曹艷娜

摘 要：隨著居民生活水平的提高，汽車的使用及擁有量也在日益增加，人們對(duì)于汽車的性能要求逐年提高。目前國(guó)內(nèi)外汽車廠商均致力于研究汽車的舒適性能，而汽車雨刮器靠近駕駛室，是駕駛員的好幫手，如果在設(shè)計(jì)及制造有缺陷的話，可能會(huì)導(dǎo)致噪音、刮不凈、異響甚至安全等問(wèn)題，因此，對(duì)雨刮器產(chǎn)生故障的機(jī)理及原因進(jìn)行分析，從而進(jìn)行故障診斷是非常有必要的。

關(guān)鍵詞：汽車雨刮器;故障機(jī)理;診斷方法

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

汽車雨刮器通常用來(lái)清除車輛擋風(fēng)玻璃上的雨點(diǎn)及一些灰塵，使擋風(fēng)玻璃干凈、能見度高，增加駕駛員在行車過(guò)程中的安全系數(shù)。本文首先介紹了汽車雨刮器的基本結(jié)構(gòu)，然后分析了雨刮器的故障類型及原因，最后就雨刮器的診斷方法進(jìn)行了研究。

1 汽車雨刮器基本結(jié)構(gòu)

雨刮器系統(tǒng)包含電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)桿系、刮水刮臂、刮水刮片等。電動(dòng)機(jī)是雨刮器產(chǎn)生動(dòng)力的來(lái)源，而減速器是向外提供低速大扭矩輸出。具體如圖1所示，這些零部件總體上可以分為運(yùn)動(dòng)部件和靜止部件。

2 汽車雨刮器故障機(jī)理分析

為了更準(zhǔn)確迅速地進(jìn)行故障診斷，及時(shí)地排除故障，對(duì)雨刮器的故障類型進(jìn)行科學(xué)的劃分并全面的研究是非常有必要的。因此，需要對(duì)雨刮器的主要部件——減速機(jī)構(gòu)和電動(dòng)機(jī)（包括轉(zhuǎn)子、蝸輪、滾動(dòng)軸承、殼蓋等）進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，再結(jié)合雨刮器各部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，解釋各個(gè)故障類型的發(fā)生機(jī)理和振動(dòng)噪聲的傳遞途徑，為提取故障特征參數(shù)提供可靠的依據(jù)。

2.1 雨刮器減速機(jī)構(gòu)及電動(dòng)機(jī)的故障類型

雨刮器減速機(jī)構(gòu)及電動(dòng)機(jī)的故障類型可以劃分為四種，分別是轉(zhuǎn)子振動(dòng)過(guò)大、電磁振動(dòng)過(guò)大、蝸桿蝸輪異響以及滾動(dòng)軸承異響。其中，雨刮器的運(yùn)動(dòng)部件比靜止部件發(fā)生故障的可能性大一些。

2.2.1 轉(zhuǎn)子振動(dòng)過(guò)大

在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障中，振動(dòng)故障是常見的類型之一。轉(zhuǎn)子就是旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)動(dòng)部分。在汽車雨刮器中，減速器的蝸桿和電動(dòng)轉(zhuǎn)子都稱為轉(zhuǎn)子。根據(jù)電動(dòng)轉(zhuǎn)子的生產(chǎn)、裝配和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，轉(zhuǎn)子振動(dòng)過(guò)大的原因有：轉(zhuǎn)子不平衡、轉(zhuǎn)子軸不對(duì)稱等。轉(zhuǎn)子不平衡是因?yàn)檗D(zhuǎn)子質(zhì)量偏心和轉(zhuǎn)子部件磨損導(dǎo)致。轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心可能是由于制造時(shí)的誤差以及材料質(zhì)量不均勻?qū)е碌?。偏心質(zhì)量可能會(huì)引起離心力的變化，進(jìn)而會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生影響;在轉(zhuǎn)子運(yùn)行的過(guò)程中，會(huì)由于腐蝕、磨損等情況的發(fā)生，進(jìn)而使轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中受到不平衡的力，因而導(dǎo)致發(fā)生振動(dòng)。

2.2.2 電磁振動(dòng)過(guò)大

電磁力是整個(gè)雨刮電機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)力來(lái)源。電磁振動(dòng)作用在轉(zhuǎn)子繞組上，會(huì)引起轉(zhuǎn)子繞組的振動(dòng)，電機(jī)運(yùn)行必然會(huì)引起電磁振動(dòng)，在正常情況下電機(jī)磁場(chǎng)變化均勻而且穩(wěn)定，因此振動(dòng)幅度較小。但是當(dāng)轉(zhuǎn)子的固有頻率與電磁振動(dòng)的頻率接近時(shí)，就會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)子共振，從而電機(jī)振動(dòng)加劇，最終導(dǎo)致電磁振動(dòng)過(guò)大。轉(zhuǎn)子振動(dòng)過(guò)大也會(huì)引起電機(jī)繞組與定子之間的磁場(chǎng)分布不均勻，也會(huì)導(dǎo)致電磁振動(dòng)過(guò)大。

2.2.3 蝸桿蝸輪異響

蝸桿蝸輪嚙合引起的振動(dòng)，因?yàn)槠漕l率和基頻相同，且振動(dòng)影響到整個(gè)轉(zhuǎn)子上，因此，這個(gè)原因和轉(zhuǎn)子振動(dòng)基本類似。蝸桿或蝸輪接觸面上的缺陷導(dǎo)致在嚙合點(diǎn)產(chǎn)生摩擦力，摩擦力在頻域上為一寬頻帶成分，當(dāng)此頻帶含有轉(zhuǎn)子的固有頻率時(shí)，會(huì)引起蝸桿的共振。

3 汽車雨刷常見故障原因及保護(hù)方法

3.1 汽車雨刮器常見故障原因

3.1.1 雨刷兩端微翹故障

如今汽車雨刮器的雨刷都是根據(jù)本款車的風(fēng)擋玻璃的弧度而專門設(shè)計(jì)的，當(dāng)更換其它品牌車型的雨刷后由于風(fēng)擋玻璃弧度不同就可能出現(xiàn)兩端微翹故障。

3.1.2 雨刷中間部位無(wú)法貼合風(fēng)擋玻璃故障

這是由于刮臂對(duì)刮片的平均壓緊力不足導(dǎo)致的，一般按照如下標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，曲刮應(yīng)不小于0.12N/m，平刮應(yīng)不小于0.09 N/m。

3.1.3 雨刷工作時(shí)出現(xiàn)抖動(dòng)故障

雨刷工作時(shí)出現(xiàn)抖動(dòng)，可能原因如下：風(fēng)擋玻璃不干凈;經(jīng)常性地使雨刷在不正常情況下工作;雨刷中的膠條損壞;雨刮器與雨刷之間安裝不恰當(dāng);刮臂壓力過(guò)輕使得雨刷器與風(fēng)擋玻璃貼合的不夠緊密，所以雨刮器會(huì)在工作的時(shí)候進(jìn)行抖動(dòng)，另外車在行駛過(guò)程中風(fēng)的作用也會(huì)使雨刮器造成抖動(dòng)。

3.1.4 雨刮器在工作時(shí)發(fā)出的聲音故障

這方面的原因有三個(gè)。第一是因?yàn)楣嗡鞴艚窃O(shè)計(jì)不合理，攻擊角定義如圖2所示：

從風(fēng)窗玻璃面逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到刮片中心線為正，反之?dāng)?shù)值為負(fù)，一般設(shè)計(jì)前刮水器攻擊角為+6°∽-6°，變化量在11°范圍內(nèi)，需要多次匹配試驗(yàn)確定最終數(shù)值。第二是由于雨刮器的刮臂壓力過(guò)大，將雨刷膠條壓扁，使得膠條與風(fēng)擋玻璃的接觸面加大，所以就會(huì)發(fā)出聲響。第三是風(fēng)擋玻璃鍍膜，這樣使得玻璃表面太過(guò)光滑，因此也會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)聲響。

3.1.5 雨刮器上的零件脫落故障

雨刷臂的彈簧松動(dòng)或者螺絲脫落的時(shí)候，隨著車子在行駛的過(guò)程中風(fēng)的作用，會(huì)導(dǎo)致雨刷器在一上一下的跳動(dòng)，從而阻擋阻擋司機(jī)的視線，造成不利影響。

3.1.6 安裝錯(cuò)誤故障

大部分原因是沒(méi)有正確地安裝在初始位置上，導(dǎo)致刮片直接刮到風(fēng)擋玻璃以外，使得雨刮器發(fā)生故障，為解決此問(wèn)題，一般在雨刷安裝初始位置的前風(fēng)擋黑邊處制作標(biāo)記：○或□，該標(biāo)記由汽車廠指定位置，風(fēng)擋玻璃廠家制作，汽車廠總裝線體安裝工人參考使用。

3.1.7 橡膠污損或硬化導(dǎo)致雨刮器故障

汽車經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間地使用后，油漬等一些污染物長(zhǎng)期累積在雨刷上，或者是因?yàn)檐囅灨街陲L(fēng)擋玻璃上，時(shí)間久了就會(huì)使得雨刮器與風(fēng)擋玻璃之間有縫隙，無(wú)法緊密貼合，可能會(huì)導(dǎo)致無(wú)法完全刮水。在夏季等天氣過(guò)分炎熱的時(shí)候經(jīng)常使雨刮器曝曬，會(huì)造成雨刷的橡膠硬化，從而失去彈性，也可能導(dǎo)致雨刮器故障。

3.1.8 橡膠龜裂導(dǎo)致雨刮器故障

橡膠有使用期限，經(jīng)過(guò)曝曬、雨淋等多方面的天氣變化，硬化龜裂也在意料之中，有的雨刷片在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用后，可能會(huì)直接脫落于雨刷臂上，當(dāng)啟動(dòng)車子的時(shí)候，就會(huì)看到雨刷片直接飄起。

3.2 汽車雨刮器的保護(hù)方法

在夏季的時(shí)候，雨刮器要防止在太陽(yáng)下曝曬，因?yàn)橄奶斓牧胰諘?huì)損壞雨刮器的橡膠材質(zhì)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的曝曬之后，就會(huì)對(duì)材質(zhì)造成很大的破壞，因而失去彈性或直接變形;且在夏季的時(shí)候，當(dāng)汽車鎖車后，應(yīng)把雨刮器的雨刷豎立起來(lái)，避免雨刷一直和玻璃貼合。另外，在北方塵土飛揚(yáng)的日子里，沙土是造成雨刮器破損的主要原因，沙土?xí)ㄔ谟晁⑵骱惋L(fēng)擋之間，如果平時(shí)不注意清潔這些沙土的話，可能會(huì)為了玻璃干凈，不阻擋視線，強(qiáng)硬地對(duì)這些泥土進(jìn)行清理。時(shí)間一長(zhǎng)，可能會(huì)導(dǎo)致雨刷器與風(fēng)擋之間不再緊密貼合，這樣會(huì)造成磨損加重。那么，應(yīng)該如何正確地使用雨刮器呢？應(yīng)該在洗車或者沖刷雨刷器的時(shí)候，先將雨刷輕輕地抬起，然后讓雨刷順著膠條的方向沖洗干凈，并且不可以用自來(lái)水代替玻璃水，玻璃水可以起到清潔玻璃上的污垢和潤(rùn)滑的作用，這樣能夠延長(zhǎng)雨刷使用壽命及避免異響，這些都是自來(lái)水無(wú)法做到的，所以不能用自來(lái)水代替玻璃水。

4 汽車雨刮器常見故障診斷方法

對(duì)于汽車雨刮器故障的診斷方法，根據(jù)以上的這些故障原因以及故障類型，可以開發(fā)一套基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的雨刮器在線故障的診斷系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步以及故障診斷技術(shù)的不斷升級(jí)，在進(jìn)行軟件開發(fā)的時(shí)候，應(yīng)該充分考慮到故障的各種類型以及發(fā)生故障的原因，針對(duì)這些故障及原因，然后進(jìn)行有針對(duì)性地設(shè)計(jì)開發(fā)，這樣的軟件以個(gè)人計(jì)算機(jī)為主體，以Windows 操作系統(tǒng)為主要的運(yùn)行操作平臺(tái)，以MATLAB為軟件的開發(fā)及運(yùn)算工具。

在用汽車雨刮器軟件進(jìn)行出場(chǎng)檢驗(yàn)的時(shí)候，一般會(huì)包括兩個(gè)環(huán)節(jié)，一個(gè)是信號(hào)采集，一個(gè)是故障分析。信號(hào)采集，目前我們可以很熟練地使用，一般不會(huì)出現(xiàn)故障，而故障診斷是本文研究的重點(diǎn)，所以再進(jìn)行故障分析的時(shí)候，可能會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，這就需要我們?nèi)z測(cè)、去診斷。在進(jìn)行汽車雨刮器故障診斷的時(shí)候，一般有兩種方法。一種是批處理方式診斷，一種是逐一診斷方式。批處理診斷方式就是將所有采集到的信號(hào)一起放到后臺(tái)，等待進(jìn)行批處理方式診斷，當(dāng)診斷完成后，根據(jù)具體的號(hào)碼識(shí)別到具體的產(chǎn)品，然后將不合格的產(chǎn)品挑出來(lái)再進(jìn)行分析，將顯示合格的產(chǎn)品進(jìn)行包裝，然后進(jìn)行出廠。該方式比較適合于在后臺(tái)進(jìn)行對(duì)雨刮器的故障分析，這樣的診斷方法能夠使得故障類型更加地清晰，將這些故障類型以及故障原因進(jìn)行分類整理，建立樣本庫(kù)，在以后的生產(chǎn)過(guò)程中，可以吸取教訓(xùn)，減少不合格率。逐一診斷的方式也就是在線診斷，就是每采集一個(gè)信號(hào)文件后，就對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)診斷，查出不合格的產(chǎn)品后，也可以現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障類型的分析，可是這樣的方式不太適合流水線的工作，因?yàn)闆](méi)有充足的時(shí)間分析故障類型，對(duì)故障進(jìn)行下一步的研究。

5 結(jié)論

隨著人們生活水平的提高及消費(fèi)觀念的轉(zhuǎn)變，將來(lái)會(huì)有更多的汽車出現(xiàn)在我們的生活中。而汽車雨刮器作為汽車的一個(gè)重要組成部分，而且緊挨著駕駛室，如果雨刮器頻繁出現(xiàn)故障，容易對(duì)司機(jī)造成一定的干擾，威脅到駕駛員的安全，也會(huì)對(duì)社會(huì)造成一定的影響，因此，本文的主要內(nèi)容就是對(duì)汽車雨刮器的故障機(jī)理進(jìn)行分析，然后對(duì)故障的診斷方法進(jìn)行研究。這樣可以提高汽車雨刮器的質(zhì)量，也為駕駛員的安全提供了一份保障。

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