一起雨刮系统噪声的分析及优化

狄玉涛，严遵玺

（上汽大众汽车有限公司，上海 201805）

前雨刮系统作为车辆重要的安全件，用户原本主要关注其在雨雪天气的刮水功能。而随着用户对车内声音环境的要求越来越高，雨刮系统的噪声问题也开始得到越来越多的关注。

前雨刮系统安装在发动机舱内，其噪声很容易通过车身钣金传递至驾驶室，影响驾驶员或乘客的舒适性。而与摇窗机和天窗等短时工作的部件不同，雨刮电机作为一个连续工作的部件，其噪声问题一旦存在，会给乘客更糟糕的体验。

1 前雨刮系统的结构和工作原理

前雨刮系统由刮杆、刮片总成、雨刮电机、减速机构和连杆机构等组成，并通过安装孔位与车身钣金相连。雨刮工作时，雨刮片压靠在前挡风玻璃外表面上，电动机驱动减速机构旋转，并通过连杆机构作往复运动，带动刮杆和刮片总成左右摆动，刮刷前挡风玻璃，结构如图1所示。

图1 前雨刮系统结构

雨刮电机主要由定子、转子、减速机构等组成。减速机构由蜗轮和蜗杆组成，其中蜗杆为转子电枢轴的一部分。工作时蜗杆带动蜗轮作旋转工作，其结构如图2所示。

图2 前雨刮电机结构

2 前雨刮系统噪声分析

某款新车型开发过程中，驾驶员在跑车过程中发现，当雨刮工作在低速挡和高速挡时，在车内可听到异常噪声，每个雨刮周期均可听到一次。当雨刮工作在高速挡时，噪声更加明显。

2.1 基于整车的噪声分析

针对此问题，首先在实车上进行了噪声源头分析，现象如下。

1）更换雨刮片，无法消除该噪声。

2）用毛巾包裹雨刮片，仍可听到该噪声。

3）更换多个雨刮四联杆总成，无法消除该噪声。

图3为基于实车的雨刮噪声的时频分布，图3a为雨刮湿刮的噪声时频分布，图3b为毛巾包裹雨刮片的噪声时频分布。可以看出，雨刮正刮600～1000Hz，1400～1800Hz处有噪声的峰值，毛巾包裹无法消除，说明噪声不是来自于雨刮片。

图3 实车雨刮噪声频谱分析

通过上述分析，基本可以锁定噪声来自于雨刮电机。

2.2 单电机噪声分析

为模拟电机在实车上的表现，对雨刮电机在实验台架施加负载进行噪声测试。

具体操作步骤：在电机齿轮箱表面贴振动传感器，然后对电机进行加载，测试电机齿轮箱的振动大小。见图4。

随着负载的增加，在某个负载点出现了与实车测试相同频段的噪声峰值，问题复现。雨刮电机台架噪声时频分布如图5所示。

图4 雨刮加载噪声测试

图6 雨刮电机轴与轴承配合示意图

图5 雨刮加载噪声频谱

3 原因及解决措施

通过电机零部件分析，发现由于转子靠近头端的部分表面粗糙度较大，因此转子轴与轴承的摩擦噪声较大。雨刮电机转子轴与轴承装配方式如图6所示。因此需要降低转子轴的表面粗糙度。改善前后的转子轴粗糙度如图7所示。

对于改善前后的样件进行了噪声频谱的对比分析，600～1000 Hz，1400～1800 Hz处噪声的峰值得到有效下降，可以判断该措施有效。见图8。

实车验证中，电机噪声得到了抑制。

4 结束语

本文分析了一起整车前雨刮系统的噪声抱怨。

1）通过排除法确定了噪声来自于雨刮电机。

2）通过频谱测试并结合电机结构，确定电机转子轴前端，即与齿轮箱轴承配合的部分表面粗糙度过大，是导致雨刮系统出现异常噪声的根本原因。

图7 雨刮电机轴表面粗糙度改善前后对比

图8 改善前后雨刮电机噪声频谱对比

3）降低转子轴表面粗糙度，可以抑制雨刮系统的噪声。通过对比降低转子轴粗糙度前后的噪声频谱，验证了此方法的有效性。