汽车侧门玻璃刮水方案探究

韦思意　成淑仪　余辉

摘 要：下雨后侧门玻璃视线受到较大影响一直以来都是被市场诟病的问题。在汽车技术高速发展的今天，各主机厂针对此问题仍然是没有形成针对性的设计方案，因此开发一个比较优异的侧门玻璃刮水系统至关重要。本文从某车型开发过程中的几种设计方案之间的对比分析入手，从同一维度展示侧门玻璃刮水系统设计过程中需要考虑的几大因素，为后续的侧门玻璃刮水系统设计提供借鉴与帮助。需要说明的是，侧门玻璃刮水系统设计需要考虑的因素远不止文中涉及的这些，鉴于篇幅所限，本文仅就几个方面展开，供大家参考。

关键词：玻璃刮水 水切刮水 车窗视野 刮水设计

1 引言

随着社会的发展，汽车的普及，人们对汽车玻璃刮水的质量要求也逐步增加。在满足刮水质量的情况下，市场对玻璃的正常升降功能，外观感知等要求也不断提高。然而以往的开发因技术水平低以及经验积累不足等原因，在车窗刮水方面没有系统性地考虑，甚至毫无着手之处，导致侧门玻璃刮水质量参差不齐。在汽车业高速发展的今天，车窗刮水质量已明显不能满足客户迅速增长的要求。因此，公司去年的某款主打车型，该车在产品开发之初就定义了很高的标准，希望能开发一款满足市场需求的、深受用户喜爱的成功车型。本文就玻璃密封设计开发以及造车过程中遇到的一些问题及解决方案，为大家展示车窗刮水设计的一些探讨。由于能力所限，文中难免有不确之处，敬请斧正。

2 刮水质量评价标准

由于车窗刮水干净与否是用户的主观感受，为了更好地衡量干净标准以助于后续的改进优化，特制定了如表1所示的评价标准，目前车型刮水等级一般为3-5分，为及格线附近水平。

3 原设计方案

侧门玻璃、侧门外水切及侧门钣金是侧门玻璃刮水系统的重要组成部分，如图1所示。刮水动作是由外水切和侧门玻璃间的相互运动完成，所以侧门玻璃和侧门外水切在刮水质量上起到决定性作用，侧门钣金则起到一定的影响作用。

鉴于光学性能考虑，对侧门玻璃的结构和材质难以做进一步研究，尝试的锡面玻璃和空气面玻璃对刮水质量影响甚微，因此前期的刮水研究基本集中在侧门外水切上。侧门外水切在刮水上起到刮走玻璃表面水量并使水在玻璃表面重新排布的作用，刮水量大则驾驶视线较好，但刮水后水重新在玻璃排布后质量表现不一。以下几大方面设计评估可能是刮水质量的影响因子，如图2所示：

1.侧门外水切绒毛材料

不同型号的绒带及植绒，材料为尼龙或者PE

2.侧门外水切基材材料

主流为PVC，TPV和EPDM

3.侧门外水切结构

目前在用主要有单骨架，双骨架，单主唇边和双主唇边

4.侧门外水切性能

压缩负荷较大有利于水切对玻璃的刮水量，但由于压荷过程容易带来异响，同时也会一定程度影响玻璃升降稳定性，因此只能在一定范围内尝试和验证，推荐3N/100mm-6N/100mm之间。

在该车型设计之初，基于时间及技术条件等方面的考虑，外水切的设计主要借鉴上一代产品的结构形式，同时结合侧门玻璃刮水需求做了设计提升，上一代产品的水切截面见图1。

工艺上车门钣金一般通过焊接包边提供外水切卡装紧固，外水切通过唇边和玻璃过盈配合，由唇边实现对玻璃外表面刮水。采用这种结构的优点体现在以下几个方面：

① 大量借用成熟零件可以减少设计风险，缩短设计时间，尽快将产品投放市场。

② 对车型的共线生产也十分有益。

③ 结构相对简单，零件使用过程中会比较稳定。

但是这种设计也存在比较大的风险，主要体现在以下几个方面：

① 刮水量较低；单唇边，而且为面接触。

② 刮水质量较差；没有考虑对水的引导或是分布。

③ 夹持力靠上，对玻璃的保持效果较差，玻璃关门时会产生较大抖动。

基于以上缺点以及产定位需求，需对结构进行优化

4 首次设计优化

在最大的保持原结构优势的基础上，对外水切进行了局部优化，主要修改成了双唇边结构以及采用TPV材料。

改进后的截面如图3所示：

将优化好的结构应用于实际造车中并验证刮水效果是否有所提升，虽然在造车验证中发现刮水量得到了一定的提升，但刮水质量并没有得到改善，甚至还出现了新的问题，问题总结如下：

1.刮水质量没有得到提升，外水切刮水后水重新在玻璃排布，导致刮水量提升但刮水质量和原设计仍处于同水平。

2.玻璃关门抖动得到优化，但是出现新的异响问题。

3.外观问题；车内观察外水切看到两道唇部。

以上问题得不到解决，仍然无法满足项目的开发目标，产品也无法满足公司和客户要求，因此提出一套能完整解决以上问题的新方案显得十分必要。

5 第二次设计优化

基于以上考虑，为完整解决目前存在的问题，实现项目定位目标。在原方案基础上，

针对出现的问题都找出原因并且一一制定了解决对策，理论上可以解决第一次改进后的不足。

1、针对刮水质量没有得到提升的问题，进行对水切绒毛材料，基材材料，水切结构及水切性能进行全因子的摸底試验，同等条件下进行效果对比，结果对比如下表2所示。

经过测试，对有影响的相关因素进行最优组合，设计PE材质+双唇边结构+EPDM结构+6N/100mm外水切。

2、对于出现新的异响，其主要原因是改双唇边后，下道唇边和上唇边存在Y向的重叠部分，由于关门时玻璃因为惯性会在Y向抖动，带动水切下唇边抽打上唇边导致异响。对此，须再一次优化唇边结构，在下唇边增加限位点，当下唇边往上唇边靠近过程中提供限位限制唇边过大移动，从而避免接触达到解决异响的目的。

3、对于外观问题，避免唇边被客户看到可以有效提高美观度，鉴于此抬高内水切的相对位置，外水切唇边也适应性降低，这不仅提高了美观度，还达到优化异响的目的。由于外水切唇边降低，玻璃下降到底后水切对其在相同位置的夹持率是提升的，所以有利于限制玻璃在关门下的惯性抖动，实现优化异响。

新样件进行实验后，异响和外观问题得到解决，但是外水切的刮水质量仍然没有明显提升。结合两次在侧门外水切结构上的优化，初步认为侧门外水切结构对刮水能力优化效果有限，难以达到既定目标甚至有带来新问题的风险，因此有必要查阅相关资料对问题进行更深一步的研究分析。

6 侧门玻璃挂水机理

玻璃表面挂水受玻璃表面能影响，表面能大则接触角小，容易形成水膜，视线较好。表面能小则接触角大，容易形成水滴成股流下，视线一般。当表面能不够大也不够小时，会使接触角接近90度，形成不规则的大面积水珠，视线效果最差。目前大部分车型的表面能水平正好不够大也不够小，导致大部分车型的侧门玻璃雨后视野较差。因此，研究结构上优化侧门玻璃刮水能力优化效果有限，难以达到既定目标甚至有带来新问题的风险，改变表面能将是刮水质量研究的主要方向。

表面能是创造物质表面时对分子间化学键破坏的度量。

液体的化学键不稳固，液体表面收到气体部分的吸引力小，受到液体部分的吸引力大，受力不平衡，受到指向液体内部的力，所以液体表面有自动收缩到最小的趋势。

固体的表面化学键较稳固，不会自动收缩，但不同固体的表面能会在大小上存在差异。同种材质下影响表面能的因素：表面粗糙度、表面成分。目前玻璃表面粗糙度在0.005左右，无法进一步减小，加大粗糙度可以优化刮水问题，但是会影响玻璃光学性能。

经过理论分析之后，基本确认通过常规性的结构更改无法实现对侧门玻璃刮水质量的提升，如果要实现刮水质量提升，有两个方案可以考虑：一是通过增加中间介质，改变玻璃表面成分达到实现改变玻璃表面能的目的；二是采用类似雨刮方案，把水刮干净，没有水存在玻璃表面就没有水珠影响视线的问题。但是考虑到侧窗玻璃需要上下运动，采用类似雨刮的刮水设计不仅会较大影响成本，也会影响玻璃升降系统的稳定性，所以决定采用上述方案一进行优化验证。

联合某供应商针对上述的方案一进行研究，共同开发出了针对刮水质量的专用涂层，可以实现改变侧门玻璃表面能，開发后在水切表面增加新研涂层进行了对比验证，验证结果如表3所示。

（注：评分1为技术中心成员评价结果的平均分值，评分2为质量部成员评价结果的平均分值，评分3为外部人员评价结果的平均分值）

经过在水切表面增加喷涂涂层的方案，通过上表不难看出优化方案表现要明显优于其他方案，并且达到了刮水质量的开发目标。

7 结语

本文主要结合了车型开发过程中出现问题作为案例，在优化改进问题的过程中进行归纳，并深入研究挂水的机理，总结了汽车玻璃刮水性能的开发经验，为新产品的开发提供了思路和参考。

参考文献：

[1]董元彦.无机与分析化学.科学出版社.2010.

[2]董炎明.高分子材料实用剖析技术.中国石化出版社.1997.