前风窗刮水电动机耐久性能的评价方法

田 永，韦 俊

（广汽菲亚特汽车有限公司产品技术部，湖南 长沙 410100）

汽车前风窗玻璃刮水器系统是汽车上的重要部件之一，用来清洁玻璃外表面上的雨水、灰尘、雪等，保持驾驶员的视野清晰。刮水器有气压式、电动式、真空式、机械式等多种，但目前刮水器多数采用电动式，它一般由刮水电动机和一套传 动 机 构 组 成［1］，如图1所示，刮水电动机驱动减速机构旋转，并通过驱动连杆做往复运动［2］。

电动式刮水器中的驱动部分就是电动机，也是刮水器系统的核心部件，它一般呈封闭结构，便于密封和防水，在出厂前进行了内部润滑，涂抹了润滑脂和机油，保证工作的平顺性和足够的使用寿命［3］。刮水电动机多为标准的两速或三速系统或带间歇的两速或三速系统［4］。

1 刮水电动机的分类与应用

刮水电动机主要由电动机部分和传动部分组成，其结构见图2。电动机部分主要包括磁铁、线圈、电枢、转换器、旋转轴等部件，传动部分主要包括蜗轮、蜗杆、护罩、簧片等部件。

根据刮水电动机输出运动的情况，刮水电动机可分为回转式和摆动式2种。

1）回转式电动机 其控制电路如图3所示，电动机带动蜗轮蜗杆机构进行360°回转运动，其结构简单，便于生产，价格低廉，抗干扰能力强，多应用于中低端车型。

2）摆动式电动机 就是在电动机中增加了ECU控制芯片，如图4所示是电子控制摆动式电动机中的ECU控制芯片。图5是电子控制摆动式电动机的工作电路示意图。从图5中可以清楚地看出，电动机通过ECU芯片控制进行工作。蜗轮蜗杆机构可输出150°～160°的往复运动，其刮刷频率变化连续、输出稳定，具有过载保护、扩大刮刷区域、节省装配空间等优点，是未来刮水电动机的发展趋势。但是价格比较昂贵，制造工艺相对复杂，目前在高端车型使用较多。

表1列出了各个不同车型所使用的刮水电动机类型。

表1 不同车型所使用的刮水电动机类型

2 刮水电动机性能要求

刮水电动机耐久性能是评判电动机性能的重要参数，各大国际组织和汽车公司都制定了相关的法规和标准来验证刮水电动机的耐久性能，表2列出了常用的刮水器法规与标准。

表2 刮水电动机耐久试验标准

3 刮水电动机运行耐久性能

3.1 试验步骤

刮水电动机的运行耐久试验主要分为3个部分，即堵转试验、连续湿刮耐久试验、压缩角度试验。试验过程中，将整个刮水器系统放置在专用试验台架或者车身上进行试验。图6是刮水电动机耐久试验过程示意图。

试验顺序一般为:堵转试验1→连续湿刮耐久试验→压缩角度试验→堵转试验2。

3.1.1 堵转试验

堵转试验是模拟刮水电动机在运行过程中受到突然的阻挡而停止运行，试验后要求电动机在突然停止后可以重新启动运行，对系统功能无影响。试验时，可选择刮水系统停止位、翻转位或运行中间位作为停止位置，阻挡刮水电动机突然停止运行，阻滞时间15s左右，然后测量刮水电动机的刮刷角度和刮刷频率变化是否在允许范围内。

3.1.2 连续湿刮耐久试验

连续湿刮耐久试验是整个耐久试验中试验时间最长，考验最严酷的试验，要求刮水电动机在湿刮、干刮、高速档、低速档的条件下运行150万次，以检验电动机的耐久能力以及破坏情况。

1）测试周期 湿运行 （喷水）5 min 30 s→干运行 （不喷水）30s→停止 （休息）15s。

2）测试顺序

高速档运行75万个刮刷周期→低速档运行75万个刮刷周期→在0.5×106个刮刷周期后更换刮片。

有部分主机厂还要求模拟车辆极限条件下的工作情况，要求刮水电动机在极高温 （80～120℃）和极低温 （-30～-40℃）条件下进行刮刷耐久性能试验，考验更加严酷。

间歇试验模拟了在使用过程中频繁启动的过程。如果连续喷水，玻璃表面充分湿润，刮水器工作负荷小，相当于小雨情况。与实际工况不符，就不能将实际使用中的问题暴露出来，所以试验过程中要有干刮阶段。

3.1.3 压缩角度试验

压缩角度试验主要是模拟汽车在大雪天行驶，雪阻滞在A柱和玻璃下边沿附近，使刮水电动机不能够刮刷到设计角度，即刮刷角度减小的情况下，刮水电动机的运行情况。一般的压缩角度在3°～5°之间，压缩角度试验后，要求刮水电动机系统不能有功能失效。

测试周期为:连续喷水，低速档或高速档，连续运行10万次。

3.2 耐久试验结果评判与分析

耐久试验的试验要求如表3所示。

4 刮水电动机温度耐久性能

由于整车用户使用地区不同，因此车辆使用温度不同，所以，为了保证刮水电动机在不同的温度下能够正常工作，对电动机进行温度耐久试验是十分必要的。一般的高温试验温度为80℃，低温试验温度为-40℃。试验要在高低温箱 （图7）中进行，试验过程中保持电动机低速运行。

表3 耐久试验的试验要求

1）高温耐久试验 在工作电压下，保持+80℃±3℃，刮水电动机连续低速运行656h。

2）低温耐久试验 在工作电压下，保持-40℃±3℃，刮水电动机连续低速运行24h。

3）高低温耐久试验 温度循环如图8所示，其中画斜线区域表示电动机在低速档运行，从-40℃到80℃，一共进行65个循环 （520h），温度控制列表如表4所示。

表4 温度耐久试验中温度变化情况

4）试验评判结果 刮水电动机高温耐久试验后，电动机的机械功能和电子功能不能有任何失效，电动机的性能曲线必须要满足图纸的要求。额定刮刷角度和刮刷频率要符合要求，额定刮刷角度的变化γ0≤1.0°。

5 刮水电动机振动耐久性能

刮水电动机在实际使用过程中会跟随车体一起颠簸震动，为了模拟这一情况，我们对电动机要进行单独的振动耐久测试。测试时，要将电动机固定在车身或者模拟台架上面，在3个方向上 （电动机轴向z、垂直电动机轴向的两个方向x和y）进行振动，振动方向如图9所示，并让电动机在施加相应的温度条件下运行。

5.1 试验过程

将试验台架固定在三轴振动试验台上，如图10所示，振动条件如表5所示。

在试验过程中，为了更加严格地考验电动机性能，我们还要增加温度变化条件，即从高温80℃到低温-40℃循环变化，温度变化曲线参见图8。

表5 电动机振动试验的振动条件

图8中画斜线区域表示电动机工作的区间。试验条件相当的严酷，不仅模拟了实车振动情况，还模拟了温度变化情况。通过振动试验，可以充分考察刮水电动机在实际工况下的工作情况。

5.2 试验结果评判

试验后电动机的机械功能和电子功能不能有任何失效，电动机的性能曲线必须要满足图纸的要求。额定刮刷角度和刮刷频率要符合要求，额定刮刷角度的变化γ0≤1.0°。

6 总结

汽车风窗玻璃刮水电动机耐久性能包括运行耐久性能、温度耐久性能、振动耐久性能等，通过这些耐久试验，可以充分验证刮水电动机的使用性能。汽车刮水器的试验标准众多，在选择时一定要考虑全面性、可靠性等因素，力争将试验过程最优化。

［1］凌凯汽车资料编写组.汽车原理［M］.北京:北京邮电大学出版社，2005:235-236.

［2］范迪彬.汽车构造 （下）［M］.合肥:安徽科学技术出版社，2001:346-348.

［3］郦益.汽车电气设备构造与维修［M］.北京:北京邮电大学出版社，2006:227-230.

［4］郭瑞莲.汽车电控系统原理与故障分析［M］.北京:北京工业大学出版社，2010:322-330.