汽车雨刮片的结构与耐久性能研究

田永，方瑛

(广汽菲亚特汽车有限公司产品技术部,湖南长沙 410100)

0 引言

汽车前风窗玻璃刮水器系统是汽车上的重要部件，又称雨刮器，用来清洁玻璃上的雨水、灰尘、雪等，保持驾驶员的视野清晰[1]。目前的乘用车刮水器多数采用电动式，它由刮水电机和一套传动机构组成[2]，刮水器电机驱动减速机构旋转，并通过驱动连杆做往复运动[3]，达到刮刷的目的。

刮水器在刮刷过程中，雨刮片和玻璃直接接触，可以保持挡风玻璃外表面清洁，确保雨雪天气视野清晰和行车安全，是汽车不可缺少的零部件，它必须具备耐热、耐寒、耐酸碱、抗腐蚀、能贴合挡风玻璃、减轻马达负担、低噪声、拨水性强、质软不能刮伤挡风玻璃等特点。由于雨刮片刮刷一定时间以后胶条就会出现磨损，所以需要及时进行更换，一般正常使用的雨刮片，大概12个月左右更换一次[4]。

1 雨刮刮片结构

雨刮片的作用十分重要，但在刮刷过程中，雨刮片不能将玻璃上的水完全刮掉，而是通过刮刷将玻璃表面的雨水抹平形成均一的水膜层，允许光线顺利穿过不会产生折射和变形弯曲。如图1所示，是雨刮片工作中形成水膜的原理示意图。

1907年，BOSCH生产出了第一套雨刮片系统，直到20世纪60-70年代，雨刮片基本上全部采用注塑成型的制造工艺[5]，但随着时代的不断发展和科技的不断进步，雨刮片的结构也发生了巨大的变化，目前常用的雨刮片为金属材料和橡胶材料复合制造而成，按照结构的不同，主要可分为有骨架刮片和无骨平刮片两大类。

1.1 有骨架雨刮片

所谓的有骨架，即雨刮胶条是通过骨架支撑进行固定并与玻璃进行贴合的，最常用的有骨刮片结构如图2所示，分为胶条、支撑杆、支撑臂、连接件、接头、压片等部分，支撑臂和支撑杆通过铆接的形式进行连接，支撑杆通过压接的形式和胶条连接，也就是所谓的支撑点，一根刮片一般有6个支撑点，支撑点传递压力给雨刮胶条，使胶条可以和玻璃贴合。

在雨刮器运行的过程中，雨刮胶条和玻璃是直接接触的，磨损非常剧烈，人们会对胶条表面进行一些特殊的处理，以避免胶条表面过快磨损。一般采用纳米碳素涂层处理胶条表面，以保证刮拭的平滑，减少噪声与振动，延长胶条寿命。

由于有骨刮片的结构所限，通常和导流片一起使用，可以减少风阻，提高刮刷效率。有骨刮片刮刷可靠、制造工艺成熟、工序简单、制造成本低，但在使用的过程中,由于有骨雨刮片各个支撑点处压力偏大，无支撑点处压力偏小，容易出现雨刮片和玻璃之间磨擦的噪声，不易刮干净杂质，所以，有骨雨刮片多装备在中低挡车型的雨刮系统中，如比亚的速锐、长安逸动、雪弗兰赛欧等。目前生产有骨刮片的厂家较多，国外厂家有博世、法雷奥等，国内厂家有国雨、万江等。

1.2 无骨平刮片

无骨平刮片是相对于有骨雨刮片来讲的。无骨雨刮片本身是由雨刮胶条、无骨雨刮钢片、雨刮护套和塑料件4种配件组成。其中支架为不锈钢材质，钢片为碳钢且长度在10～28英寸之间，厚度为0.80～0.90 mm，宽度一般在7.00～14.00 mm。无骨雨刮片中的钢片利用一整根导力钢片条来分散压力，使雨刮片各部分受力均匀，以达到减少水痕、擦痕的效果。钢片外层包裹有电镀层，使其更加耐锈蚀。

无骨刮片和有骨刮片相比，可以承受较大的压力，雨刮片在使用的过程中，支点越多，雨刮片的受力就越均匀，和玻璃接触得就越服帖，也就能达到更好的去水效果。无骨雨刮没有支架，采用整支雨刮片本身来加压，这样相当于雨刮片整体都是受力点，因此无骨雨刮相比传统支架有骨雨刮更有效。无骨雨刮钢片的弹性比一般有骨雨刮钢片更好一些，可降低抖动磨损，寿命比有骨雨刮要长，再加上其受力均匀、防日晒、结构简单、质量更轻等特性，已经成为雨刮片未来的发展趋势。

但无骨雨刮片也存在着制造成本偏高、工艺比较复杂等不利因素，因此，主要应用在中高端车型上，比如大众速腾、雪铁龙C5、通用君威等。目前国内有能力生产无骨刮片的厂家主要集中在博世、法雷奥、辉门、山多力等厂家。

1.3 其他类型刮片

除了上述两种常用的刮片结构外，还有一种刮片介于有骨和无骨之间，叫做Unit Blade，它把支撑杆隐藏在倒流板中，将整个导流板分成三段，这三段可以自由活动，调节压力和与玻璃的贴合，这种雨刮片的结构更加接近于有骨刮片。这种刮片常见于日系车型，主要生产厂家为电装。

2 雨刮片卡接种类

雨刮片的卡接口是刮片的重要组成部分，它直接和雨刮刮杆相连，连接的稳固性和可靠性是雨刮片正常工作的保证。在设计卡接口时，既要注意拆装的方便，又要保证有一定的连接强度，防止受力脱落。目前常用的卡接口有U Hook、Top Lock和多功能卡接口3种形式。

2.1 U Hook卡接形式

所谓U Hook卡接形式，就是刮杆接头为U型，直接插入雨刮片的U形卡槽内，并用盖子盖住，防止其脱落的一种卡接形式。如图5所示，是U Hook卡接口的连接形式。这种连接形式制造工艺简单、制造成本低、拆装方便，是目前比较流行的一种卡接方式。

2.2 Top Lock卡接形式

Top Lock卡接形式，其固定点在刮杆连接头的顶部，图6为Top Lock卡接形式结构图，可以看出：拆卸口在顶部，而且连接头的形状较为复杂，这就对刮杆和连接头的形状精度有很高的要求，所以在制造过程中要控制好零件精度，否则会影响装配。这种设计的连接十分稳固、工作可靠性高，多用在刮片长度较长、刮刷面积大的雨刮系统上。

2.3 多功能卡接形式

不管是U Hook还是Top Lock的卡接形式，对刮杆端的匹配结构要求都是单一的，但在实际使用过程中，尤其是在更换刮片的过程中，会出现刮片和卡接口不匹配的问题，所以，多功能卡接形式应运而生。如图7所示，通过对刮片连接头的优化设计，可以同时满足4种以上不同接头的匹配要求。

3 雨刮片耐久性能

玻璃刮水器系统的耐久试验主要分为三大部分，即堵转试验、连续湿刮耐久试验、压缩角度试验。其中考验刮片性能最直接的试验就是连续刮刷试验。试验时，将整个刮水器系统放置在专用的模拟试验台架或者实际车身上进行试验。

耐久试验顺序一般为：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 堵转试验

堵转试验是模拟刮水电机在运行过程中受到突然的阻挡而停止运行，要求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，阻挡刮水器电机突然停止运行，阻滞时间15 s左右，然后测量刮水器电机的刮刷角度和刮刷频率变化是否在允许范围内。

3.2 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，要求刮水器系统在湿刮、干刮、高速挡、低速挡的条件下运行150万次，以检验刮片的耐久能力以及破坏情况。

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

测试顺序为：高速挡运行750 000个刮刷周期→低速挡运行750 000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，要求刮水器在极高温和极低温条件下进行刮刷耐久性能试验，对刮片的考验更加严酷。

这样进行间歇试验模拟了使用过程中频繁启动的过程，如果只连续喷水刮刷，则玻璃表面充分湿润，刮片工况好，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，所以要进行间歇、高速、低速、温度交变等不同情况下的试验。

3.3 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柱附近，在刮刷冰雪等恶劣工况下刮片的损伤情况。一般的压缩角度在3°～5°之间，要求压缩角度试验后，系统不能有功能失效。

测试周期为：连续喷水，低速挡或高速挡，连续运行10万次。

4 总结

综上所述，雨刮系统是汽车必不可少的零部件之一，而雨刮片又是雨刮系统工作中与玻璃直接接触的部件，十分重要。雨刮片按照结构的不同，分为有骨刮片、无骨刮片、复合刮片等3种；雨刮片与刮杆的卡接口形式可分为U Hook、Top Look、复合接口3种形式；为了保证雨刮片的使用性能和耐久性能，对雨刮片进行耐久试验是必要的，雨刮耐久试验可以分为堵转试验、连续湿刮耐久试验、压缩角度试验等3个不同的阶段，通过对雨刮片的结构与耐久性能研究，可以更好地优化雨刮片的结构和延长雨刮片的使用寿命。

【1】 陈家瑞.汽车构造(下)[M].北京：机械工业出版社,2009:343-348.

【2】 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.

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

【4】 吴熔琳.汽车雨刮片会买还得会用[J].当代汽车,2009(3):92.

【5】 周应军.博世公司汽车电子技术简介(十二)：刮水器(上)[J].汽车与配件,2001(24):24-26.