汽車玻璃升降器淺析

王秀錦，白樹立，柳 蕭，張雅強

（奇瑞汽車股份有限公司鄂爾多斯分公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

汽車玻璃升降器淺析

王秀錦，白樹立，柳 蕭，張雅強

（奇瑞汽車股份有限公司鄂爾多斯分公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

介紹汽車玻璃升降機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類，敘述汽車玻璃升降機構(gòu)在設(shè)計過程中的要點，實例分析玻璃升降阻力大運行速度不均勻故障現(xiàn)象，最后展望汽車玻璃升降器技術(shù)發(fā)展趨勢。

汽車玻璃升降器； 結(jié)構(gòu)組成；摩擦系數(shù)

1 汽車玻璃升降機構(gòu)結(jié)構(gòu)分類

從結(jié)構(gòu)特點上分，汽車玻璃升降機構(gòu)大致可分為繩輪式、叉臂式、軟軸式3類。其中單滑道繩輪式結(jié)構(gòu)和交叉臂式結(jié)構(gòu)是常用的2種玻璃升降機構(gòu)。

繩輪式玻璃升降器由滑輪、鋼絲繩、張力器、張力滑輪等組成，其工作原理為：通過驅(qū)動電動機拉鋼絲繩來控制門窗玻璃的升降。將鋼絲繩上裝上滑塊，繞在塑料繩輪上由電動機驅(qū)動繩輪，帶動鋼絲繩卷繞，鋼絲繩上的滑塊帶動玻璃，使之沿導(dǎo)軌作上下運動。

交叉臂式玻璃升降器主要由扇形齒板、玻璃導(dǎo)軌及調(diào)節(jié)器等組成，其工作原理為：扇形齒板利用驅(qū)動電動機的棘輪進行轉(zhuǎn)動，帶動X臂運動，使玻璃沿導(dǎo)軌作上下移動。

設(shè)計中采用交叉臂式機構(gòu)還是繩輪式機構(gòu)，由玻璃曲率、升降空間、制造精度及成本控制等因素決定。隨著電器元件的應(yīng)用和發(fā)展，汽車玻璃升降機構(gòu)已發(fā)展為電動模式。 電動玻璃升降器的功能和使用舒適性如下：①它保護乘客不受風(fēng)霜雨雪之苦；②免受外界噪聲之苦；③在炎熱的夏天和寒冷的冬天，讓裝在車上的空調(diào)起作用，讓乘客有舒適感；④當(dāng)車輛行經(jīng)收費路口時，只需輕按開關(guān)，玻璃就會下降。輕松完成收費過程而不必下車。

1.1 機械結(jié)構(gòu)部分

圖1 電動玻璃升降器機械結(jié)構(gòu)

圖2 電動玻璃升降器電動機工作原理

電動玻璃升降器機械結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要由導(dǎo)軌、玻璃支撐板組成。導(dǎo)軌分為定導(dǎo)軌和動導(dǎo)軌。運動機構(gòu)主要由齒輪、齒板和碟形彈簧組成。由電動機輸出的動力也就是蝸桿來帶動齒輪轉(zhuǎn)動，由此控制整個升降過程。

1.2 電器部分

電動機為用來驅(qū)動門窗玻璃升降器上升和下降的直流電動機。目前汽車上通用的有6 V、12 V、24 V 3種，電動機主要是永磁電動機，其工作原理如圖2所示。

由于電動玻璃需要上升和下降，那么要求電動機能實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)動，所以就通過改變電流方向來實現(xiàn)。筆者設(shè)計了一雙向控制開關(guān)來改變它的轉(zhuǎn)向，開關(guān)原理圖如圖3所示。

當(dāng)按動按鈕上升時，電動機左端的電線與UCC+連接，電流從UCC+輸入電動機，從b端接搭鐵，形成閉環(huán)電路，此時電動機左轉(zhuǎn)，升降器上升。反之，按動下降按鈕，電流從UCC+輸入電動機右端，從a端接搭鐵，形成閉環(huán)電路，此時電動機右轉(zhuǎn)，升降器下降。

圖3 電動機的正反控制原理示意圖

1.3 升降電動機的特性

1）熱保護功能。熱保護器須保護電動機或防夾電動機避免過熱受損，電動機或防夾電動機在堵轉(zhuǎn)條件下，熱保護器打開，也就是暫時性斷電。當(dāng)電動機經(jīng)過一段時間冷卻后，又能恢復(fù)正常工作狀態(tài)。其實熱保護器也就是一個合金金屬片，當(dāng)電流過大，時間過長時產(chǎn)生熱量使金屬片膨脹彈開，導(dǎo)到斷路。

2）耐溫性能。電動機必需能承受-40 ℃至80 ℃的溫度變化所引起的條件下工作。

3）電流電壓變化。這項指標(biāo)可根據(jù)電流電壓特性來設(shè)計限定。

2 設(shè)計要點

汽車玻璃升降機構(gòu)是汽車電動門窗的核心元件，主要由搖窗電動機和機械升降機構(gòu)兩大部分組成。它的工作原理是：通過搖窗電動機的輸出軸驅(qū)動傳動機構(gòu)，使電動機圓周運動變?yōu)檠刂鴮?dǎo)軌的上下運動，通過開關(guān)的控制進行正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)車門玻璃上升或下降。其中電動機一般采用可逆性永磁直流電動機，內(nèi)有兩組繞向不同的磁場線圈，由雙聯(lián)開關(guān)按鈕控制。帶有防夾功能的升降器一般由車門控制模塊控制，采集車窗上升過程中的阻力信號變化，一旦阻力超過設(shè)定值，模塊將處理信息，使電動機反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)防夾，保護乘員安全。

2.1 設(shè)計必須考慮的條件

從車門系統(tǒng)布置角度來考慮升降系統(tǒng)的布置與設(shè)計，關(guān)注更多的是玻璃升降機構(gòu)與車門鈑金、相關(guān)附件的位置關(guān)系，充分考慮影響玻璃升降的因素，以便作出正確設(shè)計。在設(shè)計過程中要充分考慮以下條件。

1）車門弧度、玻璃導(dǎo)槽弧度、玻璃弧度、玻璃升降器的運動弧度是否統(tǒng)一。任一弧度不同會增加玻璃的上升阻力，導(dǎo)致玻璃升降不順暢，甚至影響整個玻璃的運動軌跡。

2）注意玻璃泥槽摩擦系數(shù)，導(dǎo)槽結(jié)構(gòu)與玻璃貼合處間隙是否合理。玻璃與泥槽根部間隙一般保持在2 mm左右。

3）注意內(nèi)外切水條植絨品質(zhì)。品質(zhì)差的水條植絨面會增大玻璃與植絨面的摩擦系數(shù)，從而加大玻璃升降過程中的阻力。

4）考慮車門內(nèi)外護板對玻璃作用力問題。車門內(nèi)外護板對玻璃的作用力不能太大，以免影響活動順暢性，導(dǎo)致阻滯。

5）驗證門內(nèi)板上所開安裝孔是否利于升降器安裝。

2.2 設(shè)計實例

某車型玻璃升降器在升降過程中，出現(xiàn)玻璃升降阻力大、運行速度不均勻現(xiàn)象，對此問題展開相關(guān)聯(lián)件的分析調(diào)查。

2.2.1 前玻璃導(dǎo)向槽的影響分析

在實際生產(chǎn)中，由于工裝、焊裝等因素，是否出現(xiàn)玻璃自身弧度與升降器的弧度的一致性問題。玻璃上升運動時，在Y軸方向給予導(dǎo)向槽的槽壁壓力，導(dǎo)軌在Z軸方向磨擦力的增大，從而影響玻璃在導(dǎo)軌中的順利升降，如圖4所示。汽車玻璃與車門配合結(jié)構(gòu)示意圖見圖5。

圖4 玻璃導(dǎo)向槽影響分析示意圖

圖5 汽車玻璃與車門配合結(jié)構(gòu)圖

2.2.2 導(dǎo)向槽支架位置的分析

導(dǎo)向槽的焊接支架相對車身的位置，是否影響了車窗玻璃與玻璃導(dǎo)軌的空間位置關(guān)系（X方向）。

2.2.3 導(dǎo)軌的截面界面的一致性分析

導(dǎo)軌及相關(guān)部分截面圖見圖6。一般情況下，嚴(yán)格控制圖6中A的尺寸，車窗玻璃的厚度一般為3.2 mm。呢槽安裝在導(dǎo)軌中，玻璃沿著導(dǎo)軌導(dǎo)向的運動過程中，它與呢槽的間隙應(yīng)是均勻并有一定的間隙（圖中x值）。如果導(dǎo)軌的截面在人為不知的因素下減小1～2 mm，整個環(huán)境體現(xiàn)出來的就是在橫向方向上呢槽對玻璃的壓力F2增大，引起升降的阻力增大，影響整個系統(tǒng)的正常工作。同時導(dǎo)軌的截面的尺寸必須嚴(yán)格控制一致性，否則容易出現(xiàn)部分區(qū)域阻力大、部分區(qū)域阻力小，玻璃升降器在升降過程中出現(xiàn)抖動現(xiàn)象。

圖6 導(dǎo)軌及相關(guān)部分截面

2.2.4 呢槽的表面處理分析

呢槽表面摩擦系數(shù)的高低是影響系統(tǒng)升降的重要一環(huán)，它直接影響了圖6中的F2。目前還沒有很好的方法來測量呢槽表面磨擦系數(shù)，所以只能通過外觀、表面手感來衡量，再則通過升降時間的長短來間接評價表面摩擦系數(shù)。要求表面光滑，不能有絲毫的粘性。2.2.5 問題原因的最終確定（表1）

表1 玻璃升降阻力大、運行速度不均勻原因分析

3 未來技術(shù)發(fā)展趨勢

現(xiàn)代轎車門窗玻璃升降基本已經(jīng)拋棄了搖把式手動升降方式，普遍采用按鈕式電動升降方式。當(dāng)前中國電動玻璃升降器發(fā)展很快，其使用方便、安全、舒適的特點已被越來越多人接受。隨著人們對舒適性、安全性要求的提高，電動玻璃升降器呈現(xiàn)智能化、模塊化發(fā)展趨勢。

3.1 智能化發(fā)展趨勢

為了使電動玻璃升降器既保持強勁動力、又防止在使用過程中出現(xiàn)不小心被夾住的不安全因素，目前的電動玻璃升降器已具有一定智能性，玻璃在上升過程中碰到一定阻力時，立即停止上升并下降，以防止乘客肢體被夾住的小概率事件，這就是電動防夾玻璃升降器。防夾功能可以通過多種方式實現(xiàn)：一種是采用防夾電動機，就是在電動機內(nèi)部加上一個霍爾傳感器，讓它檢測電流變化后自動停止，達到防夾的目的；另一種是在開關(guān)設(shè)計程序，當(dāng)電流過載時，開關(guān)里集成電路自動斷開，升降器停止運行，也能達到防夾的目的。這一功能已普遍在高檔轎車上使用，也逐漸被更多中低檔車所采用，成為未來玻璃升降器發(fā)展的趨勢。

3.2 模塊化發(fā)展趨勢

在國際汽車工業(yè)發(fā)展過程中，為了更好地迎合顧客個性化要求，降低產(chǎn)品成本，提高汽車品質(zhì)，整車企業(yè)逐漸將自制件壓縮，盡量減少自身工作量，將大量精力都投放在新車型開發(fā)上，因此提出了模塊供貨的要求。即將原來直接由各供應(yīng)商提供單個零件，整車企業(yè)在生產(chǎn)線上組裝的生產(chǎn)模式，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橛梢患壒?yīng)商承擔(dān)模塊供貨，整車企業(yè)僅做模塊組裝的生產(chǎn)模式。這樣可以大大壓縮整車企業(yè)的工作時間，加快汽車更新?lián)Q代的速度，在提高產(chǎn)品品質(zhì)和可靠性的同時也降低了生產(chǎn)成本。

1）為了更加人性化、合理化、舒適化地控制電器，加入自動上升和自動下降功能，在整個設(shè)計控制開關(guān)的過程中，采用了單片機寫入程序，更進一步實現(xiàn)人機工程的舒適感和新時代的科技感。

2）為了延長整車電器件的壽命，提高電器件性能，還加入了CAN總線和LIN總線，這樣電器將會越來越穩(wěn)定，而不必再像以前那樣為控制端通過大電流而發(fā)生故障。

4 結(jié)束語

隨著汽車電器的發(fā)展，將給汽車帶來一個又一個驚喜，一個又一個革命新時代。同時，對汽車電器人員來說，需要摸索的東西還很多，必須要端正心態(tài)，不驕不躁，努力工作，認真學(xué)習(xí)，在實殘中總結(jié)經(jīng)驗，在學(xué)習(xí)中提升自我，為汽車新時代的到來添磚加瓦。

［1］ 《汽車工程手冊》編輯委員會.汽車工程手冊（設(shè)計篇）［M］. 北京：人民交通出版社，2001.

［2］ QC／T 636—2000，汽車電動玻璃升降器［S］．

（編輯心 翔）

Discussion on Vehicle Window Lifter

WANG Xiu-jin，BAI Shu-li，LIU Xiao，ZHANG Ya-qiang
（Chery Automobile Corporation Ordos Branch, Ordos 017000, China）

The author introduces the structure classification of vehicle widow lifters, demonstrates key points in designing lifter structure, and analyzes the unbalanced speed issue caused by glass resistance; finally, looks into the future development of vehicle window lifters.

vehicle window lifter; structure; friction coefficient

U463.853

B

1003-8639（2017）08-0046-03

2016-11-08

王秀錦（1987-），女，山東菏澤人，整車集成工程師，研究方向為整車集成。