汽车雨刮器故障机理与诊断方法研究

曹艳娜

摘 要：随着居民生活水平的提高，汽车的使用及拥有量也在日益增加，人们对于汽车的性能要求逐年提高。目前国内外汽车厂商均致力于研究汽车的舒适性能，而汽车雨刮器靠近驾驶室，是驾驶员的好帮手，如果在设计及制造有缺陷的话，可能会导致噪音、刮不净、异响甚至安全等问题，因此，对雨刮器产生故障的机理及原因进行分析，从而进行故障诊断是非常有必要的。

关键词：汽车雨刮器;故障机理;诊断方法

Abstract： With the improvement of living standards， the use and ownership of cars are increasing. And people's requirements for performance of automobiles are increasing year by year. At present， automobile manufacturers in domestic and foreign are committed to studying the comfort performance of automobiles. Car wiper is a good helper for drivers， for they are near the cab. If there are many defects in the design and manufacture， it may lead to noise， scraping， and even safety issues. Therefore， it is necessary to analyze the fault mechanism and cause of the failure of the wiper steamer and to diagnose the fault.

前言

汽车雨刮器通常用来清除车辆挡风玻璃上的雨点及一些灰尘，使挡风玻璃干净、能见度高，增加驾驶员在行车过程中的安全系数。本文首先介绍了汽车雨刮器的基本结构，然后分析了雨刮器的故障类型及原因，最后就雨刮器的诊断方法进行了研究。

1 汽车雨刮器基本结构

雨刮器系统包含电动机、减速机构、驱动杆系、刮水刮臂、刮水刮片等。电动机是雨刮器产生动力的来源，而减速器是向外提供低速大扭矩输出。具体如图1所示，这些零部件总体上可以分为运动部件和静止部件。

2 汽车雨刮器故障机理分析

为了更准确迅速地进行故障诊断，及时地排除故障，对雨刮器的故障类型进行科学的划分并全面的研究是非常有必要的。因此，需要对雨刮器的主要部件——减速机构和电动机（包括转子、蜗轮、滚动轴承、壳盖等）进行动力学分析，再结合雨刮器各部件的结构特点和运动特点，解释各个故障类型的发生机理和振动噪声的传递途径，为提取故障特征参数提供可靠的依据。

2.1 雨刮器减速机构及电动机的故障类型

雨刮器减速机构及电动机的故障类型可以划分为四种，分别是转子振动过大、电磁振动过大、蜗杆蜗轮异响以及滚动轴承异响。其中，雨刮器的运动部件比静止部件发生故障的可能性大一些。

2.2.1 转子振动过大

在旋转机械故障中，振动故障是常见的类型之一。转子就是旋转机械的转动部分。在汽车雨刮器中，减速器的蜗杆和电动转子都称为转子。根据电动转子的生产、装配和结构特点，转子振动过大的原因有：转子不平衡、转子轴不对称等。转子不平衡是因为转子质量偏心和转子部件磨损导致。转子质量偏心可能是由于制造时的误差以及材料质量不均匀导致的。偏心质量可能会引起离心力的变化，进而会对转子产生影响;在转子运行的过程中，会由于腐蚀、磨损等情况的发生，進而使转子在转动过程中受到不平衡的力，因而导致发生振动。

2.2.2 电磁振动过大

电磁力是整个雨刮电机系统的动力来源。电磁振动作用在转子绕组上，会引起转子绕组的振动，电机运行必然会引起电磁振动，在正常情况下电机磁场变化均匀而且稳定，因此振动幅度较小。但是当转子的固有频率与电磁振动的频率接近时，就会发生转子共振，从而电机振动加剧，最终导致电磁振动过大。转子振动过大也会引起电机绕组与定子之间的磁场分布不均匀，也会导致电磁振动过大。

2.2.3 蜗杆蜗轮异响

蜗杆蜗轮啮合引起的振动，因为其频率和基频相同，且振动影响到整个转子上，因此，这个原因和转子振动基本类似。蜗杆或蜗轮接触面上的缺陷导致在啮合点产生摩擦力，摩擦力在频域上为一宽频带成分，当此频带含有转子的固有频率时，会引起蜗杆的共振。

3 汽车雨刷常见故障原因及保护方法

3.1 汽车雨刮器常见故障原因

3.1.1 雨刷两端微翘故障

如今汽车雨刮器的雨刷都是根据本款车的风挡玻璃的弧度而专门设计的，当更换其它品牌车型的雨刷后由于风挡玻璃弧度不同就可能出现两端微翘故障。

3.1.2 雨刷中间部位无法贴合风挡玻璃故障

这是由于刮臂对刮片的平均压紧力不足导致的，一般按照如下标准设计，曲刮应不小于0.12N/m，平刮应不小于0.09 N/m。

3.1.3 雨刷工作时出现抖动故障

雨刷工作时出现抖动，可能原因如下：风挡玻璃不干净;经常性地使雨刷在不正常情况下工作;雨刷中的胶条损坏;雨刮器与雨刷之间安装不恰当;刮臂压力过轻使得雨刷器与风挡玻璃贴合的不够紧密，所以雨刮器会在工作的时候进行抖动，另外车在行驶过程中风的作用也会使雨刮器造成抖动。

3.1.4 雨刮器在工作时发出的声音故障

这方面的原因有三个。第一是因为刮水器攻击角设计不合理，攻击角定义如图2所示：

从风窗玻璃面逆时针旋转到刮片中心线为正，反之数值为负，一般设计前刮水器攻击角为+6°∽-6°，变化量在11°范围内，需要多次匹配试验确定最终数值。第二是由于雨刮器的刮臂压力过大，将雨刷胶条压扁，使得胶条与风挡玻璃的接触面加大，所以就会发出声响。第三是风挡玻璃镀膜，这样使得玻璃表面太过光滑，因此也会导致出现声响。

3.1.5 雨刮器上的零件脱落故障

雨刷臂的弹簧松动或者螺丝脱落的时候，随着车子在行驶的过程中风的作用，会导致雨刷器在一上一下的跳动，从而阻挡阻挡司机的视线，造成不利影响。

3.1.6 安装错误故障

大部分原因是没有正确地安装在初始位置上，导致刮片直接刮到风挡玻璃以外，使得雨刮器发生故障，为解决此问题，一般在雨刷安装初始位置的前风挡黑边处制作标记：○或□，该标记由汽车厂指定位置，风挡玻璃厂家制作，汽车厂总装线体安装工人参考使用。

3.1.7 橡胶污损或硬化导致雨刮器故障

汽车经过长时间地使用后，油渍等一些污染物长期累积在雨刷上，或者是因为车蜡附着在风挡玻璃上，时间久了就会使得雨刮器与风挡玻璃之间有缝隙，无法紧密贴合，可能会导致无法完全刮水。在夏季等天气过分炎热的时候经常使雨刮器曝晒，会造成雨刷的橡胶硬化，从而失去弹性，也可能导致雨刮器故障。

3.1.8 橡胶龟裂导致雨刮器故障

橡胶有使用期限，经过曝晒、雨淋等多方面的天气变化，硬化龟裂也在意料之中，有的雨刷片在经过长时间的使用后，可能会直接脱落于雨刷臂上，当启动车子的时候，就会看到雨刷片直接飘起。

3.2 汽车雨刮器的保护方法

在夏季的时候，雨刮器要防止在太阳下曝晒，因为夏天的烈日会损坏雨刮器的橡胶材质，经过长期的曝晒之后，就会对材质造成很大的破坏，因而失去弹性或直接变形;且在夏季的时候，当汽车锁车后，应把雨刮器的雨刷竖立起来，避免雨刷一直和玻璃贴合。另外，在北方尘土飞扬的日子里，沙土是造成雨刮器破损的主要原因，沙土会卡在雨刷器和风挡之间，如果平时不注意清洁这些沙土的话，可能会为了玻璃干净，不阻挡视线，强硬地对这些泥土进行清理。时间一长，可能会导致雨刷器与风挡之间不再紧密贴合，这样会造成磨损加重。那么，应该如何正确地使用雨刮器呢？应该在洗车或者冲刷雨刷器的时候，先将雨刷轻轻地抬起，然后让雨刷顺着胶条的方向冲洗干净，并且不可以用自来水代替玻璃水，玻璃水可以起到清洁玻璃上的污垢和润滑的作用，这样能够延长雨刷使用寿命及避免异响，这些都是自來水无法做到的，所以不能用自来水代替玻璃水。

4 汽车雨刮器常见故障诊断方法

对于汽车雨刮器故障的诊断方法，根据以上的这些故障原因以及故障类型，可以开发一套基于BP神经网络的雨刮器在线故障的诊断系统。随着科学技术的不断进步以及故障诊断技术的不断升级，在进行软件开发的时候，应该充分考虑到故障的各种类型以及发生故障的原因，针对这些故障及原因，然后进行有针对性地设计开发，这样的软件以个人计算机为主体，以Windows 操作系统为主要的运行操作平台，以MATLAB为软件的开发及运算工具。

在用汽车雨刮器软件进行出场检验的时候，一般会包括两个环节，一个是信号采集，一个是故障分析。信号采集，目前我们可以很熟练地使用，一般不会出现故障，而故障诊断是本文研究的重点，所以再进行故障分析的时候，可能会出现一些问题，这就需要我们去检测、去诊断。在进行汽车雨刮器故障诊断的时候，一般有两种方法。一种是批处理方式诊断，一种是逐一诊断方式。批处理诊断方式就是将所有采集到的信号一起放到后台，等待进行批处理方式诊断，当诊断完成后，根据具体的号码识别到具体的产品，然后将不合格的产品挑出来再进行分析，将显示合格的产品进行包装，然后进行出厂。该方式比较适合于在后台进行对雨刮器的故障分析，这样的诊断方法能够使得故障类型更加地清晰，将这些故障类型以及故障原因进行分类整理，建立样本库，在以后的生产过程中，可以吸取教训，减少不合格率。逐一诊断的方式也就是在线诊断，就是每采集一个信号文件后，就对其进行现场诊断，查出不合格的产品后，也可以现场进行故障类型的分析，可是这样的方式不太适合流水线的工作，因为没有充足的时间分析故障类型，对故障进行下一步的研究。

5 结论

随着人们生活水平的提高及消费观念的转变，将来会有更多的汽车出现在我们的生活中。而汽车雨刮器作为汽车的一个重要组成部分，而且紧挨着驾驶室，如果雨刮器频繁出现故障，容易对司机造成一定的干扰，威胁到驾驶员的安全，也会对社会造成一定的影响，因此，本文的主要内容就是对汽车雨刮器的故障机理进行分析，然后对故障的诊断方法进行研究。这样可以提高汽车雨刮器的质量，也为驾驶员的安全提供了一份保障。

参考文献

[1] 窦国旺.汽车雨刮器故障机理与诊断方法研究[D].西南交通大学， 2012.

[2] 叶燕帅，蒋小波，李春青，曾均颖，阙家帅.便携式汽车雨刮器故障检测教学实训箱的设计[J].中国现代教育装备，2015（17）.

[3] 汽车雨刮器故障机理与诊断方法研究[J].中国科技博览，2017（20）.