電動玻璃升降器運(yùn)行限制電流的計算研究

李瑞生，李超帥，李偉，林森，于波

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

電動玻璃升降器運(yùn)行限制電流的計算研究

李瑞生，李超帥，李偉，林森，于波

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

為解決電動玻璃升降器因電機(jī)選型不合理或運(yùn)行限制電流定義不合理導(dǎo)致的玻璃升降失效問題，通過建立玻璃升降運(yùn)行的受力分析，建立了玻璃運(yùn)行阻力與電機(jī)扭矩的計算關(guān)系，為電機(jī)選型提供了理論依據(jù)；并通過電機(jī)特性曲線準(zhǔn)確定義了玻璃升降運(yùn)行限制電流， 為電動玻璃升降運(yùn)行限制電流的標(biāo)定提供了理論依據(jù)。

玻璃升降器；電機(jī)；限制電流；計算

Abstract:In order to solve the problem of the glass running failure caused by the unreasonable selection of the motor or the unreasonable current definition of the electric glass regulator, the relationship between the running resistance of the glass and the torque of the motor was established by force analysis of the glass running operation. A theoretical basis was provided for motor selection. The limiting current of the glass running was defined by the characteristic curve of the motor. And a theoretical basis for calibration of the limiting current of the electric glass regulator was provided.

Keywords: Glass regulator; Motor; Limiting current; Calculation

CLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-10-03

前言

在玻璃升降器設(shè)計過程中，需通過玻璃升降器系統(tǒng)運(yùn)行阻力對升降器運(yùn)行電流、限制電流與堵轉(zhuǎn)電流進(jìn)行計算匹配，并作為電機(jī)選型的依據(jù)，避免車型開發(fā)后期因運(yùn)行限制電流定義不合理或電機(jī)選型不合理造成更改，影響項(xiàng)目開發(fā)進(jìn)度。[1]本文從玻璃升降運(yùn)行的系統(tǒng)阻力入手進(jìn)行分析，建立了玻璃運(yùn)行阻力與電機(jī)扭矩的數(shù)值關(guān)系，通過電機(jī)特性曲線準(zhǔn)確定義了玻璃升降運(yùn)行限制電流， 為電動玻璃升降器運(yùn)行限制電流的標(biāo)定提供了理論依據(jù)。

1 玻璃升降運(yùn)行阻力分析

1.1 玻璃上升運(yùn)行阻力分析

圖1 玻璃上升運(yùn)行受力分析

如圖1所示，為玻璃上升運(yùn)行受力分析，在玻璃未接觸車門上框密封條之前，其上升阻力有前端導(dǎo)槽密封條摩擦力、后端導(dǎo)槽密封條摩擦力、內(nèi)外水切密封條摩擦力與玻璃重力；當(dāng)玻璃上升運(yùn)行至上框入槽瞬間，玻璃上邊緣受到上框密封條的入槽反力，因此在玻璃上升過程中，玻璃在運(yùn)行方向所需的電機(jī)輸出力如圖2所示。

圖2 玻璃上升運(yùn)行所需電機(jī)輸出力曲線

在玻璃未入槽運(yùn)行階段，沿運(yùn)行方向保持玻璃平穩(wěn)上升所需的電機(jī)輸出力為：

式中α為玻璃B柱傾角角度。其中：

式中：f1為單位長度導(dǎo)槽密封條摩擦阻力，f2為單位長度內(nèi)外水切摩擦阻力合力，11為玻璃前端與導(dǎo)槽密封條接觸長度，12為玻璃后端與導(dǎo)槽密封條接觸長度，13為玻璃與內(nèi)外水切密封條接觸長度。

當(dāng)玻璃上升運(yùn)行至上框入槽瞬間，玻璃上邊緣受到上框密封條的入槽反力為：

式中fe為單位長度上框密封條入槽反力，1e為玻璃上邊緣的入槽長度。

因此，保證玻璃順利入槽所需的電機(jī)輸出力為：

式中yF 為玻璃運(yùn)行的剩余關(guān)閉力，其作用是保證玻璃可靠入槽。

1.2 玻璃下降運(yùn)行阻力分析

圖3 玻璃下降運(yùn)行受力分析

圖4 玻璃下降運(yùn)行所需電機(jī)輸出力曲線

如圖3所示，為玻璃下降運(yùn)行受力分析，在玻璃下降出槽瞬間，其下降阻力有前端導(dǎo)槽密封條摩擦力F1、后端導(dǎo)槽密封條摩擦力 F2、內(nèi)外水切密封條摩擦力 F3與玻璃上邊緣受到上框密封條的出槽反力Fe；在玻璃頂端出槽后平穩(wěn)下降階段，上框密封條的出槽反力Fe消失。在下降全過程中，玻璃重力G均為玻璃下降的動力，因此在玻璃下降過程中，在玻璃運(yùn)行方向所需的電機(jī)輸出力如圖4所示。

在玻璃頂端出槽后平穩(wěn)下降階段，沿運(yùn)行方向保持玻璃平穩(wěn)下降所需的電機(jī)輸出力為：

保證玻璃順利出槽所需的電機(jī)輸出力為：

2 電機(jī)最大輸出扭矩計算分析

2.1 繩輪式玻璃升降器電機(jī)輸出扭矩計算

圖5 繩輪式玻璃升降器電機(jī)扭矩分析

如圖5所示，繩輪式玻璃升降器電機(jī)通過帶動繞線輪轉(zhuǎn)動從而帶動鋼絲繩拉動玻璃升降，則玻璃運(yùn)行過程中所需電機(jī)扭矩為：

式中R為繩輪式玻璃升降器繞線輪半徑，η為繩輪式玻璃升降器的機(jī)械效率。

2.2 叉臂式玻璃升降器電機(jī)輸出扭矩計算

圖6 叉臂式玻璃升降器電機(jī)扭矩分析

如圖6所示，叉臂式玻璃升降器電機(jī)通過齒輪傳動帶動主臂繞鉚接軸旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動玻璃上升或下降，則玻璃運(yùn)行過程中所需電機(jī)扭矩為：

式中L為升降器主臂長度，β為主臂旋轉(zhuǎn)運(yùn)行過程中與水平方向的夾角，n為升降器主臂齒輪與電機(jī)小齒輪的傳動比，η為叉臂式玻璃升降器的機(jī)械效率。

通過上述計算分析，可以得到玻璃升降器電機(jī)運(yùn)行扭矩與玻璃升降運(yùn)行阻力的數(shù)值關(guān)系，在玻璃升降器設(shè)計階段系統(tǒng)阻力確定后，即可計算電機(jī)扭矩進(jìn)行電機(jī)選型。

3 玻璃升降器運(yùn)行限制電流的定義分析

玻璃升降器的開關(guān)控制策略通常為：按動玻璃升降器升降開關(guān)開始供電，釋放玻璃升降器升降開關(guān)停止供電，在玻璃上升或下降至上下止點(diǎn)位置后，若持續(xù)按動升降器開關(guān)，玻璃運(yùn)行電流增大至開關(guān)限制電流后，開關(guān)斷電。

為防止持續(xù)按動升降器開關(guān)情況下開關(guān)持續(xù)給升降器供電至電機(jī)熱保護(hù)斷電的情況發(fā)生，升降器運(yùn)行限制電流Ib的設(shè)定需小于電機(jī)固有堵轉(zhuǎn)電流Imax，即Ib＜Imax。此外，考慮帶有一鍵下降功能的玻璃升降器控制，一鍵下降命令觸發(fā)后，開關(guān)持續(xù)給升降器電機(jī)供電至玻璃運(yùn)行至下止點(diǎn)堵轉(zhuǎn)，堵轉(zhuǎn)電流大于運(yùn)行限制電流則開關(guān)斷電。如果限制電流定義Ib＜Imax，則玻璃運(yùn)行至下止點(diǎn)堵轉(zhuǎn)后電流仍小于限制電流，開關(guān)持續(xù)供電指定時間后斷電，電機(jī)堵轉(zhuǎn)狀態(tài)下持續(xù)供電可能造成電機(jī)熱保護(hù)后短暫失效情況出現(xiàn)，并影響電機(jī)的使用壽命。

因玻璃升降阻力浮動可能導(dǎo)致玻璃升降器運(yùn)行電流Iv大小浮動，若玻璃升降器運(yùn)行電流上限值(Iv)max超過升降器運(yùn)行限制電流Ib，則會出現(xiàn)玻璃運(yùn)行不到指定位置而斷電停止的情況，因此升降器運(yùn)行限制電流定義需滿足Ib＜(Iv)max。

從玻璃運(yùn)行關(guān)閉力方面分析，若(Te+ Tv)過大，在玻璃上升關(guān)閉過程中夾到乘客時，可能導(dǎo)致乘客夾傷，此外，也會導(dǎo)致玻璃上升過程對車門上框沖擊力過大，聲音品質(zhì)不佳。若(Te+ Tv)過小，可能出現(xiàn)玻璃上升入槽力不足導(dǎo)致玻璃無法完全上升至頂端，因此，設(shè)計時通常采用 Fe+Fv=220N的自由關(guān)閉力對應(yīng)的(Te+ Tv)進(jìn)行限制電流計算。

此外，QC/T 636-2014《汽車電動玻璃升降器》中對玻璃升降器的電流特性要求為：升降器的工作電流不大于12A，堵轉(zhuǎn)電流不大于 28A。[2]因此電機(jī)選型過程中需滿足堵轉(zhuǎn)電流 Imax≤28A，運(yùn)行扭矩上限值(Tv)max對應(yīng)的最大運(yùn)行電流(Iv)max≤12A。

綜合上述幾個方面的限制計算，即可準(zhǔn)確定義出玻璃升降器的運(yùn)行限制電流Ib如圖7所示。

圖7 玻璃升降器運(yùn)行限制電流定義分析

4 結(jié)論

通過建立玻璃升降運(yùn)行的受力分析，得到了玻璃運(yùn)行阻力與電機(jī)扭矩的數(shù)值關(guān)系，為玻璃升降器電機(jī)選型提供了理論依據(jù)；并通過電機(jī)特性曲線準(zhǔn)確定義了玻璃升降器運(yùn)行限制電流， 為電動玻璃升降器運(yùn)行限制電流的標(biāo)定提供了理論依據(jù)。

[1] 趙匡.汽車玻璃升降器電機(jī)選型問題研究[J].企業(yè)科技與發(fā)展,2015(408)：14~17.

[2] QC/T 636-2014 汽車電動玻璃升降器[S]. 2014:2.

Calculation Of Operating Limiting Current Of Electric Window Regulator

Li Ruisheng, Li Chaoshuai, Li Wei, Lin Sen, Yu Bo
（Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110141）

U467 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)18-10-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.004

李瑞生，就職于華晨汽車工程研究院。