客车刮水器刮水角度不足的原因与解决方案

田家宝 范立彬 刘 薇

（华晨客车（大连）有限公司，辽宁 大连 116600）

在客车中，刮水器的设计涉及大量运动校核、机构安装等工作内容，其中驾驶员视野校核是关键。根据GB15084对外视镜的位置要求：外视镜应该能从车辆侧窗或前风窗玻璃刮水器刮刷到的区域中看到[1]。但是在实际设计生产过程中，受限于客车外观造型等因素，大多数客车尤其是大型旅游类客车产品设计的一个难点是刮水片在左侧刮不到位，影响驾驶员在雨天的视野[2]。生产中发现某一批次客车车型在实际运行过程中出现多台车辆刮水器在左侧刮水角度不足现象，导致雨天时司机观察不清左侧后视镜的问题，如果不加以改善，将影响客车雨天使用安全性。

1 客车刮水器结构分析

1.1 客车刮水器的结构及运动状态

刮水器是由电机带动，通过连杆机构将电机的旋转运动转变为刮臂的往复运动，从而实现刮雨动作。刮水器一般分为对刮和顺刮2种形式[3]。客车常用雨刮型式为对刮式，其结构如图1所示，分为左右2个部分。左侧为一曲柄摇杆机构：其中电机转臂为曲柄，以电机输出轴为中心360 °旋转，小连杆为摇杆，雨刮臂固定连接在小连杆上，雨刮片固定安装于雨刮臂上，随小连杆一起以刮臂转轴为中心做往复摆动运动，从而实现刮水动作；右侧为了使刮臂运动方向相反，在曲柄摇杆机构基础上增加了1个三角盘，三角盘绕其固定于车身骨架上中心转轴往复回转以实现换向，使得右侧刮臂与左侧刮臂运动方向相反。由于左侧易出现刮水角度不足问题，该文只对左侧刮水机构进行分析。

图1 一种对刮式刮水器机构图

刮水器左侧机构运动过程可以分为4个状态：1） 初始状态。电机回归0位，电机转臂与连杆夹角180 °，小连杆与连杆夹角最小，雨刮臂上的刮片处于水平收回位置。2） 外摆运动。电机旋转角度0°～180°，雨刮臂上的刮片由初始水平状态向外摆动直至极限状态。3） 极限状态。电机转动180°，电机转臂与连杆夹角0°，小连杆与连杆夹角最大，雨刮臂上的刮片达到刮水最大角度。4） 回复运动。电机继续旋转180°～360°，雨刮臂上刮片由极限状态向内摆动直至回归初始状态。

1.2 刮水器设计角度

刮水器设计角度（刮片与水平面夹角）主要受前风窗结构限制，前风挡玻璃造型弧度曲线越平滑，越利于刮水器回位，刮水角度也就能够设计得更大。但是受限于客车外观造型等因素，大多数客车尤其是大型旅游类客车产品，设计时考虑到车身造型及减小空气阻力的缘故，通常前风窗采用大圆角造型，前风挡玻璃在两侧外形转角弧度较大，不利于刮水器刮至弧度区。为了确保正确的刮扫部位和合格的刮净率，刮水器的运动机构必须设计合理，要想看到左侧后视镜，需要左侧雨刮在极限状态时的位置尽量靠近外形圆角弧度开始位置，以加大刮水角度，但同时要注意刮片与开始线位置之间的距离要留有约50 mm的余量，刮片会因为风力及惯性等因素使得雨刮刮出风挡玻璃，无法回位，造成更大危险。另外刮片太靠近外形圆角弧度开始位置会使得刮片攻击角过大，直接影响到雨刮刮净度、噪声等性能指标[4]。如图2所示，客车左侧刮水器设计角度的最大值一般设计经验值为85 °，不超过90 °，攻击角为[-6 °，6 °]。

2 刮水角度不足的原因分析

2.1 刮水器雨刷角度范围分析

刮水器为四连杆机构，设计时可用公式解析法或几何作图法进行设计。设计过程由于刮水器在工作过程中是动态的，运动关系较为复杂，要确定其合理的连杆长度和固定点位置，要经过反复运算和校核，工作量较大。为了找到导致刮水角度不足的原因，该文通过建立机构模型（如图3所示），在原有设计尺寸的基础上，提出雨刮机构各尺寸假设误差值，通过改变机构模型中各杆长度及雨刮转轴的位置，快速得到对应变化状态下的各机构元件在每个位置的数据，从而得到雨刮角度范围值的变化，分析出各尺寸变化对雨刮角度范围的影响规律，根据所得规律即可分析找出角度不足的原因，并提出解决对策。数据统计见表1。

图2 刮水器刮水角度范围图

图3 左侧刮水器机构模型图

表1 各尺寸变化对应的雨刮角度范围值

根据表1中所统计的数据，总结各尺寸变化对雨刮角度影响规律如下：1） 电机转臂减短和小连杆加长，会使雨刮角度范围变小。2） 长连杆和雨刮转轴与电机转轴水平距离值无论减短和加长，都不会使雨刮角度范围减小（或减小极少，可忽略），反而会导致雨刮角度范围增大。3） 雨刮转轴与电机转轴竖直距离值变化对角度影响很小。

2.2 实际运行角度不足的原因分析

根据抽样统计，生产的某一批次的10台车中仅有2台刮水角度正常，经过对有问题的雨刮机构进行拆解测量，发现各机构零件的实际尺寸与理论设计值基本一致，这说明刮水角度不足不是由电机转臂和小连杆的加工尺寸误差引起的。通过进一步观察发现，雨刮电机在初始安装时电机转臂是水平的，但是在电机通电运行后，由于运动间隙和电机自身的原因，电机复位后，电机转臂却不平，回位角度差约20 °，如图4所示。

图4 电机转臂回位不平实拍图

而安装过程中通常在最后一步安装刮片，在电机复位状态下，安装刮片为水平状态，这会导致刮片在外摆运动时失去部分角度范围，经分析计算影响角度约4 °，影响的刮水距离约60 mm，如图5所示。

图5 现场刮水角度不足实拍图

3 改善措施

根据上述角度不足的原因分析，结合车辆在雨刮实际使用时体现的问题，在不同的情况下，可以从以下4个方面解决刮水角度不足的问题。

3.1 保证雨刮电机在回位状态下，电机转臂为水平状态

通过以上分析可知，由于雨刮电机自身问题导致的回复初始位置时电机转臂是雨刮角度不足的主要原因，所以在安装时可以将电机转臂预安装一个抵消角度，使得电机运行后再复位时电机转臂为水平状态（如图6所示），从而保证雨刮角度范围为85 °的设计值。

该改善方法需要注意的是，在批量安装前需要在首台车辆试制时，通过试验找出一个合理的预装角度，预装角度可能会因每批次的电机不同而不一致。

图6 电机转臂回位水平实拍图

3.2 增加长连杆的长度

在实际生产过程中，电机转臂通常是被安排在前序安装，且在表台内部较深位置，出现问题后需要先拆卸表台等内饰件才能拆卸电机转臂，使得调整电机转臂比较困难。而长连杆所在位置一般在司机脚部位置，更方便观察和调整，根据该文2.1中的分析，可以通过适当增加长连杆的调节长度来增大雨刮角度的范围。

方法一般适用于雨刮角度范围误差较小的情况，在车辆下线前，雨刮已经通电的情况下，提前对雨刮角度范围调试，但是需要注意先不安装司机座椅，否则需要拆卸司机座椅才能调整连杆长度。

3.3 调整刮片角度或加装副雨刮片

有时由于结构安装误差过大，调整连杆长度改善刮水角度范围的效果并不明显，这时在不考虑美观度的情况下，可以通过直接调整刮片的角度，使刮片在初始位置有个仰角（如图7所示），由于刮水角度范围不会变化，就使得刮片在刮水极限位置更加靠外，能够刮到后视镜区域。

图7 调整刮片角度图

有时由于雨刮臂本身自带调节齿盘每格角度较大，使用直接调整刮片角度的方法会使刮片超出理论极限位置，这时可通过加装较小尺寸的副雨刷来增加刮水面积，如图8所示。

图8 加装副雨刮图

该方法适用于车辆下线调试后，此时更改雨刮内部结构比较困难，在外部调整刮片或加装副雨刮片较容易实现。

3.4 加装电子后视镜等间接视野装置

电子后视镜等间接视野装置不受结构影响，通过车身两侧的摄像头，将视觉信号传输至车内的电子显示屏，其可视区域范围更广。在一些前风挡玻璃造型圆角弧度较大，左侧刮水片角度设计困难，即使应用前几项改善措施也不能实现，应考虑安装电子后视镜，以满足驾驶员雨天视野的要求，保证驾驶安全。

该方法的缺点是成本较高，在车辆设计时要提前考虑布置。

4 结语

风挡玻璃刮水器是重要的汽车安全部件之一，其设计的好坏影响了驾驶员的视野范围[4]。该文针对实际生产中出现的客车刮水器在左侧刮水角度不足的问题，从雨刮运动机构等多个方面进行了分析，并结合不同情况制定了相应改善方案，从而解决了刮水角度不足的问题，改善了驾驶员雨天视野，增加了客车行驶安全性。同时也为今后其他新车型的设计提供了参。