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摘 要：为了提高汽车在雨天和雪天行驶时驾驶员的能见度，专门设置了风窗玻璃刮水器系统。本文主要简述风窗玻璃刮水系统及其设计方法。
关键词：风窗玻璃刮水器系统;设计
Introduction to the wiper system’s design
Wang jin long Lin xiang wu
Abstract： In order to improve the driver’s visibility when driving in the rain or snow， specially the wiper’s system is set up in the vehicle. This article briefly introduce the wiper’s system and its design method.
Key words：the wiper’s system design
1.风窗玻璃刮水系统概述
1.1系统组成
风窗玻璃刮水器系统是所有清洁风窗玻璃外表面的部件加上必要启停控制装置组成的系统，其主要由四部分组成，分别是：①刮水器电机;②刮水器连杆;③雨刷臂;④雨刷片。
1.2系统种类
风窗玻璃刮水器系统设计的种类繁多。本文主要简述其两种分类。
（1）就刮水器系统停止作动时的外观形式，可分为四种：①开启式。雨刷臂和雨刷片能全部被看到，且其刮片停止在风窗玻璃的表面上。②凹陷式。从车辆正面或侧面看，雨刷臂和雨刷片部分或者全部被掩盖。当其不工作时，其雨刷臂和雨刷片均停止在风窗玻璃底部的凹谷状开口内。③掩饰式。雨刷臂和雨刷片停止在风窗玻璃底部的形成物或嵌条内，起到遮掩住雨刷臂和雨刷片的作用。④隐藏式。该刮水器系统不工作时，其雨刷臂和雨刷片完全被发动机室盖等遮挡，在车前面不能被看到。
（2）就刮水系统刮刷式样，其可分为同步（平行）摆动式和对摆式两大类。①同步（平行）摆动式。主要用在风窗玻璃高宽比大于1：1.75上。一般车辆基本采用此种形式，如轿车。②对摆式。主要用在风窗玻璃高宽比小于1：1.75上，如大型客车。
2.风窗玻璃刮水系统设计
2.1视界的确定
视界的确定则是刮水器系统设计的前提。根据FMVSS No.104的规定，视界的绘制决定于驾驶员座席的位置（如座席设计中心、座椅背靠角）和双目椭圆区的位置。
2.2刮刷式样的确定
确定风窗玻璃黑边位置，然后选择雨刷臂和雨刷片的长度及合适的转轴位置，再给予合适的刮刷角度，从而确定刮刷式样。
（1）转轴的位置。不仅需满足FMVSS No.104的视界要求，还必须考虑其所引起的刮片在风窗玻璃上的攻击角变化。一般情况下，攻击角设定在±5°内。
（2）雨刷臂、雨刷片长度及刮刷角度确定。主要考虑FMVSS No.104的视界要求。其中雨刷片长度可参照JB3032-81进行选取。刮刷角度的确定还必须考虑传动机构的传动效率。其中传动机构为曲摆机构时，在有效的传动角度情况下，曲摆的摆动角能达到100°～110°，若玻璃的外形尺寸要求摆动角更大些，就应采用直齿或锥齿变速机构;摆动角超过110°～150°时，可采用叉架代替齿轮变速机构。
（3）刮刷轨迹绘制。要获得在玻璃上的刮刷轨迹，必须绕着转轴轴线沿雨刷片方向取径向截面。在每一截面中，将雨刷臂往下移动使雨刷片的中心处在玻璃表面上，使雨刷片屈曲吻合玻璃表面，刮刷轨迹就是由一系列截面中得雨刷片端点连接而成。
（4）满足整体要求。确定刮刷式样，不仅需满足FMVSS No.104的视界要求，还必须考虑其整体布置效果，如刮刷式样与周边零部件间的间隙量。本文就同向（平行）摆动式刮刷式样进行说明。
①刮刷式样的月形高度。月形指雨刷片末端（离转轴最近端）到转轴处未能刮刷到的弯曲部分。一般，此未刮刷部分不应伸入B区下边缘之上，也不应伸入到离下部玻璃黑边80mm之上。
②刮刷式样与周边的距离要求。表1给出了要求项及其一般要求值。
表1 刮刷式样与周边的距离要求值
2.3电机及连杆确定
电机及连杆的设计，首先考虑其安装位置及其布置。刮水器电机一般安装在发动机室内的凹板上或风窗玻璃下的流水槽内。连杆的布置可分为两类。当电机与连杆固定于一体布置时，电机及连杆为整体式结构;反之，则为分体式结构。
（1）电机。现在驱动刮水器系统的动力主要是电动机。而永磁式电动机因其结构简单、体积小、质量小、可靠性强等优点被广泛使用。
（2）连杆。连杆的设计首先应确定其周边结构和刮水器电机的布置。
①刮水器电机位置。安装平面应尽可能和被驱动的转轴在同一方向上，以保证连杆上的力及电机上的轴向力减到最小。②曲柄尺寸的确定。曲柄的长度应能最大限度地降低制造误差所造成的连杆上的力和刮刷角度的变化。③连杆形状的确定。连杆的横截面可以是管状、槽形，其决定于载荷和偏置情况。④平衡连杆和曲柄的长度。不适当的平衡会导致过高的角加速度，而使雨刷片碰撞边框和连杆被锁住的可能。雨刷片运动的两个极限位置加速度应一致，从而使运动机构的冲击载荷降到最小。⑤连杆连接处结构。连杆连接主要采用球头副结构。该结构在运动过程中，应保证其稳定性，不出现脱落等现象。一般要求其在运动过程中，球头与球碗间的角度变化不大于15°。
2.4雨刷臂确定
雨刷臂的确定一般在雨刷片及转轴位置确认之后。雨刷臂与雨刷片连接处的结构设计，可参考GB 11565。雨刷臂设计中，还应考虑其在运动过程中，雨刷臂与玻璃间的夹角及距离变化。一般要求，雨刷臂在运动过程中，其抬高角变化应小于12°。在满足功能要求下，可尽可能地将雨刷臂设计成具有流线型式样，以实现其美观性。
3.结论
风窗玻璃刮水系统种类繁多。设计人员可根据设计需求选择其种类。在选择刮刷式样时，主要根据风窗玻璃高宽比，以便满足风窗玻璃的视界需求。
风窗玻璃刮水器系统设计，电机及连杆 的布置应考虑其安装空间，以实现空间的合理利用;雨刷臂及雨刷片的设计不仅要满足其功能需求，还需考虑其整体的流线性，以满足美观等需求。
参考文献：
[1]赵福堂.汽车电器与电子设备[M].北京：北京理工大学出版社，2009.5
[2]傅连俊.汽车刮水器设计[J].自动车与设计技术，1984.
关键词：风窗玻璃刮水器系统;设计
Introduction to the wiper system’s design
Wang jin long Lin xiang wu
Abstract： In order to improve the driver’s visibility when driving in the rain or snow， specially the wiper’s system is set up in the vehicle. This article briefly introduce the wiper’s system and its design method.
Key words：the wiper’s system design
1.风窗玻璃刮水系统概述
1.1系统组成
风窗玻璃刮水器系统是所有清洁风窗玻璃外表面的部件加上必要启停控制装置组成的系统，其主要由四部分组成，分别是：①刮水器电机;②刮水器连杆;③雨刷臂;④雨刷片。
1.2系统种类
风窗玻璃刮水器系统设计的种类繁多。本文主要简述其两种分类。
（1）就刮水器系统停止作动时的外观形式，可分为四种：①开启式。雨刷臂和雨刷片能全部被看到，且其刮片停止在风窗玻璃的表面上。②凹陷式。从车辆正面或侧面看，雨刷臂和雨刷片部分或者全部被掩盖。当其不工作时，其雨刷臂和雨刷片均停止在风窗玻璃底部的凹谷状开口内。③掩饰式。雨刷臂和雨刷片停止在风窗玻璃底部的形成物或嵌条内，起到遮掩住雨刷臂和雨刷片的作用。④隐藏式。该刮水器系统不工作时，其雨刷臂和雨刷片完全被发动机室盖等遮挡，在车前面不能被看到。
（2）就刮水系统刮刷式样，其可分为同步（平行）摆动式和对摆式两大类。①同步（平行）摆动式。主要用在风窗玻璃高宽比大于1：1.75上。一般车辆基本采用此种形式，如轿车。②对摆式。主要用在风窗玻璃高宽比小于1：1.75上，如大型客车。
2.风窗玻璃刮水系统设计
2.1视界的确定
视界的确定则是刮水器系统设计的前提。根据FMVSS No.104的规定，视界的绘制决定于驾驶员座席的位置（如座席设计中心、座椅背靠角）和双目椭圆区的位置。
2.2刮刷式样的确定
确定风窗玻璃黑边位置，然后选择雨刷臂和雨刷片的长度及合适的转轴位置，再给予合适的刮刷角度，从而确定刮刷式样。
（1）转轴的位置。不仅需满足FMVSS No.104的视界要求，还必须考虑其所引起的刮片在风窗玻璃上的攻击角变化。一般情况下，攻击角设定在±5°内。
（2）雨刷臂、雨刷片长度及刮刷角度确定。主要考虑FMVSS No.104的视界要求。其中雨刷片长度可参照JB3032-81进行选取。刮刷角度的确定还必须考虑传动机构的传动效率。其中传动机构为曲摆机构时，在有效的传动角度情况下，曲摆的摆动角能达到100°～110°，若玻璃的外形尺寸要求摆动角更大些，就应采用直齿或锥齿变速机构;摆动角超过110°～150°时，可采用叉架代替齿轮变速机构。
（3）刮刷轨迹绘制。要获得在玻璃上的刮刷轨迹，必须绕着转轴轴线沿雨刷片方向取径向截面。在每一截面中，将雨刷臂往下移动使雨刷片的中心处在玻璃表面上，使雨刷片屈曲吻合玻璃表面，刮刷轨迹就是由一系列截面中得雨刷片端点连接而成。
（4）满足整体要求。确定刮刷式样，不仅需满足FMVSS No.104的视界要求，还必须考虑其整体布置效果，如刮刷式样与周边零部件间的间隙量。本文就同向（平行）摆动式刮刷式样进行说明。
①刮刷式样的月形高度。月形指雨刷片末端（离转轴最近端）到转轴处未能刮刷到的弯曲部分。一般，此未刮刷部分不应伸入B区下边缘之上，也不应伸入到离下部玻璃黑边80mm之上。
②刮刷式样与周边的距离要求。表1给出了要求项及其一般要求值。
表1 刮刷式样与周边的距离要求值
2.3电机及连杆确定
电机及连杆的设计，首先考虑其安装位置及其布置。刮水器电机一般安装在发动机室内的凹板上或风窗玻璃下的流水槽内。连杆的布置可分为两类。当电机与连杆固定于一体布置时，电机及连杆为整体式结构;反之，则为分体式结构。
（1）电机。现在驱动刮水器系统的动力主要是电动机。而永磁式电动机因其结构简单、体积小、质量小、可靠性强等优点被广泛使用。
（2）连杆。连杆的设计首先应确定其周边结构和刮水器电机的布置。
①刮水器电机位置。安装平面应尽可能和被驱动的转轴在同一方向上，以保证连杆上的力及电机上的轴向力减到最小。②曲柄尺寸的确定。曲柄的长度应能最大限度地降低制造误差所造成的连杆上的力和刮刷角度的变化。③连杆形状的确定。连杆的横截面可以是管状、槽形，其决定于载荷和偏置情况。④平衡连杆和曲柄的长度。不适当的平衡会导致过高的角加速度，而使雨刷片碰撞边框和连杆被锁住的可能。雨刷片运动的两个极限位置加速度应一致，从而使运动机构的冲击载荷降到最小。⑤连杆连接处结构。连杆连接主要采用球头副结构。该结构在运动过程中，应保证其稳定性，不出现脱落等现象。一般要求其在运动过程中，球头与球碗间的角度变化不大于15°。
2.4雨刷臂确定
雨刷臂的确定一般在雨刷片及转轴位置确认之后。雨刷臂与雨刷片连接处的结构设计，可参考GB 11565。雨刷臂设计中，还应考虑其在运动过程中，雨刷臂与玻璃间的夹角及距离变化。一般要求，雨刷臂在运动过程中，其抬高角变化应小于12°。在满足功能要求下，可尽可能地将雨刷臂设计成具有流线型式样，以实现其美观性。
3.结论
风窗玻璃刮水系统种类繁多。设计人员可根据设计需求选择其种类。在选择刮刷式样时，主要根据风窗玻璃高宽比，以便满足风窗玻璃的视界需求。
风窗玻璃刮水器系统设计，电机及连杆 的布置应考虑其安装空间，以实现空间的合理利用;雨刷臂及雨刷片的设计不仅要满足其功能需求，还需考虑其整体的流线性，以满足美观等需求。
参考文献：
[1]赵福堂.汽车电器与电子设备[M].北京：北京理工大学出版社，2009.5
[2]傅连俊.汽车刮水器设计[J].自动车与设计技术，1984.