汽車側門玻璃刮水方案探究

韋思意　成淑儀　余輝

摘 要：下雨后側門玻璃視線受到較大影響一直以來都是被市場詬病的問題。在汽車技術高速發展的今天，各主機廠針對此問題仍然是沒有形成針對性的設計方案，因此開發一個比較優異的側門玻璃刮水系統至關重要。本文從某車型開發過程中的幾種設計方案之間的對比分析入手，從同一維度展示側門玻璃刮水系統設計過程中需要考慮的幾大因素，為后續的側門玻璃刮水系統設計提供借鑒與幫助。需要說明的是，側門玻璃刮水系統設計需要考慮的因素遠不止文中涉及的這些，鑒于篇幅所限，本文僅就幾個方面展開，供大家參考。

關鍵詞：玻璃刮水 水切刮水 車窗視野 刮水設計

1 引言

隨著社會的發展，汽車的普及，人們對汽車玻璃刮水的質量要求也逐步增加。在滿足刮水質量的情況下，市場對玻璃的正常升降功能，外觀感知等要求也不斷提高。然而以往的開發因技術水平低以及經驗積累不足等原因，在車窗刮水方面沒有系統性地考慮，甚至毫無著手之處，導致側門玻璃刮水質量參差不齊。在汽車業高速發展的今天，車窗刮水質量已明顯不能滿足客戶迅速增長的要求。因此，公司去年的某款主打車型，該車在產品開發之初就定義了很高的標準，希望能開發一款滿足市場需求的、深受用戶喜愛的成功車型。本文就玻璃密封設計開發以及造車過程中遇到的一些問題及解決方案，為大家展示車窗刮水設計的一些探討。由于能力所限，文中難免有不確之處，敬請斧正。

2 刮水質量評價標準

由于車窗刮水干凈與否是用戶的主觀感受，為了更好地衡量干凈標準以助于后續的改進優化，特制定了如表1所示的評價標準，目前車型刮水等級一般為3-5分，為及格線附近水平。

3 原設計方案

側門玻璃、側門外水切及側門鈑金是側門玻璃刮水系統的重要組成部分，如圖1所示。刮水動作是由外水切和側門玻璃間的相互運動完成，所以側門玻璃和側門外水切在刮水質量上起到決定性作用，側門鈑金則起到一定的影響作用。

鑒于光學性能考慮，對側門玻璃的結構和材質難以做進一步研究，嘗試的錫面玻璃和空氣面玻璃對刮水質量影響甚微，因此前期的刮水研究基本集中在側門外水切上。側門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較好，但刮水后水重新在玻璃排布后質量表現不一。以下幾大方面設計評估可能是刮水質量的影響因子，如圖2所示：

1.側門外水切絨毛材料

不同型號的絨帶及植絨，材料為尼龍或者PE

2.側門外水切基材材料

主流為PVC，TPV和EPDM

3.側門外水切結構

目前在用主要有單骨架，雙骨架，單主唇邊和雙主唇邊

4.側門外水切性能

壓縮負荷較大有利于水切對玻璃的刮水量，但由于壓荷過程容易帶來異響，同時也會一定程度影響玻璃升降穩定性，因此只能在一定范圍內嘗試和驗證，推薦3N/100mm-6N/100mm之間。

在該車型設計之初，基于時間及技術條件等方面的考慮，外水切的設計主要借鑒上一代產品的結構形式，同時結合側門玻璃刮水需求做了設計提升，上一代產品的水切截面見圖1。

工藝上車門鈑金一般通過焊接包邊提供外水切卡裝緊固，外水切通過唇邊和玻璃過盈配合，由唇邊實現對玻璃外表面刮水。采用這種結構的優點體現在以下幾個方面：

① 大量借用成熟零件可以減少設計風險，縮短設計時間，盡快將產品投放市場。

② 對車型的共線生產也十分有益。

③ 結構相對簡單，零件使用過程中會比較穩定。

但是這種設計也存在比較大的風險，主要體現在以下幾個方面：

① 刮水量較低；單唇邊，而且為面接觸。

② 刮水質量較差；沒有考慮對水的引導或是分布。

③ 夾持力靠上，對玻璃的保持效果較差，玻璃關門時會產生較大抖動。

基于以上缺點以及產定位需求，需對結構進行優化

4 首次設計優化

在最大的保持原結構優勢的基礎上，對外水切進行了局部優化，主要修改成了雙唇邊結構以及采用TPV材料。

改進后的截面如圖3所示：

將優化好的結構應用于實際造車中并驗證刮水效果是否有所提升，雖然在造車驗證中發現刮水量得到了一定的提升，但刮水質量并沒有得到改善，甚至還出現了新的問題，問題總結如下：

1.刮水質量沒有得到提升，外水切刮水后水重新在玻璃排布，導致刮水量提升但刮水質量和原設計仍處于同水平。

2.玻璃關門抖動得到優化，但是出現新的異響問題。

3.外觀問題；車內觀察外水切看到兩道唇部。

以上問題得不到解決，仍然無法滿足項目的開發目標，產品也無法滿足公司和客戶要求，因此提出一套能完整解決以上問題的新方案顯得十分必要。

5 第二次設計優化

基于以上考慮，為完整解決目前存在的問題，實現項目定位目標。在原方案基礎上，

針對出現的問題都找出原因并且一一制定了解決對策，理論上可以解決第一次改進后的不足。

1、針對刮水質量沒有得到提升的問題，進行對水切絨毛材料，基材材料，水切結構及水切性能進行全因子的摸底試驗，同等條件下進行效果對比，結果對比如下表2所示。

經過測試，對有影響的相關因素進行最優組合，設計PE材質+雙唇邊結構+EPDM結構+6N/100mm外水切。

2、對于出現新的異響，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，由于關門時玻璃因為慣性會在Y向抖動，帶動水切下唇邊抽打上唇邊導致異響。對此，須再一次優化唇邊結構，在下唇邊增加限位點，當下唇邊往上唇邊靠近過程中提供限位限制唇邊過大移動，從而避免接觸達到解決異響的目的。

3、對于外觀問題，避免唇邊被客戶看到可以有效提高美觀度，鑒于此抬高內水切的相對位置，外水切唇邊也適應性降低，這不僅提高了美觀度，還達到優化異響的目的。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門下的慣性抖動，實現優化異響。

新樣件進行實驗后，異響和外觀問題得到解決，但是外水切的刮水質量仍然沒有明顯提升。結合兩次在側門外水切結構上的優化，初步認為側門外水切結構對刮水能力優化效果有限，難以達到既定目標甚至有帶來新問題的風險，因此有必要查閱相關資料對問題進行更深一步的研究分析。

6 側門玻璃掛水機理

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，視線較好。表面能小則接觸角大，容易形成水滴成股流下，視線一般。當表面能不夠大也不夠小時，會使接觸角接近90度，形成不規則的大面積水珠，視線效果最差。目前大部分車型的表面能水平正好不夠大也不夠小，導致大部分車型的側門玻璃雨后視野較差。因此，研究結構上優化側門玻璃刮水能力優化效果有限，難以達到既定目標甚至有帶來新問題的風險，改變表面能將是刮水質量研究的主要方向。

表面能是創造物質表面時對分子間化學鍵破壞的度量。

液體的化學鍵不穩固，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，受到指向液體內部的力，所以液體表面有自動收縮到最小的趨勢。

固體的表面化學鍵較穩固，不會自動收縮，但不同固體的表面能會在大小上存在差異。同種材質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，無法進一步減小，加大粗糙度可以優化刮水問題，但是會影響玻璃光學性能。

經過理論分析之后，基本確認通過常規性的結構更改無法實現對側門玻璃刮水質量的提升，如果要實現刮水質量提升，有兩個方案可以考慮：一是通過增加中間介質，改變玻璃表面成分達到實現改變玻璃表面能的目的；二是采用類似雨刮方案，把水刮干凈，沒有水存在玻璃表面就沒有水珠影響視線的問題。但是考慮到側窗玻璃需要上下運動，采用類似雨刮的刮水設計不僅會較大影響成本，也會影響玻璃升降系統的穩定性，所以決定采用上述方案一進行優化驗證。

聯合某供應商針對上述的方案一進行研究，共同開發出了針對刮水質量的專用涂層，可以實現改變側門玻璃表面能，開發后在水切表面增加新研涂層進行了對比驗證，驗證結果如表3所示。

（注：評分1為技術中心成員評價結果的平均分值，評分2為質量部成員評價結果的平均分值，評分3為外部人員評價結果的平均分值）

經過在水切表面增加噴涂涂層的方案，通過上表不難看出優化方案表現要明顯優于其他方案，并且達到了刮水質量的開發目標。

7 結語

本文主要結合了車型開發過程中出現問題作為案例，在優化改進問題的過程中進行歸納，并深入研究掛水的機理，總結了汽車玻璃刮水性能的開發經驗，為新產品的開發提供了思路和參考。

參考文獻：

[1]董元彥.無機與分析化學.科學出版社.2010.

[2]董炎明.高分子材料實用剖析技術.中國石化出版社.1997.