雨刮系统设计指南[1]

奇瑞汽车有限公司

电子电器部设计指南

编制：

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批准：

商用车工程研究院电子电器部

1 雨刮简要说明

1.1 系统综述

风窗玻璃电动刮水器总成（以下简称雨刮总成）是指由电动驱动、能刮刷风窗玻璃外表面上雨水、霜雪和灰尘等物质的装置。有气动式的和电动式的，气动式只适用于具有压缩空气气源的汽车，而电动式则应用较广。

普通的电动式雨刮系统的工作原理是：当电机1工作时，带动曲柄2做圆周运功，通过连杆3使摇臂4做往复运动，而摇臂4又带动刮臂刮片组件5做往复运动以除去玻璃上的雨水、雪或灰尘。（详见图1）

                                      5

              4              3               2                 1

 图1  电机连动机构

随着时代的发展，新技术在雨刮系统中也用应用，有的车辆的刮水系统还增加了雨量传感器，它可根据雨量的大小改变刮水的工作速度；取消了由电机带动连动机构所做的往复运动，而直接采取电机的往复运动，这样可大大减轻流水槽的空间；取消了带有支架的刮片，而采用刮刷力均匀、刮净度更高、噪音更小的平刮片等等。

1.2 适用范围

本指南制定了电动式雨刮系统的一般设计思路、方式方法，适用于奇瑞公司普通雨刮器（不含往复电机、平刮片等）的设计开发。

1.3 系统爆炸图

雨刮系统包括： 电机、连动机构、刮臂、刮片等总成。(详见图2)

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1．防浮翼  2．右刮片总成 ．左刮片总成 ．右刮臂总成 ．装饰帽 ．左刮臂总成  7．螺母 ．连动机构 ．螺栓 ．雨刮电机

 图2  雨刮系统爆炸图

2 设计构想

2.1 设计原则

系统设计时应最大限度的继承现生产或已确定开发状态的产品，包括接插件型号（如图3）、紧固件型号，以降低产品开发成本、开发周期，保证产品质量，同时也便于我司的系统管理。

根据车型不同，确定是否有防浮翼，自动雨刮等。在设计初期应与厂家确定雨刮器的试验项目、试验标准等。

                                           厂家：AMP

护套号：936294-2

 定义：1－电源 ；2－自动回位；3－空位； －高速； 5－低速； －地

 前雨刮电机插件

厂家：AMP

护套号：174928-1

端子号：1735-2

 定义：1－电源  2－自动回位  3－地

 后雨刮电机插件

图3前、后雨刮插接件检图

2.1.1 雨刮器功能要求

一般的前雨刮器通过外部开关和电路实现高速、低速、间隙和点刮(Mist)4个档位，另外当洗涤泵工作0.7±0.1S后或者自定义设计的时间后则启动雨刮系统工作；洗涤泵停止工作后雨刮系统再持续保持运动三个或者三个以上的工作循环；而后雨刮器一般有一个低速档。对于后雨刮器如果设有间歇挡，可以在电机本身上加以个模块，使电机本身具有间歇功能。对于间隙档，我们要求间隙时间一般为7s，对于间隙可调的，我们一般要求有4个间隙时间，分别是：4s、8s、13s、20s。简单的单元电路图如图4所示：

 图4雨刮系统单元原理图

2.1.2 顾客要求

雨刮系统对于驾驶者的重要性是不言而喻的，尤其是在雨雪天气，所以雨刮系统的可靠性和刮净度是顾客提出的最基本要求，同时对雨刮系统的噪音和雨刮对收音系统的骚扰程度也提出了要求。

2.1.3 性能要求

雨刮器应能承受-40℃～+95℃的环境温度且不变形。，

雨刮系统在12VDC下在湿玻璃上刮刷，电机最大电流消耗不大于10A

高频不小于45次/min，低频不小于20次/min，且高频与低频之差应不小于15次/min。

刮杆对普通刮片的平均压紧力不少于0.12N/cm；使得在刮刷过程中无抖动及变形现象。

各零部件之间连接应可靠，无松动、变形、破裂等缺陷；塑料部件光滑无毛刺；金属部件镀层均匀、光整，无流挂，无滑痕等缺陷。

按Q/SQR.04.241标准检测，新刮片刮净度在刮刷初期按不少于8分标准执行（档次较低的车型可以按7分来执行）。刮片的刮刷次数达到50万次时，刮净度不少于4分标准。

  在盐度为5％的氯化钠中性溶液中进行的盐雾试验，电机及连动杆机构间为144小时，完成后无基体腐蚀，不出现红锈；刮臂及刮片（除胶条）试验总时间为240小时，完成后无基体腐蚀，不出现红锈（出口到环境很恶劣的地区，考核时间应加长）；具体的试验方法请参考Q/SQR.04.241。

  在正常使用条件下，前雨刮器的设计寿命为150万次，后雨刮的设计寿命为75万次。

  雨刮电机应具有良好的水密封性，防水性能等级按IP54级（电机不能直接被水冲淋的情况下），雨刮器轴和轴套间不允许渗水。

雨刮电机空载时的A计权声功率级噪音限值应满足：

a  前雨刮：低速低于50dB（A），高速低于60 dB（A）；

b  后雨刮：低于55 dB（A）。

具体的试验方法参照GB10069.1——旋转电机噪音测量及限值。

雨刮电机的电磁干扰特性要求：电源端骚扰按GB18655电源端宽带传导骚扰等级1级要求；辐射骚扰按GB18655宽带辐射骚扰等级1级要求；对整车无线电接收机骚扰按GB18655第9部分表5整车骚扰限值。

胶条表面应光滑平整，无伤痕、裂纹、缺口，可耐臭氧(按Q/SQR.04.241中5.17考核，臭氧浓度为50±5pphm，温度为40±1℃)，抗拉伸及热变形。

制动性能要求：将刮水器装在具有喷水装置的试验台架上，开动刮水器，同时喷水装置连续喷水，以最高刮刷频率正常工作3min后，当刮杆在刮刷循环中途任意位置时，施加一阻力使刮杆制动15s，正反向各一次。试验后按Q/SQR.04.241中的4.3.6进行评定。

以上具体的条款参照Q/SQR.04.241，在技术协议签订时与供应商协定，并在图纸上体现。

2.1.4 法规要求

国标对前雨刮系统做出了以下强制性的要求：

雨刮系统的实际刮刷范围，应覆盖A区的98％以上，B区域的80％以上，A、B区域按GB11556中的有关规定确定。

雨刮至少应具备两种以上的刮刷频率。高频不小于45次/min，低频不小于20次/min，且高频与低频之差应不小于15次/min。

雨刮器关闭时，刮片应返回至其初始位置。

a  雨刮系统工作时应能承受15s的外力阻挡负荷，之后所有部件均能正常工作。

b  雨刮系统在外界温度－18±3°C的干燥风窗上应能持续工作2min。

 具体的考核内容和试验方法请参考GB15085。

 国标对后雨刮没有强制性要求。

2.2 设计参数

2.2.1 雨刮系统的EBOM数据。

2.2.2.1 系统设计输入所需的基本参数

A、B区的刮刷范围，面积； 

刮臂、刮片的长度；

刮刷轨迹，角度；

流水槽的空间数据

a  玻璃的数据（包括黑边数据）

b  前风档装饰板的数据

2.2.2.2 系统输出参数

最大负载力矩；

电机功率；

2.2.2.3 参数的确认

前雨刮刮刷面积的校核：

根据刮臂、刮片的长度及刮刷角度确认刮刷面积，然后按下面公式校核刮刷面积：

A区刮刷比例为：S1/SA*100%＝___( S1w刮片在A区范围内的刮刷面积，SA为A区的总面积).

B区刮刷比例为：S2/SB*100%＝___( S2w刮片在B区范围内的刮刷面积，SB为B区的总面积)

而对于后雨刮，因法规并没有做出要求，所以在设计时根据具体的车身情况尽可能的增大刮臂和刮片的长度，以增大刮刷到的面积。

电机负载的计算：

1) 雨刮器电机和刮片、刮杆组装后，刮水器电机负载时的转矩可以用下列公式进行计算:

Tw = k*n*μ*l*P

式中Tw：刮水器电机负载时的转矩（牛顿·米）

           n：刮片的片数

           l：刮杆的长度（米）

           P：刮杆的压力（牛顿）

           K：传动杆的传动系数=作用在电机轴上的转矩/作用在刮水器轴上的转矩

               设计中，K值一般取1或小于1。

μ：挡风玻璃表面与刮片胶条之间的摩擦系数

挡风玻璃表面状态十分湿润时（Wet）μ=0.1～0.3

          挡风玻璃表面状态干燥时（Dry）   μ=0.4～0.6

          挡风玻璃表面状态由湿润向干燥过度中间的半干燥时（Dump dry）  μ=0.7～1.2

          因为在负载下工作的电机，其转矩（假设为干燥或轻度的半干燥状态）是公称转矩的15%，所以公称转矩可以由下式进行计算。

          公称转矩   T=Tw/0.15=（8～10）lP（千克力·厘米）{牛顿·米}

2) 选择适当的电机

  原则是电机高速时的堵转力矩必须大于算出的公称转矩。

根据电机的特性曲线，

当负载为最大时，电机功率可以按下式计算:

 （η1*η2*η3）= ___W

2.3  环境条件

2.3.1  雨刮系统的安装条件

一般情况下，电机、连动机构安装在流水槽内，上部必须被塑料盖板盖住，电机和各装配部位不能直接被水冲淋；刮臂、刮片为外露件，通过连动机构贴合在玻璃上,初始位置尽量在玻璃黑边以下，以不影响驾驶员的视野（一般有如图5所示的设计安装位置），设计时，应注意在玻璃上雨刮片的初始位置上设置白点以方便安装。若流水槽空间较小，电机也可安装在发动机舱内的前围板上，同时考虑电机的散热。

A点（副驾驶初始位置）距玻璃边框30mm以上；B点（副驾驶极限位置）距离重叠交叉点15mm以内，最好使B点和交叉点重合；C点（主驾驶极限位置）距离玻璃边框（胶条）45~55mm以内，但是A点不能在前风挡玻璃区域内；CC’连线与玻璃黑边平行；D点（刮刷交叉点）应尽可能的低；E、F（初始位置）应在玻璃黑边以下，；G点（主驾驶初始位置）距离前风挡装饰板30mm以上。

 图5雨刮片布置示意图

2.3.2  安装位置对雨刮系统的具体要求

若电机安装在流水槽内，则总成在-40℃～+55℃时应能正常工作。

若电机安装在发动机舱内，则单独对其进行考核，电机在-40℃～+90℃（温度范围参考QC/T 413）范围内应能正常工作。

刮臂、刮片组件是外露件，应在表面做特殊处理，以提高其耐温性和耐腐蚀性，另外其表面还要进行防炫目处理。

3 雨刮系统的测试规范

雨刮系统在批量生产前必须进行足够的验证，确保功能及可靠性的要求；

3.1 测试内容

雨刮器必须经过如下测试：

尺寸测试

验证雨刮器的外形尺寸和安装尺寸是否和确认的数模、图纸一致；

台架测试

在模拟台架上考察雨刮器的噪音、刮刷频率、耐温性、耐腐蚀性以及寿命试验；

三万公里路试

验证雨刮器的可靠性及高速刮净度；

3.2 测试方法，标准

尺寸测试：按确认的图纸进行检测；

台架测试：参考标准Q/SQR.04.241相关条款执行。如有特殊的，参考技术协议及相关的纪要；

三万公里路试：根据整车试验规范执行；

4 图纸要求

4.1 图纸主要内容和形式

所有装配组件均需有图纸，各部件图纸包括三维数据和二维数据。图纸内容包括各组件的完整结构数据，如引出线、接插件等等。

4.2 图纸尺寸和公差要求

根据各尺寸的类别不同公差的要求也不同，一般雨刮器的相对安装尺寸公差不高于±0.5mm；配合尺寸公差不高于±0.3mm；其他金属件未注公差可以参考GB/T 1804 M级要求，橡胶制品未注公差参考GB/T 3672 M3级要求。

4.3 其他要求

图纸幅面要求符合提供标准图幅；

图样名称、图样代号符合给定清单；

字体大小按标准图幅默认设置；

材料、重量须标明；

重要、关键技术要求须写出，材料、表面处理、性能等相关标准应写出；

接插件护套、端子型号、供应商及其定义须标明；

图纸请按第一视角绘制；

视图数量能完全反映所有装配尺寸即可；

与整车其它部件直接装配的尺寸及公差须标注，尺寸标注样式按标准图幅默认设置；

总成图应能反映组成总成的零件、结构及装配关系，装配时需要加工的尺寸、极限偏差、表面粗糙度等，总成的技术要求等。各级总成图中标注的尺寸应避免与零件图中标注的尺寸重复出现；

3D数据为UG之prt格式，导出2D图面须符合《UG制图规范》要求。

3D数据为CATIA之.part格式，须符合《CATIA制图规范》要求。

AUTOCAD格式的图面必须符合《CAD制图规范》要求。