模塊式玻璃升降系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用可行性分析

周建強(qiáng)

（泛亞汽車技術(shù)中心有限公司，上海 201201）

模塊式玻璃升降系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用可行性分析

周建強(qiáng)

（泛亞汽車技術(shù)中心有限公司，上海 201201）

文章從門系統(tǒng)入手，從系統(tǒng)重量，安裝，物流等方面，詳細(xì)對(duì)比模塊式玻璃升降系統(tǒng)與傳統(tǒng)玻璃升降系統(tǒng)之間的差異，每個(gè)過程最終都轉(zhuǎn)化為對(duì)系統(tǒng)成本的影響，最終得出系統(tǒng)重量與價(jià)格之間的關(guān)系，從而為管理層輕量化需求提供決策依據(jù)。

模塊式；玻璃升降系統(tǒng)；成本控制

CLC NO.: U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)19-64-03

前言

1 玻璃升降系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和總體趨勢(shì)

隨著國(guó)內(nèi)汽車規(guī)模的迅速擴(kuò)大，環(huán)境污染問題受到了國(guó)家高度重視，排放法規(guī)也日益嚴(yán)格，為提高整車的燃油效率，各大汽車廠對(duì)新車型的重量都有嚴(yán)格限制，尤其是新能源車型，其續(xù)航里程與整車重量息息相關(guān)。因此開發(fā)輕量化技術(shù)成為各大主機(jī)廠的重點(diǎn)，甚至愿意為減少重量而增加成本。

玻璃升降器作為重要的車身電器系統(tǒng)，為駕乘者開關(guān)側(cè)門玻璃提供了極大的便利。在傳統(tǒng)玻璃升級(jí)系統(tǒng)角度，目前輕量化工作遇到了瓶頸。本文從門系統(tǒng)角度出發(fā)，對(duì)模塊化內(nèi)門板技術(shù)進(jìn)行了全面評(píng)估，可為主機(jī)廠在輕量化技術(shù)上提供了一項(xiàng)選擇。

1.1 現(xiàn)有玻璃升降系統(tǒng)的類型和發(fā)展現(xiàn)狀

玻璃升降系統(tǒng)一般由可升降的玻璃以及不可見的升降機(jī)構(gòu)組成。經(jīng)過多年的發(fā)展，升降機(jī)構(gòu)也由之前的叉臂式逐漸過渡到了繩輪式，現(xiàn)在主流的繩輪式結(jié)構(gòu)一般是前門系統(tǒng)雙導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，后門系統(tǒng)單導(dǎo)軌。根據(jù)目前對(duì)全球主流OEM整車拆解跟蹤顯示，除了豐田外，其余所有主機(jī)廠都全面轉(zhuǎn)向了繩輪式。（圖1）

圖1 搖窗機(jī)類型

1.2 玻璃升降器的發(fā)展趨勢(shì)

隨著整車輕量化的要求越來越高，玻璃升降器也面臨著巨大的輕量化壓力，典型繩輪式玻璃升降器系統(tǒng)重量分布如下圖。（圖2）

圖2 搖窗機(jī)各零件重量分布

圍繞著系統(tǒng)重量分布，選取重點(diǎn)零件，近年來玻璃升降器輕量化工作主要是開發(fā)和使用輕量化材料，主要包括：

小型輕量化電機(jī)的開發(fā)和應(yīng)用；

導(dǎo)軌材料有鋼改為鋁合金；

雙導(dǎo)軌改為單導(dǎo)軌；

玻璃托架改為塑料零件；

以上由于油耗及電動(dòng)車對(duì)整車重量的嚴(yán)格限制，因此在整車架構(gòu)設(shè)計(jì)前期，對(duì)零部件重量分配上也日趨嚴(yán)格。從傳統(tǒng)零部件角度，傳統(tǒng)雙導(dǎo)軌搖窗機(jī)和單導(dǎo)軌搖窗機(jī)重量已經(jīng)分別在2KG和1KG以下，輕量化已經(jīng)遇到了瓶頸。

2 模塊式門板系統(tǒng)介紹及性能分析

2.1 組成結(jié)構(gòu)

門內(nèi)系統(tǒng)主要由門鈑金，內(nèi)門鈑金和內(nèi)裝飾模塊三部門組成。（圖3）門內(nèi)主要零部件如玻璃升降系統(tǒng)、線束、喇叭等都零件都安裝固定在內(nèi)鈑金上。在其他零件都采用多種輕量化復(fù)合材料的今天，由于法規(guī)對(duì)側(cè)碰的要求，門系統(tǒng)主體材料都為鋼或者高強(qiáng)鋼，門系統(tǒng)輕量化技術(shù)都集中在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，而基于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的輕量化優(yōu)化越來越困難，急待技術(shù)突破。

圖3 傳統(tǒng)門系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

門模塊系統(tǒng)的出現(xiàn)給門系統(tǒng)輕量化帶來了曙光。在基本不改變現(xiàn)有門的結(jié)構(gòu)情況下，采用PP+玻纖材料作為基板，代替內(nèi)鈑金（圖4），玻璃升降系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)、線束、喇叭固定座等結(jié)構(gòu)都集成在塑料門內(nèi)版上，從而實(shí)現(xiàn)門系統(tǒng)總體重量減少。（圖5）

圖4 模塊式門系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

圖5 基板集成模塊打散示意圖

2.2 重量對(duì)比

相對(duì)于傳統(tǒng)門系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，塑料門模塊減重主要來自于兩個(gè)方面：基體材料的變更和結(jié)構(gòu)集成。從重量差值計(jì)算圖（圖6）可以看出，相對(duì)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)布置，使用塑料門模塊后的系統(tǒng)（單側(cè)2個(gè)車門）重量差值為：

其中，玻璃升降器B的重量和結(jié)構(gòu)相關(guān)相關(guān)，通常其變動(dòng)范圍為2.4~3.1kg之間，因此Δ值在1.5-2.1kg間。因此對(duì)整車的重量貢獻(xiàn)在3.0-4.2kg。

圖6 系統(tǒng)重量差值分析圖

2.3 安全性能

圖7 側(cè)碰CAE分析結(jié)果

通過分析門模塊結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)在側(cè)門碰撞的數(shù)據(jù)對(duì)比，從而評(píng)估對(duì)整車安全性的影響。側(cè)碰一個(gè)重要指標(biāo)是內(nèi)飾侵入量，從圖7 CAE分析結(jié)果看，起主要作用的加強(qiáng)橫梁沒有變化，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，Y向側(cè)碰侵入量相對(duì)于傳統(tǒng)方案只有約4mm變化，總體分析結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)對(duì)側(cè)碰并無(wú)影響。

2.4 NVH性能

NVH性能主要考核噪音從車外到車內(nèi)傳遞過程的衰減程度。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，相同門結(jié)構(gòu)，模塊式結(jié)構(gòu)在玻璃升降器啟動(dòng)情況下，車內(nèi)聲音大小比傳統(tǒng)升降器結(jié)構(gòu)降低約3dB，如圖8。而在人能主觀感受比較強(qiáng)烈的100Hz頻率附近的噪音變化，則有明顯的降低。（圖9）

圖8 NVH噪音測(cè)試

圖9 噪音頻譜測(cè)試

以上數(shù)據(jù)顯示，與傳統(tǒng)搖窗機(jī)布置結(jié)構(gòu)相比，塑料門模塊具有更好的NVH性能。

2.5 運(yùn)行體系影響分析

從設(shè)計(jì)、工程到制造、物流，模塊式玻璃升級(jí)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的玻璃升降系統(tǒng)都存在較大差異。以專家對(duì)比分析的形式對(duì)不同體系流程的影響進(jìn)行分析，各方評(píng)估如下表1。

表1 專家評(píng)估結(jié)果

通過對(duì)工程、制造、物流和質(zhì)量4個(gè)方面的整體評(píng)估，模塊式結(jié)構(gòu)對(duì)現(xiàn)有的運(yùn)行體系并無(wú)影響，可行性較強(qiáng)。

3 模塊式門系統(tǒng)的成本分析

從4個(gè)方面分析模塊式門系統(tǒng)對(duì)成本的影響：物料成本、開發(fā)成本、生產(chǎn)成本和物流成本。對(duì)比基礎(chǔ)為傳統(tǒng)搖窗機(jī)，其中物料成本，開發(fā)成本（包括樣件、實(shí)驗(yàn)等）有較大上升，供應(yīng)商處裝備成本也有一定幅度上升，而OEM裝備成本是下降的，物流成本下降較大（得益于包裝方式，大規(guī)模運(yùn)輸?shù)龋?，以上汽通用某款新能源車為例，在總產(chǎn)量180000輛前提下，預(yù)計(jì)單車成本需增加89元。（圖10）

圖10 成本逐級(jí)分析圖

考慮到大規(guī)模生產(chǎn)帶來的成本收益，預(yù)計(jì)后續(xù)物料成本有望進(jìn)一步下降，單車成本增加可控制在50元以內(nèi)。

4 總結(jié)

綜合以上信息，如模塊式門系統(tǒng)在整車上應(yīng)用，每降低1公斤整車重量，則單車成本需要增加30RMB左右，此數(shù)值可作為整車輕量化方案的參考值，也可作為其他零件系統(tǒng)的減重成本指導(dǎo)參考。

[1] 韓國(guó)華,許雪瑩,侯艷芳.搖窗機(jī)聲品質(zhì)研究[J].汽車工程學(xué)報(bào).2011年10月第1卷增刊1.

[2] 王劍.升降系統(tǒng)布置以及零件設(shè)計(jì)[J].汽車實(shí)用技術(shù),2014年第4期.

[3] 王強(qiáng),朱偉,林麗.汽車工藝與材料[J].工程塑料在車門附件上的應(yīng)用,2012年第10期.

[4] 魯春艷.汽車輕量化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及其實(shí)施途徑 [J].上海汽車,2007,06:28—31．

Application analysis of door module window regulator system on car

Zhou Jianqiang
( Pan Asia Technical Automotive Center Co., Ltd., Shanghai 201201 )

Base on door system, compare door module window regulator to traditional window regulator, difference analysis from system mass, installation, logistics, each factor will transfer to cost, final get the relationship between system mass and cost, and it will help management to make low weight requirement decision.

Door module; Window regulator; cost management

U467.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988 (2017)19-64-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.19.022

周建強(qiáng)，工程師，就職于泛亞技術(shù)中心項(xiàng)目管理部。