汽车前挡雨刮系统设计

基泄攻沉尸学术研究会（浅论）汽车前挡雨刮器设计1摘要随着汽车技术的逐步完善，雨刮器早就已经成为了汽车上面不可缺少的重要部件。在国家标准中是作为安全特性的零部件要求。自有汽车以来，道路交通的事故率在雨天要比在平日里多出许多，雨天的行驶过程中的安全特性大大降低，除了制动部件等主动安全系统外，在车外工作为驾驶员创造良好视野的前挡雨刮器也是非常关键的因素。在雨天环境中，驾驶员需要足够清晰的视线和足够宽阔的视野才能保证行驶过程中的安全，但往往由于雨刮器的疏于维护或损坏，导致了危急时刻的视线阻碍，无法做出正确的判断以至于错过了最佳规避危险的良机。由于雨刮器的外部工作环境非常复杂，其日晒雨淋，大风，灰尘，飞虫，油污等外部不定的物质都会对雨刮的性能产生不良影响。除了对驾驶员使用的体验，如视觉，听觉等感官有较大的影响外，其使用寿命往往会比较短。尤其是雨刮片，其本身就是易损物件，在设计中需要考虑到使用寿命以及刮净度质量等方面的影响。本文将就前挡雨刮器的设计方法进行展开讨论和解读。从雨刮的发展历史，基本原理，常见的雨刮器形式，到雨刮器的结构设计逐一展开。文中也会介绍一下其中涉及的主要工具包括了CATIA，可视化模拟等通用或特制的雨刮器模块开发工具，来说明开发雨刮器所必须的专业性。由于时代的变迁，现在的汽车不断地追求舒适性以及紧凑性，以至于留给雨刮器系统的车身空间越来越小，我们需要根据实际的车身环境设计出多样灵活的雨刮器。通过成熟的四连杆理论，如何有效的运用紧凑而可靠的连杆机构传递力矩供雨刮工作，也成了当前开发过程中的一个费时费力的难点。但随着科学的进步，现代雨刮器的开发工作已经可以通过专门的工具软件实现开发的质量并大大缩短了开发周期，本文将主要围绕雨刮器的高效现代设计方法展开论述。关键词：雨刮器，攻击角，三维建模，雨刮臂，雨刮片，传动杆系统基泄攻沉尸学术研究会（浅论）汽车前挡雨刮器设计2VehicleFrontWipeSystemDesignABSTRACTAsthecartechnologygraduallyimprove,wipersystemhasbecomeanindispensablecomponent.Itistradeasansecurityfeaturepartsinthenationalstandardrequirement.Investigateitsreasonisthateversincethecarexistinginourlife,theroadtrafficaccidentrateismuchhigherintherainydaysthanthenormaldays.Drivinginrainydaysbecomeamuchdanger.Besidethesafetypartssuchasbrakecomponents,wipersystemisaverykeysystemtoworkforthedrivertocreateagoodviewinthevehicle.Inrainyconditions,thedriverneedsaclearenoughviewtoguaranteehissafetyduringdrivingonroad.Butusually,theneglectofmaintainsthewiperbladewillleadtothedangerofblockingthelineofsight,thedriverwillbeunabletomaketherightjudgmentandmissedthebestopportunityforavoidingdangerous.Thewiperworkingenvironmentisverycomplex.Materialwhichislikestrongwind,dust,insects,oilpollutionwillleadtoabadperformanceofthewipequality.Theexperienceofthepilotwillbeaffectedbyvisual,auditoryandothersensory,andthewipersystemservicelifetendtobeshorter,wiperbladeinparticular.So,inthedesign,needtotakeintoaccounttheservicelifeandmaintenancecost,etc.Thisarticlewilldiscussthedesignofthefrontwipermethod.Startingfromthebasicprincipleofwiper,thencommonformsofwipersystem,andthestructuredesignrelatedprocesswillalsobeincluded.MaintoolsincludingtheCATIA,visualsimulation,whichisgeneralorspecialmoduledevelopmenttools,willillustratetheprofessionaldevelopmentofwipesystem.DuetothechangeofTheTimes,morecompactandcomfortcardesignwantedbypeople.Atthesametime,lessandlessspaceforwipersystemtolocateinvehicle.Weneeddevelopmoreflexiblewipersystemaccordingtotheactualenvironment.Howtousethecompactandreliablelinkagetotransmitthemotortorqueforwiperworkingbythetheoryoffour-barlinkage?Whichhasbecomeabigdifficultytopicinthecurrentdevelopment.Butwiththedevelopmentincomputertechnique,thereisspecialsoftwaretoolsavailable.Withthattoolswecanimproveourdesignqualityanddecreasethedevelopmentlifecycle.Thearticlewilldiscussthathowtousingthemodemwayfordesigningawipersystemwithhighefficiencyandlowrisk.Keywords:wipersystem,attackangle,3Dmodeling,wiperarm,wiperblade,linkagesystem基泄攻沉尸学术研究会（浅论）汽车前挡雨刮器设计3汽车前挡雨刮器设计基泄攻沉尸1绪论汽车前挡风窗玻璃的雨刮系统是重要的安全件，用于在雨天，雪天维护驾驶员的视野，以保证在恶劣天气环境的行驶安全。各个国家或地区针对雨刮器都有强制性的标准。雨刮器的结构设计随汽车工业的发展也在经历着翻天覆地的变化，比如传动结构由连杆式正向直驱型转变，由传统机械式向智能化转变。各大整车厂商也对最终表现的刮净度和舒适度各自提出了更高的要求，然而要达到这样的要求，雨刮器的设计难度与日俱增，该技术至今没有被国内的企业所掌握，甚至在互联网上都没有相关的资料来讲系统设计的方法，属于国内汽车零部件开发的空白之一。在主机厂对雨刮器的要求越来越高的背景下，雨刮器的设计正在变得越来越复杂。如何设计好一个雨刮系统？通过什么样的方式来设计雨刮系统？这两个问题已经成为了汽车专业邻域中的一大论题。在全球范围内，包括日本电装，德国博世，法国法雷奥都是这个雨刮器研发生产制造的标杆企业，而底层技术的不透明的也让国内雨刮厂商产生了各种各样的问题。本论文就乘用车的经典型前挡风玻璃雨刮系统的设计展开论述，揭示雨刮系统的高效设计方法和基本工作原理。并通过图文并茂的方式，展示设计过程中的开发工具及其数字化建模过程和数字化视觉模拟分析等现代科技手段。1.1雨刮器技术的发展背景1.1.1雨刮器的历史进程人类历史上第一台能跑的真正意义上的汽车产生于1769年，叫“Fardier”，现代翻译过来应该叫“重型运输车”。他比著名的“奔驰1号”早了117年，见图1.1。而人类第一台带风窗玻璃的汽车出现在1900年（图1.2），距离第一台汽车已经是131年之后的事情了。当有了风窗玻璃以后，人们立刻意识到了一个很大的问题，下雨天时的视线收到了遮挡，非常的危险，无法在下雨天使用车辆。而这台车的生产者正是后来著名的雷诺汽车公司。基泄攻沉尸学术研究会（浅论）汽车前挡雨刮器设计4图1.11769年出现的第一台汽车图1.21900年出现的第一台挡风玻璃汽车在1903年的11月MaryAnderson女士完成了圆周运动方式刮水的第二个雨刮器专利(图1.3)。而从1913年开始，所有美国的汽车都装上了雨刮器。图1.31903年MaryAnderson雨刮专利20年代，福特T汽车在玻璃上设计了主驾和副驾的雨刮器，但仍然需要手动操作。直到1916年CharlotteBRIGWOOD女士终于发明了电动雨刮器。30年代末开始，两片设计的雨刮器开始普及。直到70年代，汽车挡风玻璃的造型已经完成了从平面到曲面的进化。雨刮器为了达到刮净效果，又变为了一片式的设计（图1.4）。因为玻璃曲面对称的原因，一片式的雨刮器更容易刮干净，但如图1.5所示，刮刷半径外的紫红区域无法被刮到，导致了驾驶员视野宽度不足的问题。图1.4一片式雨刮图1.5刮刷区域图90年代开始，雨刮技术快速发展的开始。不仅通过各种结构解决了之前刮刷区域基泄攻沉尸学术研究会（浅论）汽车前挡雨刮器设计5不足的问题，大大扩大了雨刮器刮刷的区域。刮片方面也逐渐分为两类：桥架式刮片和平刮片。1.1.2当今国内外雨刮器的发展近况当今国内乘用车的雨刮器市场基本分为两大块。第一块为各类轿车，SUV等7人座以下的中小型家用车辆，其雨刮供应商基本都为国外独资或合资厂商，其雨刮以舒适性高，性能好，造型美观等为需求。第二块为各类运输车或工程车等大中型车辆，雨刮往往由合资或国内供应商供货，其雨刮定位以廉价，耐用为需求，技术性不高。以此看来，尽管国内雨刮器厂商实力渐长，企业资源雄厚，但雨刮器的主要技术至今仍被北美以及欧洲工业强国控制，并主导了整个乘用车市场。然而在经济利益的驱使下，大部分企业均以快速提高经济收益为目标，而忽略了其中底层的技术研发能力，在加上国外发达国家对技术的保密手段严格，使底层关键技术的缺陷在未来的发展中逐渐显现。雨刮器就是其中一个看似结构简单，实则在国内难以让终端客户体验满意的系统，而国内厂家更是遇到问题就束手无策。1.2现代雨刮器的设计方法现代的雨刮设计的主流方案已经基本固定为双刮片加多连杆驱动的解决方案，控制雨刮的电机输出恒定转速，通过连杆将电机扭矩传递到输出轴上带动雨刮臂和雨刮片的运动。在设计过程中，需要根据玻璃的弧度与雨刮的运转轨迹，设置合适的攻击角和压力使雨刮片在运动的时候更加平顺，减少噪音和抖动的情况。不仅如此，现代雨刮的设计还可以通过视觉模拟软件（一种CAE分析类软件），得知基于该设计方案的雨刮结构的刮净度预测结果。经过对模拟数据的分析，可以在设计阶段就规避将来的失效。先进设计工具和技术相结合，大大降低研发成本，提高效率，保证产品质量。由于国内对于雨刮系统的底层开发经验不足，常常导致了许多车辆在实际使用的过程中产生大量的抱怨，其主要被抱怨的问题点主要体现在以下两个方面：(1)刮净度糟糕，虽然能将大部分水刮去维持视野，但各种刮净度缺陷依然存在。(2)严重噪音或异响，对于听觉比较敏感的用户来说，雨天发生这种声响会使驾驶员在驾车过车中非常不愉快。这些都与雨刮设计过程中最基本的原理有关，本文将把重点放在雨刮开发过