汽车刮水器噪音测试分析及优化

牟文成，赵前程

（华晨汽车工程研究院 电子工程室，辽宁 沈阳 110141）

汽车刮水器噪音测试分析及优化

牟文成，赵前程

（华晨汽车工程研究院 电子工程室，辽宁 沈阳 110141）

车辆噪音作为评价整车舒适性的关键参数，已受到人们广泛关注。刮水器作为整车关键安全性零部件之一，其性能直接影响雨雪天气的行车安全，而由于刮水器自身结构特性，在工作过程中较容易产生噪音。文章针对刮水器的噪音问题，从刮水器结构及噪音来源入手，分析各机构产生噪音的原因，并对刮水器电机噪音进行测试，最后依据分析及测试结果，提出各机构的噪音优化方案。

刮水器；电机；噪音

CLC NO.:U463.83Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)06-76-03

引言

近年来，随着汽车工业的持续发展以及人们生活水平的不断提高，对汽车的关注点已经不仅局限在传统的安全性、动力性、操控性等方面，对于舒适性的要求也越来越高。其中，车辆噪音作为决定整车舒适性的关键所在，其不仅会干扰驾驶员的听觉，还会加速疲劳，极大影响驾驶员的心理、生理健康，如长期处于整车噪声干扰下，极易造成交通事故，威胁人们的生命安全。

刮水器作为汽车的关键安全性零部件之一，其主要功能是保持风挡玻璃外表面清洁，确保雨雪天气视野和行车安全。由于刮水器具有工作频率快、距离驾驶员近、刮片直接与风挡接触等特点，并且包含电机、机械连杆类零部件，因此较容易产生工作噪音，从而影响整车的舒适性。

1、刮水器基本机构及原理

刮水器基本结构如图1所示，主要包括以下几个部分：电机、连杆机构、刮刷组件。

（1）电机：包括电机本体及其减速机构。为整个系统提供动力，电机输出后需经减速机构减速以匹配刮刷周期，满足刮水器正常工作频率要求。

（2）连杆机构：由电机曲柄、连杆、摇臂、固定杆组成的机械四连杆结构。其功能是将电机及减速机构输出的旋转运动，通过四连杆机构的转化，最终输出为刮刷所需要的往复摆动。

（3）刮刷组件：由刮臂及刮片组成。刮片为刮水器的直接执行部件，刮臂提供合适的压力以匹配连接刮片，实现对风挡玻璃的有效刮刷。

图1 刮水器结构简图

2、刮水器噪音来源

由于刮水器自身结构特点，其主要噪音来源可分为：电机内部噪音以及刮刷过程噪音。

2.1 电机内部噪音

电机内部可分为电机本体及其减速机构，结构简图如图2所示。

其主要结构包括：永磁电极、电枢、碳刷、换向器、涡轮蜗杆等。在电机正常工作过程中，噪音主要来源于电机电磁噪音、电枢与机壳振动噪音、碳刷换向器接触摩擦噪音、涡轮蜗杆啮合换向噪音等等。

图2 刮水器电机内部结构简图

2.2 刮刷过程噪音

刮片作为刮水器的最终执行部件，按其运动方向，整个刮刷过程可分为去程（上半周）、翻转位置、回程（下半周）、初始位置。

在去程和回程位置，由于刮片自身的胶条结构直接与风挡玻璃接触，这样在擦拭灰尘的同时，必然伴随着刮刷噪音。而由于风挡曲率不同，刮片的运行姿态成为刮刷噪音的决定性因素。在翻转位置和初始位置，刮片会瞬间转换刮刷方向，由此产生刮片换向噪音。同时，在刮片换向过程，整个连杆机构同样完成输出方向的改变，由于四连杆机构的自身结构特点，以及各零部件加工精度、配合间隙影响，会产生各结构换向噪音。

综上，整个刮刷过程，噪音主要来源于刮片摩擦噪音、刮片换向噪音、机械四连杆机构换向噪音、各零部件配合噪音等。

3、噪音测试

3.1 测试要求

由于整车条件下，刮水器噪音不仅与自身工作状态有关，整车密封性、车身结构等因素均会对刮水器噪音产生影响。故为考察刮水器自身的工作噪音特性，进行针对刮水器电机的噪音测试试验。具体参照标准QC/T 44-2009《汽车风窗玻璃电动刮水器》4.2.4要求，在刮水器电动机在空载运转时，其A计权声级应满足低速≤50 dB(A)，高速≤60dB(A)。

3.2 测试系统条件及环境

测试系统：由4只GRAS 46AE麦克风（包括连接电缆）、朗德DATaRec 4 DIC24数采前端和一台计算机组成，麦克风采集通道的采样频率均为44100Hz。

试验环境：满足GB/T 3767-1996《声学 声压法测定噪声源声功率级 反射面上方近似自由场的工程法》要求的车用电机NVH性能测试实验室。实验室背景噪声为16.8dB(A)，满足测试要求。

3.3 测试过程

（1）刮水器电机用专业测试台架悬挂，并调整至水平位置，确保电机不会在测试过程中产生较大晃动，影响测试结果。

（2）分别在电机轴端、输出轴前方、输出轴后方、以及接合面下方布置4只麦克风（1～4#），具体位置参照图3所示，麦克风距离电机距离30cm。

（3）电机接通高速档，在13.5V的端电压下预热10min。测试电机在13.5V电压下以低速档和高速档运行的噪声，测试时间为10s。

（4）测试数量为同批次电机及连杆总成3台1～3#，测试步骤一致。

图3 电机噪音测试台架

3.4 测试结果

（1）各测点噪音声压级

经试验，测得1～3#电机高低速档位噪音声压级见表1统计的结果。

表1 各测点噪音声压级

（2）低速噪音频谱

经分析，1～3#电机低速噪音频谱如图4～6所示。

图4 1#电机低速噪音频谱

图5 2#电机低速噪音频谱

图6 3#电机低速噪音频谱

（3）高速噪音频谱

经分析，1～3#电机高速噪音频谱如图7～9所示。

图7 1#电机高速噪音频谱

图8 2#电机高速噪音频谱

图9 3#电机高速噪音频谱

3.5 测试结果分析

（1）噪音声压级

测试结果表明，所测3台电机，其噪音均在标准要求范围内，满足使用要求。对比3组数据，3#电机噪音水平优于1、2#电机。

（2）噪音频谱

所测3台电机，无论低速或高速条件下，其噪音最高幅值声压级均分布在大致600～800Hz，此频段为电机电磁噪音。其余较高噪音声压级频段均大致分布在2000～5000Hz，此频段包含电机机械噪音、各类振动噪音等。

对比每台电机4个被测点的噪音：输出轴前方、后方、电机轴端、接合面下方。在低频段600～800Hz范围内，输出轴后方（红色线）噪音较为突出，此位置更靠近电机本体，即电机电磁噪音较为明显区域。在2000～5000Hz频段范围内，接合面下方（蓝色线）噪音较为突出，此位置更靠近电机及减速箱接合面，即电机机械噪音及振动噪音较明显区域。此外，根据频谱分析结果，距离电机及减速箱位置较远的电机轴端（浅蓝色线），其噪音幅值最小。

综上，测试结果与实际分析可完全对应，并依据测试结果可推断出以下结论：刮水器电机噪音主要来源为电磁噪音，其次是机械噪音、振动噪音等。依据各电机不同工况下的测试结果，可明确不同频率下噪音源位置，从而指导电机各机构完成优化。

4、刮水器噪音优化措施

由于本文重点研究刮水器自身结构噪音问题，故未展开整车下刮刷过程噪音测试。

通过对电机样品的噪音测试表明，电机内部噪音主要包括：电机电磁噪音、机械噪音、振动噪音等。其中，电机电磁噪音为刮水器电机主要噪音来源。

针对电机电磁噪音优化措施：提升电机定子、转子同轴度，提升转子平衡度。在生产线增加转子平衡度检测环节，通过测量转子电流进而对其平衡度进行监控，并对不合格品进行动平衡调整。针对电机机械噪音及振动噪音优化措施：提升电机各零部件工艺水平：如磁瓦、机壳、轴承、涡轮蜗杆等。保证零部件制造精度及装配误差。

另外，对于刮刷过程噪音，优化措施如下：根据风挡曲率，合理匹配刮臂角度及压力，以保证刮片正确运行姿态；合理设计机械四连杆机构传动角、压力角、加速度等参数，提高机构运行效率。

5、小结

在实际驾驶过程中，人们感受到的是整车条件下的各类噪音。而在整车条件下，刮水器噪音与车身结构、整车密封性等直接相关，因此在提升刮水器自身噪音控制水平的同时，需同时优化其它周边系统的设计，共同改善整车噪音水平。

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Experimental Investigation and Optimization for the Noise of Automotive Wiper System

Mu Wencheng, Zhao Qiancheng
( Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110141 )

As a key parameter to evaluate the comfort of vehicles, vehicle noise has been widely concerned. Wiper system, as one of the important safety parts of the vehicle, its performance affects the safety of vehicle in rain and snow weather directly, and noise is easily produced because of the structure characteristics of wiper system. This thesis starts from the wiper structure and noise sources, analyzing the causes of noise in wiper system, and test the wiper motor prototype. Finally, put forward optimization scheme according to the analysis and experimental results.

wiper system; motor; noise

U463.83

A

1671-7988 (2017)06-76-03

牟文成，男，机电工程师，就职于华晨汽车工程研究院，主要从事车载多媒体、车联网相关方向以及探测系统等的电子电气相关设计开发工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.025