韋思意　成淑儀　余輝

摘 要：下雨后側(cè)門(mén)玻璃視線(xiàn)受到較大影響一直以來(lái)都是被市場(chǎng)詬病的問(wèn)題。在汽車(chē)技術(shù)高速發(fā)展的今天，各主機(jī)廠(chǎng)針對(duì)此問(wèn)題仍然是沒(méi)有形成針對(duì)性的設(shè)計(jì)方案，因此開(kāi)發(fā)一個(gè)比較優(yōu)異的側(cè)門(mén)玻璃刮水系統(tǒng)至關(guān)重要。本文從某車(chē)型開(kāi)發(fā)過(guò)程中的幾種設(shè)計(jì)方案之間的對(duì)比分析入手，從同一維度展示側(cè)門(mén)玻璃刮水系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮的幾大因素，為后續(xù)的側(cè)門(mén)玻璃刮水系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供借鑒與幫助。需要說(shuō)明的是，側(cè)門(mén)玻璃刮水系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要考慮的因素遠(yuǎn)不止文中涉及的這些，鑒于篇幅所限，本文僅就幾個(gè)方面展開(kāi)，供大家參考。

關(guān)鍵詞：玻璃刮水 水切刮水 車(chē)窗視野 刮水設(shè)計(jì)

1 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，汽車(chē)的普及，人們對(duì)汽車(chē)玻璃刮水的質(zhì)量要求也逐步增加。在滿(mǎn)足刮水質(zhì)量的情況下，市場(chǎng)對(duì)玻璃的正常升降功能，外觀(guān)感知等要求也不斷提高。然而以往的開(kāi)發(fā)因技術(shù)水平低以及經(jīng)驗(yàn)積累不足等原因，在車(chē)窗刮水方面沒(méi)有系統(tǒng)性地考慮，甚至毫無(wú)著手之處，導(dǎo)致側(cè)門(mén)玻璃刮水質(zhì)量參差不齊。在汽車(chē)業(yè)高速發(fā)展的今天，車(chē)窗刮水質(zhì)量已明顯不能滿(mǎn)足客戶(hù)迅速增長(zhǎng)的要求。因此，公司去年的某款主打車(chē)型，該車(chē)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)之初就定義了很高的標(biāo)準(zhǔn)，希望能開(kāi)發(fā)一款滿(mǎn)足市場(chǎng)需求的、深受用戶(hù)喜愛(ài)的成功車(chē)型。本文就玻璃密封設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)以及造車(chē)過(guò)程中遇到的一些問(wèn)題及解決方案，為大家展示車(chē)窗刮水設(shè)計(jì)的一些探討。由于能力所限，文中難免有不確之處，敬請(qǐng)斧正。

2 刮水質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

由于車(chē)窗刮水干凈與否是用戶(hù)的主觀(guān)感受，為了更好地衡量干凈標(biāo)準(zhǔn)以助于后續(xù)的改進(jìn)優(yōu)化，特制定了如表1所示的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，目前車(chē)型刮水等級(jí)一般為3-5分，為及格線(xiàn)附近水平。

3 原設(shè)計(jì)方案

側(cè)門(mén)玻璃、側(cè)門(mén)外水切及側(cè)門(mén)鈑金是側(cè)門(mén)玻璃刮水系統(tǒng)的重要組成部分，如圖1所示。刮水動(dòng)作是由外水切和側(cè)門(mén)玻璃間的相互運(yùn)動(dòng)完成，所以側(cè)門(mén)玻璃和側(cè)門(mén)外水切在刮水質(zhì)量上起到?jīng)Q定性作用，側(cè)門(mén)鈑金則起到一定的影響作用。

鑒于光學(xué)性能考慮，對(duì)側(cè)門(mén)玻璃的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)難以做進(jìn)一步研究，嘗試的錫面玻璃和空氣面玻璃對(duì)刮水質(zhì)量影響甚微，因此前期的刮水研究基本集中在側(cè)門(mén)外水切上。側(cè)門(mén)外水切在刮水上起到刮走玻璃表面水量并使水在玻璃表面重新排布的作用，刮水量大則駕駛視線(xiàn)較好，但刮水后水重新在玻璃排布后質(zhì)量表現(xiàn)不一。以下幾大方面設(shè)計(jì)評(píng)估可能是刮水質(zhì)量的影響因子，如圖2所示：

1.側(cè)門(mén)外水切絨毛材料

不同型號(hào)的絨帶及植絨，材料為尼龍或者PE

2.側(cè)門(mén)外水切基材材料

主流為PVC，TPV和EPDM

3.側(cè)門(mén)外水切結(jié)構(gòu)

目前在用主要有單骨架，雙骨架，單主唇邊和雙主唇邊

4.側(cè)門(mén)外水切性能

壓縮負(fù)荷較大有利于水切對(duì)玻璃的刮水量，但由于壓荷過(guò)程容易帶來(lái)異響，同時(shí)也會(huì)一定程度影響玻璃升降穩(wěn)定性，因此只能在一定范圍內(nèi)嘗試和驗(yàn)證，推薦3N/100mm-6N/100mm之間。

在該車(chē)型設(shè)計(jì)之初，基于時(shí)間及技術(shù)條件等方面的考慮，外水切的設(shè)計(jì)主要借鑒上一代產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式，同時(shí)結(jié)合側(cè)門(mén)玻璃刮水需求做了設(shè)計(jì)提升，上一代產(chǎn)品的水切截面見(jiàn)圖1。

工藝上車(chē)門(mén)鈑金一般通過(guò)焊接包邊提供外水切卡裝緊固，外水切通過(guò)唇邊和玻璃過(guò)盈配合，由唇邊實(shí)現(xiàn)對(duì)玻璃外表面刮水。采用這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

① 大量借用成熟零件可以減少設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，盡快將產(chǎn)品投放市場(chǎng)。

② 對(duì)車(chē)型的共線(xiàn)生產(chǎn)也十分有益。

③ 結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，零件使用過(guò)程中會(huì)比較穩(wěn)定。

但是這種設(shè)計(jì)也存在比較大的風(fēng)險(xiǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

① 刮水量較低；單唇邊，而且為面接觸。

② 刮水質(zhì)量較差；沒(méi)有考慮對(duì)水的引導(dǎo)或是分布。

③ 夾持力靠上，對(duì)玻璃的保持效果較差，玻璃關(guān)門(mén)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大抖動(dòng)。

基于以上缺點(diǎn)以及產(chǎn)定位需求，需對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化

4 首次設(shè)計(jì)優(yōu)化

在最大的保持原結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，對(duì)外水切進(jìn)行了局部?jī)?yōu)化，主要修改成了雙唇邊結(jié)構(gòu)以及采用TPV材料。

改進(jìn)后的截面如圖3所示：

將優(yōu)化好的結(jié)構(gòu)應(yīng)用于實(shí)際造車(chē)中并驗(yàn)證刮水效果是否有所提升，雖然在造車(chē)驗(yàn)證中發(fā)現(xiàn)刮水量得到了一定的提升，但刮水質(zhì)量并沒(méi)有得到改善，甚至還出現(xiàn)了新的問(wèn)題，問(wèn)題總結(jié)如下：

1.刮水質(zhì)量沒(méi)有得到提升，外水切刮水后水重新在玻璃排布，導(dǎo)致刮水量提升但刮水質(zhì)量和原設(shè)計(jì)仍處于同水平。

2.玻璃關(guān)門(mén)抖動(dòng)得到優(yōu)化，但是出現(xiàn)新的異響問(wèn)題。

3.外觀(guān)問(wèn)題；車(chē)內(nèi)觀(guān)察外水切看到兩道唇部。

以上問(wèn)題得不到解決，仍然無(wú)法滿(mǎn)足項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)目標(biāo)，產(chǎn)品也無(wú)法滿(mǎn)足公司和客戶(hù)要求，因此提出一套能完整解決以上問(wèn)題的新方案顯得十分必要。

5 第二次設(shè)計(jì)優(yōu)化

基于以上考慮，為完整解決目前存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目定位目標(biāo)。在原方案基礎(chǔ)上，

針對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題都找出原因并且一一制定了解決對(duì)策，理論上可以解決第一次改進(jìn)后的不足。

1、針對(duì)刮水質(zhì)量沒(méi)有得到提升的問(wèn)題，進(jìn)行對(duì)水切絨毛材料，基材材料，水切結(jié)構(gòu)及水切性能進(jìn)行全因子的摸底試驗(yàn)，同等條件下進(jìn)行效果對(duì)比，結(jié)果對(duì)比如下表2所示。

經(jīng)過(guò)測(cè)試，對(duì)有影響的相關(guān)因素進(jìn)行最優(yōu)組合，設(shè)計(jì)PE材質(zhì)+雙唇邊結(jié)構(gòu)+EPDM結(jié)構(gòu)+6N/100mm外水切。

2、對(duì)于出現(xiàn)新的異響，其主要原因是改雙唇邊后，下道唇邊和上唇邊存在Y向的重疊部分，由于關(guān)門(mén)時(shí)玻璃因?yàn)閼T性會(huì)在Y向抖動(dòng)，帶動(dòng)水切下唇邊抽打上唇邊導(dǎo)致異響。對(duì)此，須再一次優(yōu)化唇邊結(jié)構(gòu)，在下唇邊增加限位點(diǎn)，當(dāng)下唇邊往上唇邊靠近過(guò)程中提供限位限制唇邊過(guò)大移動(dòng)，從而避免接觸達(dá)到解決異響的目的。

3、對(duì)于外觀(guān)問(wèn)題，避免唇邊被客戶(hù)看到可以有效提高美觀(guān)度，鑒于此抬高內(nèi)水切的相對(duì)位置，外水切唇邊也適應(yīng)性降低，這不僅提高了美觀(guān)度，還達(dá)到優(yōu)化異響的目的。由于外水切唇邊降低，玻璃下降到底后水切對(duì)其在相同位置的夾持率是提升的，所以有利于限制玻璃在關(guān)門(mén)下的慣性抖動(dòng)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化異響。

新樣件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后，異響和外觀(guān)問(wèn)題得到解決，但是外水切的刮水質(zhì)量仍然沒(méi)有明顯提升。結(jié)合兩次在側(cè)門(mén)外水切結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化，初步認(rèn)為側(cè)門(mén)外水切結(jié)構(gòu)對(duì)刮水能力優(yōu)化效果有限，難以達(dá)到既定目標(biāo)甚至有帶來(lái)新問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)，因此有必要查閱相關(guān)資料對(duì)問(wèn)題進(jìn)行更深一步的研究分析。

6 側(cè)門(mén)玻璃掛水機(jī)理

玻璃表面掛水受玻璃表面能影響，表面能大則接觸角小，容易形成水膜，視線(xiàn)較好。表面能小則接觸角大，容易形成水滴成股流下，視線(xiàn)一般。當(dāng)表面能不夠大也不夠小時(shí)，會(huì)使接觸角接近90度，形成不規(guī)則的大面積水珠，視線(xiàn)效果最差。目前大部分車(chē)型的表面能水平正好不夠大也不夠小，導(dǎo)致大部分車(chē)型的側(cè)門(mén)玻璃雨后視野較差。因此，研究結(jié)構(gòu)上優(yōu)化側(cè)門(mén)玻璃刮水能力優(yōu)化效果有限，難以達(dá)到既定目標(biāo)甚至有帶來(lái)新問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)，改變表面能將是刮水質(zhì)量研究的主要方向。

表面能是創(chuàng)造物質(zhì)表面時(shí)對(duì)分子間化學(xué)鍵破壞的度量。

液體的化學(xué)鍵不穩(wěn)固，液體表面收到氣體部分的吸引力小，受到液體部分的吸引力大，受力不平衡，受到指向液體內(nèi)部的力，所以液體表面有自動(dòng)收縮到最小的趨勢(shì)。

固體的表面化學(xué)鍵較穩(wěn)固，不會(huì)自動(dòng)收縮，但不同固體的表面能會(huì)在大小上存在差異。同種材質(zhì)下影響表面能的因素：表面粗糙度、表面成分。目前玻璃表面粗糙度在0.005左右，無(wú)法進(jìn)一步減小，加大粗糙度可以?xún)?yōu)化刮水問(wèn)題，但是會(huì)影響玻璃光學(xué)性能。

經(jīng)過(guò)理論分析之后，基本確認(rèn)通過(guò)常規(guī)性的結(jié)構(gòu)更改無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)側(cè)門(mén)玻璃刮水質(zhì)量的提升，如果要實(shí)現(xiàn)刮水質(zhì)量提升，有兩個(gè)方案可以考慮：一是通過(guò)增加中間介質(zhì)，改變玻璃表面成分達(dá)到實(shí)現(xiàn)改變玻璃表面能的目的；二是采用類(lèi)似雨刮方案，把水刮干凈，沒(méi)有水存在玻璃表面就沒(méi)有水珠影響視線(xiàn)的問(wèn)題。但是考慮到側(cè)窗玻璃需要上下運(yùn)動(dòng)，采用類(lèi)似雨刮的刮水設(shè)計(jì)不僅會(huì)較大影響成本，也會(huì)影響玻璃升降系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以決定采用上述方案一進(jìn)行優(yōu)化驗(yàn)證。

聯(lián)合某供應(yīng)商針對(duì)上述的方案一進(jìn)行研究，共同開(kāi)發(fā)出了針對(duì)刮水質(zhì)量的專(zhuān)用涂層，可以實(shí)現(xiàn)改變側(cè)門(mén)玻璃表面能，開(kāi)發(fā)后在水切表面增加新研涂層進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果如表3所示。

（注：評(píng)分1為技術(shù)中心成員評(píng)價(jià)結(jié)果的平均分值，評(píng)分2為質(zhì)量部成員評(píng)價(jià)結(jié)果的平均分值，評(píng)分3為外部人員評(píng)價(jià)結(jié)果的平均分值）

經(jīng)過(guò)在水切表面增加噴涂涂層的方案，通過(guò)上表不難看出優(yōu)化方案表現(xiàn)要明顯優(yōu)于其他方案，并且達(dá)到了刮水質(zhì)量的開(kāi)發(fā)目標(biāo)。

7 結(jié)語(yǔ)

本文主要結(jié)合了車(chē)型開(kāi)發(fā)過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題作為案例，在優(yōu)化改進(jìn)問(wèn)題的過(guò)程中進(jìn)行歸納，并深入研究掛水的機(jī)理，總結(jié)了汽車(chē)玻璃刮水性能的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，為新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供了思路和參考。

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