摘 要

当今社会，轿车成为了人们日常生活不可缺少的物件，其象征着人们物质生活的富裕。但是随着轿车数量的急剧增加，交通事故发生量以及发生率都在节节攀升。轿车事故发生的原因有很多，有的是人为的操作失误，而有的却是因为轿车设计的不完善所导致的。比如下雨天行车时，轿车刮雨器功能的设计不完善会导致驾驶员视野不清晰，从而可能导致安全事故的发生，所以轿车刮雨器的优化设计是一项很有必要且意义重大的工作。

轿车刮雨器的优化设计中首要解决的问题就是其受摩擦问题，而解决这个问题就要从空气动力学的知识入手，利用GAMBIT软件建模，然后采用FLUENT进行模拟分析。对于刮雨器刮片受摩擦的问题我的基本方案如下：对轿车外部流场的压力分布进行模拟分析，得到一个最好的汽车挡风玻璃处的空气压力场，并得出此时汽车外形设计的要求，以此为减小刮雨器摩擦力提供理论依据。

其次我们要增加刮片的刮刷面积，传统的单电机四连杆系统刮雨器普遍存在刮刷面积不足的缺陷，该缺陷也对驾驶安全产生了极大的负面影响。而对于刮刷面积不足的问题我的基本方案如下：采用伺服电机对刮雨器可伸缩的刮片进行伸缩控制，使其在刮臂摆动的过程中不断调整刮片长度，使其可以刮刷到整个挡风玻璃表面。

最后对于噪声优化问题，我的基本方案如下：（1）采用双伺服电机驱动刮雨器臂摆动，两刮臂之间没有机械连接，降低了不必要的机械噪声；（2）用伺服电机可以使刮雨器臂在临近折返位置时的速度降低，即可大大降低刮雨器的折返噪声。

关键词：刮雨器；伸缩刮片；空气动力学；几何建模；流场分析

Abstract

In today 's society, the car has became an indispensable object of people' s daily life, which symbolizes the richness of people 's material life. But with the rapid increase in the number of cars, traffic accidents and the incidence rate is rising. There are many reasons for the car accident, some man-made operation errors, and some because it is caused by the car design is not perfect. Such as the rainy day driving, the car wiper function is not perfect design will lead to the driver's vision is not clear, which may lead to the occurrence of security incidents, so the optimal design of the car wiper is a very important and significant work.

The problem to be solved in the optimization design of the car wiper is that it is subject to friction problems. The problem is solved from the knowledge of aerodynamics, modeling with GAMBIT software, and then using FLUENT for simulation analysis. For the scraper blade scraping the problem of my basic program is as follows: the external flow of the car pressure distribution of the simulation analysis, get a best car windshield at the air pressure field, and draw the car shape design requirements, in order to reduce the friction of the wiper to provide a theoretical basis.

Second, we have to increase the scraper blade scraping area, the traditional single-motor four-link system wipers widespread scraper area defects, the defect also has a great negative impact on driving safety. For the scraper area of ​​the problem of my basic program is as follows: the use of servo motor on the windshield scalable blade retractable control, so that the swing arm in the process of constantly adjusting the length of the blade, so that it can scratch To the entire windshield surface.

Finally, for the noise optimization problem, my basic scheme is as follows: (1) the use of dual servo motor drive wiper arm swing, there is no mechanical connection between the two scraping arm, reducing the unnecessary mechanical noise; (2) So that the wiper arm in the vicinity of the rewind position when the speed is reduced, you can greatly reduce the windshield rewind noise.

Key Words：Windshield; Telescopic Wipers; Aerodynamics; Geometric Modeling; Flow Field Analysis

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2轿车刮雨器的国内外研究现状 2

1.2.1 国外研究现状 2

1.2.2 国内研究现状 2

1.3 轿车刮雨器的发展趋势 2

1.4 论文的主要研究内容 3

第2章 刮雨器摩擦减小的研究 4

2.1 几何建模及网格生成 4

2.1.1 GAMBIT软件的介绍 4

2.1.2 几何模型 4

2.1.3 网格生成 6

2.2 数值模拟 6

2.2.1 FLUENT软件的介绍 6

2.2.2 基本参数描述 7

2.2.3 流动模型的确定 7

2.2.4 车身周围的能量交换 8

2.2.5 设置边界条件 8

2.2.6 选定求解方法 9

2.3模拟结果与分析 10

2.3.1车身表面压力及原因分析 10

2.3.2 表面压力与摩擦关系分析 15

2.3.3 结论 15

第3章 刮雨器刮刷面积的研究 17

3.1 原因及原理分析 17

3.2 几何建模 18

3.2.1 CAD软件的介绍 18

3.2.2 几何模型 18

3.3 结论 23

第4章 刮雨器噪声的研究 24

4.1 噪声的主要来源 24

4.2 伺服电机 24

4.3 改进措施 25

4.4 结论 26

第5章 全文总结 27

参考文献 29

致谢 30

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

社会的进步与科技的发展令人欣喜，德国一家汽车市场调研机构预测， 全球汽车（包括个人用车和商用车）保有量最迟到2020年就能突破18亿辆。所以另一方面让我们值得思考的问题是车祸的发生数以及发生率也在逐年上升，这成为了影响人类生活的一个负面因素。车祸的发生与很多因素有关，如糟糕的交通道路环境以及恶劣的天气情况，还与人为的因素密切相关。我国交通事故呈逐年上升的趋势，除了万车死亡率外，其他各项指标也基本在逐年增加，怎样有效控制车祸的发生以降低人们的生命财产损失是一个刻不容缓的研究问题。轿车的性能与全车的各个部件息息相关，只有不断改进优化各个不完善的部件，我们的轿车才能拥有更好的安全系数，这样我们才可以有效的减少车祸给人们带来的负面影响。在雨雪天气等恶劣的行车环境里行车，轿车的车祸发生率远远高于在良好的行车环境里行车，而雨雪天里车祸发生的原因大多与路面湿滑等因素有关，但是一个很重要的因素就是刮雨器的工作性能不理想。

传统的刮雨器皆存在以下几个问题：(1)刮片的刮刷面积不足，这会导致驾驶员的视野存在盲区从而容易导致车祸的发生；（2）刮片受挡风玻璃的摩擦，容易导致刮片损坏而影响刮刷效果,间接的加大了车祸的发生率；（3）刮雨器工作噪声过大，容易让驾驶员产生精神疲劳而导致车祸的发生，除此之外还会影响驾驶以及乘车的舒适性。显然刮雨器的性能好坏直接影响着我们的行车安全，另一方面也影响着我们的乘车舒适性，所以对传统刮雨器进行优化设计已经是一个刻不容缓的任务。