汽车雨刮刮片刮拭能力分析研究

敖世奇　李琼　吴文良

摘 要：汽车雨刮系统是影响雨天汽车行驶安全性的一个重要部件。雨刮片的刮拭性能是汽车雨刮系统最重要的功能，因此，对汽车雨刮刮片刮拭能力的分析一直是各大汽车公司研究的重点之一。本文通过理论分析以及设计相应的试验设备，对汽车雨刮刮片刮拭能力的分析进行了相应的研究。

关键词：汽车雨刮;刮片;刮拭能力

雨刮系统是在雨天保持驾驶员清晰的事业的汽车关键零部件[1]。雨刮片的刮拭性能是汽车雨刮系统最重要的功能，如何对其进行分析一直是雨刮系统的研究重点之一。本文通过理论分析以及设计相应的试验设备，对汽车雨刮刮片刮拭能力的分析进行了相应的研究。

1 雨刮胶条的密封性

雨刮刮拭时的本质是通过胶条在玻璃上的刮刷形成一层均匀的水膜，要达到这个目的，则需要通过压力使胶条与玻璃之间形成良好的“密封”。

一般良好的密封性要求水膜的厚度h<600nm。

图1所示为影响水膜厚度的相关因素，其中h为水膜的厚度，单位为m;η为水的黏度，单位為Pa.s;x为胶条与玻璃接触的宽度，单位为?m;dp/dx为胶条的压力分布，单位为MPa/?m;v为胶条的移动速度，单位为m/s。于是，有：

（式1）

2 水膜雷诺方程

北京航空航天大学马纲在《建立雷诺方程的一种新概念》中，推导了不可压缩的水膜雷诺方程[2]。当流体密度ρ为常数时，考虑等温等粘的情况，略去有关的无限小的压力流项，有近似的水膜雷诺方程：

（式2）

在U1=U2的情况下，将其平均速度定义为（vx—），则有U1=U2=（vx—），有

（式3）

式（3）中的说明压力梯度决定水膜的厚度。

3 水膜厚度

3.1 水膜厚度的微观分析

图2所示为水膜厚度的微观分析。

由式（1）、（3）及图2，得水膜的厚度为：

式（4）

式（4）中的R与ER说明接触中的可变形体，其外形（接触半径）与刚度必须在变形过程中更新。R为接触半径，通过接触半径R的计算，可以分析水膜的厚度。可通过试验进行确定。

3.2 接触半径的测试

图3所示为所设计的接触半径R的测试方法。

如图3所示，将胶条材料的样品放置于测试台中，浸泡在含荧光染料的润滑剂中，由驱动系统带动的玻璃盘和加载系统共同对胶条材料进行加载，在其上方设置一个荧光显微镜。在加载系统进行加载后，由驱动系统带动玻璃盘进行旋转，通过荧光显微镜观察的荧光强度来测量薄膜厚度。

4 刮拭性能分析

由图1可知，雨刮系统的刮拭性能与雨刮胶条和玻璃之间的密封性有关，而密封性则与其压力梯度有关。由式（4）可知，其压力方程为：

（式5）

将雨刮胶条的压紧力分布（单位为N/m）作为横坐标，将雨刮胶条最大刃口接触压强（单位为MPa）作为纵坐标，分析其压紧力分布与接触压强之间的关系。经过对相关产品的测试，得到的结果如图4所示。

图4中x为胶条与玻璃接触的宽度，可见随着压紧力的上升，最大胶条刃口接触压强由于x的变大并不是直线上升，而是在压紧力在20-25N/m之间达到最大值。结合图4，可知在雨刮刮片的压力分布中，要能够有一个良好的刮拭性能（密封性能），其压力分布需在7N/m-35N/m之间。过低（<7N/m）在刮刷过程中容易出现水线（漏刮）、噪音，同时导致车辆高速行驶时的刮拭性能下降等;过高（>35 N/m）则在刮刷过程在会出现抖动（噪音），以及导致胶条过度磨

损等。

5 小结

雨刮系统作为汽车重要组成部分，其设计的有效性、合理性将直接影响其运行效率[3]。由本文的分析结果，在企业指导了十数款车型的雨刮系统的设计并仿真分析，最后通过实际装车验证，取得了良好的效果。

参考文献：

[1]李琼，刘立斌，戴平.《汽车雨刮电机装配工艺及过程控制点研究》[J].中国战略新兴产业，2018（24）：222.

[2]马纲，徐万孚，徐广州，沈心敏. 《建立雷诺方程的一种新概念》[J].润滑与密封，2006，（9）：36-39.

[3]李琼，易宏彬，刘立斌.《汽车雨刮片上翻转位置距离计算研究》[J].军民两用技术与产品，2018，（11下）：47.