自适应大面积雨刮器的设计与研究

周天宇，田泉，黄富

（贵州师范大学机械与电气工程学院，贵州贵阳550025）

自适应大面积雨刮器的设计与研究

周天宇，田泉，黄富

（贵州师范大学机械与电气工程学院，贵州贵阳550025）

对现有雨刮器刮刷面积较小问题进行研究，力求在原有结构上进行改进，以使雨刷面积最大化。改变原有结构固定路径运行方式，采用双轨道，实现雨刮回程与出程的刮刷区域互相交错，这样雨刷的刮刷面积就变为两个面积之和，从而达到增加雨刮器刮刷面积的目的。

雨刮器；刮刷面积；双轨道

雨刮器是安装在挡风璃上的重要附件，对于行车安全具有至关重要的作用。雨刮器按其驱动方式可分为机械式、真空式、液压式、气压式和电动式等。由于技术上的差别，不同的雨刮刮刷效果大有不同，现代汽车一般采用电动刮水器，其优点是结构简单、控制方便。雨刮器的刮刷方式不同，刮刷面积也大小不一，雨刮器刮刷方式有对刮、同向刮刷、单臂可控刮刷与普通单臂刮刷等几种[1]。目前用得最多的是前两种刮刷方式，单臂刮刷一般用于汽车后车窗玻璃，前者能使雨刮器刮刷面积增加10%左右[2]。对于单臂刮刷式雨刮器而言，结构最简单，成本最低，但刮刷面积不大是其致命的缺点[3]；单臂可控式雨刮刮刷面积最大，但其结构控制、控制方式复杂，故而使用频率很少；雨刮片又有无骨与有骨两种类型，现在市面上大多数的小型汽车都是使用无骨雨刮[4，5]。无骨雨刮更贴合车窗玻璃，减少空气阻力，能更达到更好的去水效果；有骨雨刮磨损程度平均，容易出现雨刮片和玻璃之间磨擦的噪音，不易刮干净杂质。

据国际驾驶安全调查显示，雨天行车且是由于雨刮器问题引起的交通事故率，要比平时高出好几倍。当眼前视线模糊不清的时候驾车是非常危险的，车前方的视线受到阻碍，车辆、行人、和景物都变得模糊不清。此时，开启雨刮，理论上车前方就会一片清明，然而由于设计上的缺陷，雨刷的工作范围只在一个特定的扇形区域（如图1所示），不能把整个车窗玻璃刮完全，因此就留下了视觉盲区。加上有些车辆车身A柱过大，而雨刮器又刮不到位，于是使盲区增大，从而带来安全隐患。另外雨刷刮不到的地方久而久之就会积灰，车主行车前还需手动清理，这在一定程度上带来了不便，也不能及时应对污水飞溅在车窗玻璃上的突发事件，污水会干扰驾驶者的视线，影响驾驶甚至造成车祸。

图1 刮刷范围及盲区示意图

对市面上的雨刮器进行了考查后，在雨刮器原有的特点上进行了改进，对优点进行保留，缺点进行改进，如增大雨刮器面积、减少噪声等等。

1 雨刷总成及动作原理

雨刮器主要由电机及减速机构、连杆机构、雨刮臂和雨刮片等构件组成。电动机是雨刮器的动力来源，电动机的转速，通过蜗轮蜗杆的减速增扭作用驱动摆臂，摆臂带动连杆机构将电机的旋转转化为刮臂的左右往复运动，从而实现刮雨动作。雨刮臂在其中又起到压片的作用，使雨刮片贴在车窗玻璃上，使其不至于外翘，影响驾驶。

雨刷总成如图2所示，电动机与旋转片通过传动轴连接、旋转片与传动杆用铆钉连接，传动杆又分别与连杆及驱动片连接，驱动片通过传动轴支承板连接。电机启动带动旋转片、传动杆等运动，最终带动擦板做往复运动。

图2 雨刷总成

2 新型雨刮器结构

本次设计在原有基础上作了较大改动，主要体现在调幅杆和支撑板上。

2.1 调幅杆

调幅杆的作用是对雨刮器的摆动做微小调整，它是实现雨刮臂动作的一部分，与驱动柄一起对刮片进行驱动。在本次设计中，调幅杆被彻底设计成杆状，剪去其尾部原本燕尾的形状，加长圆柱杆，并在尾部设计了一个圆柱转动销。设计转动销的目的是为了在支撑板的轨道里摆动。并在原来调幅杆燕尾结构与圆柱相接的部位改成长方体结构，中间留有键槽用来放置符合弹簧。调幅杆结构如图3所示。

图3 调幅杆结构

2.2 支撑板

本次设计对支撑板作了很大创新：首先，在原支撑板放置齿轮盘的位置边沿加了一块板壁，纵向留出放置齿轮盘、齿轮轴以及驱动柄高度的距离，向里横向设计了一个导轨盘，改进后的支撑板结构图如图4所示。导轨盘内有1、2两号轨道，一前一后，以供设计后的调幅杆在导轨盘里作扇形摆动。

图4 支撑板改进图

2.3 其他改进

除了支撑板与调幅杆做了较大改动，雨刮器其他构件保持不变，符合在原有结构上改进的预期目标。另外为了实现雨刮动作，在新型雨刮器上还增加了几个小构件来保证机构顺利运行，如新增弹片：用来使调幅杆复位；卡针：帮助调幅杆完成在一、二导轨之间的转换。改进后的雨刮器总体结构如图5所示。

图5 改进后的雨刮器结构

3 新型雨刷动作顺序及原理

通过对现有雨刮器运行方式的观察以及查找到的资料，对如何增大雨刮器刮刷面积进行了深入探讨，并设计出了可以使得雨刮器刮刷面积在原有基础上增加，并且减小视觉盲区的结构。本次设计采用双轨导运行方式，利用轨道一与轨道二之间的距离来达到增加雨刮器刮刷面积的目的。改进后的雨刮器具体的动作顺序如下：

（1）雨刮器在静止的时候，弹簧处于自然伸长状态，此时雨刷停在导轨一内待机准备。

（2）由电机带动雨刮器摆动，此时调幅杆在导轨一内随着驱动柄做半圆周摆动，此为雨刮器的路径一，设刮片由此刮刷出来的扇形面积为S1.

（3）当雨刮器顺时针摆动到导轨末端时，调幅杆末端碰到卡针并推动卡针转动到一定位置，这时调幅杆已进入导轨盘右端相对较空的位置，卡针在弹片的作用下复位。随着调幅杆在电机的驱动下继续旋转，此时复位的卡针由于是斜三角椎体结构，充当了导槽的作用，引导调幅杆进入导轨二。

（4）调幅杆在导轨二内继续做顺时针转动，由于导轨二位于导轨一前方，且两导轨之间间隔了一定距离，由此推动调幅杆向前偏移了相应的长度，使得雨刮器的刮刷区域也向前偏移同样的距离，此为雨刮器的路径二。设此时雨刷的刮刷面积为S2，刮刷半径未变，此时弹簧处于压缩状态。

（5）电机继续转动，带动调幅杆转动到导轨最左端。这时由于脱离了导轨，弹簧伸长，伸长时的作用力使得调幅杆后退，回到导轨一内。进入路径一，由此循环。

通过雨刮器的两种路径，使其刮刷面积变为S1与S2，这时雨刷的总面积等于两面积之和，既为S1+S2.这样就达到了增加雨刮器刮刷面积的目的，新增后的雨刮面积示意图如图6所示。虚线表示路径一，形成的封闭区域为S1；实线为路径二，形成的区域为S2.

图6 雨刮面积示意图

4 结束语

目前国内外的汽车使用的雨刮器均为固定面积，刮刷区域为扇形，虽然可以通过适当增加刮片长度来增大雨刮刮刷面积，但雨刮片能增加的长度有限，因此由此增大的刮刷面积有限。而且如果把握不好增加的尺寸，在雨天行车反而对行车安全是一个重大的隐患，如果再加上雨刮刮不到位以及车身A柱的面积，对行车安全的影响可想而知。

通过学习以及对日常生活的观察，设计的这套自适应大面积雨刮器在原有基础上进行了创新，首次采用双轨道模式，改变原有结构固定轨道运行方式。并且在原有结构上改进，保留了原有结构的优点，对刮刷面积较小这一问题做了较大改善，能够解决传统雨刮刮刷面积较小的问题，消除刮扫死角，减小视觉盲区，对行车安全性有重大的意义。

[1]陈家瑞．汽车构造（下册）[M].3版.北京：人民交通出版社，2000.

[2]张小虞．汽车工程手册[M].北京：人民交通出版社，2007.

[3]臧杰，阎岩.汽车构造[M].北京：机械工业出版社，2005.

[4]ROBERT BOSCH PRESS.于细微处显神通——雨刮器技术探密[J].汽车与驾驶维修：汽车版，2005（2）：15-20.

[5]岑木峰.汽车雨刮器的改进[J].湖北汽车工业学院学报，2007（9）：30-33.

Design and Research of Adaptive Large Wiper

ZHOU Tian-yu，TIAN Quan，HUANG Fu
（College of Mechanical and Electronic Engineering，Guizhou Normal University，Guiyang Guizhou 550025，China）

This paper studies the wiper wiping area is lesser，strive for improvement on the original structure，to maximize the wiper area.This design change fixed path operation mode，the original structure with double track，realize the return of windscreen and the process of mutual crisscross，wiping area becomes such a wiper wiping area the sum of two area，so as to achieve the purpose of increasing wiper wiping area.

wiper；wiping area；dual track

U463.85

：A

：1672-545X（2017）01-0097-03

2016-10-17

周天宇（1994-），女，贵州思南人，本科，研究方向为机械设计。