汽车雨刮刮片刮拭能力分析研究

敖世奇 李琼 吴文良

1.博世汽车部件（长沙）有限公司 湖南省长沙市 410199 2.湖南工业职业技术学院 湖南省长沙市 410208 3.上汽大众汽车有限公司 上海市 201805

雨刮系统是在雨天保持驾驶员清晰的事业的汽车关键零部件[1]。雨刮片的刮拭性能是汽车雨刮系统最重要的功能，如何对其进行分析一直是雨刮系统的研究重点之一。本文通过理论分析以及设计相应的试验设备，对汽车雨刮刮片刮拭能力的分析进行了相应的研究。

1 雨刮胶条的密封性

雨刮刮拭时的本质是通过胶条在玻璃上的刮刷形成一层均匀的水膜，要达到这个目的，则需要通过压力使胶条与玻璃之间形成良好的“密封”。

一般良好的密封性要求水膜的厚度h＜600nm。

图1 水膜的厚度

图1所示为影响水膜厚度的相关因素，其中h为水膜的厚度，单位为m；η为水的黏度，单位为Pa.s；x为胶条与玻璃接触的宽度，单位为μm；dp/dx为胶条的压力分布，单位为MPa/μm；v为胶条的移动速度，单位为m/s。于是，有：

2 水膜雷诺方程

北京航空航天大学马纲在《建立雷诺方程的一种新概念》中，推导了不可压缩的水膜雷诺方程[2]。当流体密度ρ为常数时，考虑等温等粘的情况，略去有关的无限小的压力流项，有近似的水膜雷诺方程：

在U1=U2的情况下，将其平均速度定义为则有有

3 水膜厚度

3.1 水膜厚度的微观分析

图2所示为水膜厚度的微观分析。

由式（1）、（3）及图2，得水膜的厚度为：

式（4）中的R与ER说明接触中的可变形体，其外形（接触半径）与刚度必须在变形过程中更新。R为接触半径，通过接触半径R的计算，可以分析水膜的厚度。可通过试验进行确定。

3.2 接触半径的测试

图3所示为所设计的接触半径R的测试方法。

如图3所示，将胶条材料的样品放置于测试台中，浸泡在含荧光染料的润滑剂中，由驱动系统带动的玻璃盘和加载系统共同对胶条材料进行加载，在其上方设置一个荧光显微镜。在加载系统进行加载后，由驱动系统带动玻璃盘进行旋转，通过荧光显微镜观察的荧光强度来测量薄膜厚度。

图3 接触半径的测试

4 刮拭性能分析

由图1可知，雨刮系统的刮拭性能与雨刮胶条和玻璃之间的密封性有关，而密封性则与其压力梯度有关。由式（4）可知，其压力方程为：

将雨刮胶条的压紧力分布（单位为N/m）作为横坐标，将雨刮胶条最大刃口接触压强（单位为MPa）作为纵坐标，分析其压紧力分布与接触压强之间的关系。经过对相关产品的测试，得到的结果如图4所示。

图4中x为胶条与玻璃接触的宽度，可见随着压紧力的上升，最大胶条刃口接触压强由于x的变大并不是直线上升，而是在压紧力在20-25N/m之间达到最大值。结合图4，可知在雨刮刮片的压力分布中，要能够有一个良好的刮拭性能（密封性能），其压力分布需在7N/m-35N/m之间。过低（＜7N/m）在刮刷过程中容易出现水线（漏刮）、噪音，同时导致车辆高速行驶时的刮拭性能下降等；过高（＞35 N/m）则在刮刷过程在会出现抖动（噪音），以及导致胶条过度磨损等。

5 小结

雨刮系统作为汽车重要组成部分，其设计的有效性、合理性将直接影响其运行效率[3]。由本文的分析结果，在企业指导了十数款车型的雨刮系统的设计并仿真分析，最后通过实际装车验证，取得了良好的效果。

图4 压紧力分布与接触压强之间的关系