān)因素的影響，使得摩擦力增大，進(jìn)而增加了異響、刮刷異常跳動(dòng)等問題發(fā)生的可能性。同時(shí)，膠條受力過小，導(dǎo)致其和風(fēng)窗玻璃不能緊密貼合，進(jìn)而出現(xiàn)漏刮等問題。對此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)刮臂設(shè)計(jì)，校核其壓力，進(jìn)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(shè)計(jì)人員結(jié)合膠條硬度，通過試驗(yàn)之后進(jìn)行確定。刮水器在刮刷操作中，刮臂隨著汽車風(fēng)窗玻璃起伏不平而發(fā)生一定變化。設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際要求，優(yōu)化設(shè)計(jì)刮臂起伏角，進(jìn)而有效控制刮臂壓緊力變化[2]。

2.3 智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

汽車電機(jī)刮水器智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員可以采用模塊化設(shè)計(jì)方法，優(yōu)化軟件設(shè)計(jì)，完善主程序和子程序模塊。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，可以利用查詢方式，查詢汽車電機(jī)刮水器擋位信號(hào)，并結(jié)合相應(yīng)的檢測信息，執(zhí)行子程序。為了進(jìn)一步保證刮水器運(yùn)行中，不會(huì)影響駕駛?cè)藛T的前方視野，在停止擋和間歇擋時(shí)，系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)檢測刮水器回位信號(hào)，并合理設(shè)置雨量傳感器，進(jìn)而可以準(zhǔn)確感知是否存在降雨，但是對降雨的具體強(qiáng)度沒有較高要求，進(jìn)而可以結(jié)合經(jīng)驗(yàn)值合理設(shè)定雨量的界定[3]。

在智能控制系統(tǒng)硬件電路功能模塊設(shè)計(jì)的過程中，需要設(shè)計(jì)人員結(jié)合實(shí)際情況，確保設(shè)計(jì)工作開展的有效性。

2.3.1 開關(guān)信號(hào)輸入模塊設(shè)計(jì)

開關(guān)信號(hào)輸入模塊設(shè)計(jì)至關(guān)重要，主要由于其能夠有效實(shí)現(xiàn)刮水器高速擋、低速擋等開關(guān)信號(hào)的輸入。同時(shí)，該模塊在刮水器運(yùn)行中，能夠結(jié)合實(shí)際情況和運(yùn)行需求，對開關(guān)量信號(hào)進(jìn)行科學(xué)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(gè)控制系統(tǒng)中發(fā)揮著不可或缺的作用，需要設(shè)計(jì)人員給予更多關(guān)注。設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)詳細(xì)分析模塊功能需求，基于刮水器運(yùn)行特點(diǎn)，優(yōu)化設(shè)置紅外散射式雨量傳感器，充分發(fā)揮其應(yīng)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(dòng)感知雨滴，并將獲取信號(hào)及時(shí)傳送至控制器。雨量傳感器在實(shí)際運(yùn)行中，能夠準(zhǔn)確識(shí)別雨量大小，進(jìn)而輸出相應(yīng)的脈沖波（如表2所示）。雨量傳感器的靈敏度和精準(zhǔn)性直接關(guān)乎整個(gè)控制系統(tǒng)的使用性能，需要設(shè)計(jì)人員更多強(qiáng)調(diào)其性能參數(shù)、工作環(huán)境，確保雨量傳感器選擇和設(shè)計(jì)的有效性。

2.3.3 回位檢測模塊設(shè)計(jì)

回位檢測模塊設(shè)計(jì)中，需要設(shè)計(jì)人員分析其功能，在明確功能需求的基礎(chǔ)上，確保模塊設(shè)計(jì)的有效性?；匚粰z測模塊在實(shí)際運(yùn)行中能夠?qū)螚U的具體位置進(jìn)行準(zhǔn)確檢測，保證其能夠順利運(yùn)行，避免刮桿影響駕駛?cè)藛T的前方視野。該模塊設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)更多關(guān)注通過回位檢測模塊，獲取刮桿的位置信號(hào)，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)適宜的位置，科學(xué)布置凸輪片，進(jìn)而充分發(fā)揮其重要作用，使得凸輪片能夠和其他信號(hào)進(jìn)行有效連接。此外，設(shè)計(jì)人員可以選擇適宜的單片機(jī)，能夠?qū)匚恍盘?hào)進(jìn)行準(zhǔn)確檢測，以便于明確刮桿在實(shí)際運(yùn)行中是否順利歸位，進(jìn)而為駕駛?cè)藛T提供更加寬闊、清晰的視野，始終保持安全駕駛。

2.3.4 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)

電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的功能主要是實(shí)現(xiàn)汽車刮水器電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)。設(shè)計(jì)人員在實(shí)際工作中，應(yīng)當(dāng)詳細(xì)分析直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案[4]。在此過程中，設(shè)計(jì)人員可以按照相應(yīng)規(guī)律，針對性改變電動(dòng)機(jī)通電和斷電的時(shí)間，進(jìn)而有效控制其具體轉(zhuǎn)速。通過實(shí)踐分析，刮水器電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和電樞電壓之間呈現(xiàn)出正相比的關(guān)系。因此，設(shè)計(jì)人員可以結(jié)合手動(dòng)控制、自動(dòng)控制過程中，雨量信號(hào)采集結(jié)果，通過單片機(jī)輸入相對應(yīng)的PWM控制信號(hào)，并發(fā)送到電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，進(jìn)而針對性調(diào)速控制刮水器電動(dòng)機(jī)。

2.3.5 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)效果直接影響其自身效能的發(fā)揮，并且直接關(guān)乎刮水器運(yùn)行狀態(tài)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在刮水器運(yùn)行中，能夠保持電機(jī)順利旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，為刮臂提供充足的動(dòng)力。但是，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行承受刮臂刮刷的負(fù)載，進(jìn)而容易造成不同聯(lián)接位置經(jīng)常出現(xiàn)磨損嚴(yán)重、松動(dòng)等現(xiàn)象，直接影響了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的使用性能。因此，設(shè)計(jì)人員在實(shí)際工作中應(yīng)更多關(guān)注這些問題，優(yōu)化傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，詳細(xì)分析傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的受力情況，并加強(qiáng)金屬部件防腐蝕性的設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)各個(gè)聯(lián)接位置的防水、耐磨和潤滑設(shè)計(jì)，進(jìn)一步保證傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性與有效性。比如，在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員按照其防腐和防護(hù)要求，采取一系列有效措施，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。在實(shí)踐中，對于汽車電機(jī)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(xiàn)銹蝕斷裂等現(xiàn)象。為了有效保障金屬構(gòu)件的安全穩(wěn)定性，需要設(shè)計(jì)人員高度重視預(yù)防出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，進(jìn)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(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行中容易受到多方面因素的干擾，可能在不同聯(lián)接部位出現(xiàn)不同程度的磨損，或者零部件松動(dòng)脫落等問題，直接影響刮水器的順利運(yùn)行。對此，設(shè)計(jì)人員可以選擇高品質(zhì)的潤滑脂，均勻涂抹在聯(lián)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(lián)接位置的耐磨性[5]。但是，潤滑脂在實(shí)際應(yīng)用中，遇到水容易發(fā)生變質(zhì)的現(xiàn)象，這就需要設(shè)計(jì)人員更多關(guān)注不同聯(lián)接部位的實(shí)際情況，選擇高品質(zhì)的防水套，避免雨水進(jìn)入影響潤滑脂的應(yīng)用效果。對于刮臂轉(zhuǎn)軸、鑄鋁支座，設(shè)計(jì)人員應(yīng)選擇耐磨性較高的含油軸承進(jìn)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(shù)，有利于充分發(fā)揮潤滑油的重要作用，避免軸承出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)安全問題。

2.3.6 防塵防水設(shè)計(jì)

在汽車電機(jī)刮水器設(shè)計(jì)中，通常需要保持電機(jī)具有較高的防護(hù)等級(jí)，通常應(yīng)保持大于IP56級(jí)。設(shè)計(jì)人員在防塵防水設(shè)計(jì)中，利用橡膠材料，增強(qiáng)密封性，降低灰塵、雨水進(jìn)入電機(jī)的可能性，避免影響刮水器運(yùn)行效果。值得注意的是，設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況和各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)要求，合理控制密封圈厚度，保持形狀對稱，避免出現(xiàn)較大的形變問題。在實(shí)踐中，刮水器電機(jī)運(yùn)行溫度普遍不小于80攝氏度，在停運(yùn)后由于雨水沖刷，溫度快速下降，進(jìn)而造成其內(nèi)外部的氣壓差增大，直接影響密封效果。對此，設(shè)計(jì)人員可以在刮水器電機(jī)上，選擇便于排氣的位置合理設(shè)置透氣孔，并粘貼透氣膜，避免雨水進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部。在透氣膜粘貼完成后，在其外部設(shè)計(jì)安裝防塵帽，防止灰塵堆積，對電機(jī)的使用性能帶來不良影響。

3 結(jié)語

汽車電機(jī)刮水器的設(shè)計(jì)和使用效果，直接關(guān)乎汽車駕駛?cè)说男熊嚢踩Ｒ虼?，設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，更加強(qiáng)調(diào)刮片、刮臂、刮刷頻率、工作模式，以及智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從多個(gè)角度確保汽車電機(jī)刮水器設(shè)計(jì)的有效性。

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