玻璃升降器型式試驗(yàn)常見誤區(qū)及分析

胡向陽

(重慶市曹氏機(jī)電有限公司，重慶 401120)

0 引言

汽車玻璃升降器是車門系統(tǒng)中一個(gè)重要子系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且實(shí)車運(yùn)行環(huán)境惡劣，極易產(chǎn)生故障[1]。為保證新開發(fā)的升降器在量產(chǎn)后能有良好的市場(chǎng)質(zhì)量表現(xiàn)，行業(yè)內(nèi)多采用型式試驗(yàn)的方式對(duì)其質(zhì)量水平進(jìn)行主動(dòng)評(píng)價(jià)。

型式試驗(yàn)就是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)升降器日常的使用過程進(jìn)行模擬，其試驗(yàn)規(guī)范和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)在QC/T 636—2104《汽車電動(dòng)玻璃升降器》中已有明確要求，但是目前很多試驗(yàn)室(包括部分供應(yīng)商、主機(jī)廠內(nèi)部試驗(yàn)室及第三方試驗(yàn)室)的實(shí)驗(yàn)員測(cè)試獲得的數(shù)據(jù)往往與市場(chǎng)上整車實(shí)際質(zhì)量表現(xiàn)相差較大，甚至?xí)贸鐾耆喾吹膶?shí)驗(yàn)結(jié)論，誤導(dǎo)開發(fā)人員進(jìn)行錯(cuò)誤整改。這主要是實(shí)驗(yàn)員對(duì)升降器結(jié)構(gòu)原理及其試驗(yàn)規(guī)范缺乏深入理解造成的。下文將列舉升降器型式試驗(yàn)過程中常見的誤區(qū)并對(duì)其進(jìn)行逐一分析。

1 線路電阻對(duì)升降器運(yùn)行速度和關(guān)閉力的影響很大

1.1 現(xiàn)象描述

型式試驗(yàn)中，同一只升級(jí)器在同樣的車門系統(tǒng)負(fù)載下，由同一個(gè)人使用同一套設(shè)備對(duì)其運(yùn)行速度、關(guān)閉力進(jìn)行反復(fù)多次測(cè)試，排除測(cè)試設(shè)備、人員、零件、系統(tǒng)負(fù)載等不同對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響，所得到的運(yùn)行速度和關(guān)閉力兩項(xiàng)數(shù)據(jù)卻與實(shí)車環(huán)境下所測(cè)數(shù)據(jù)相差很大。

例如：國內(nèi)某款單導(dǎo)軌繩輪式升降器，卷線輪直徑40 mm，車門玻璃系統(tǒng)負(fù)載80 N，升降器機(jī)構(gòu)內(nèi)阻25 N，實(shí)車上測(cè)試其上升速度140 mm/s，關(guān)閉力235 N。其升降器電機(jī)性能參數(shù)見表1。

表1 某款升降器電機(jī)性能參數(shù)

試驗(yàn)室內(nèi)使用直流穩(wěn)壓電源進(jìn)行測(cè)試，輸出電壓13.5 V[2]，試驗(yàn)線路內(nèi)阻0.4 Ω，測(cè)試數(shù)據(jù)為：上升電流6 A，上升速度110 mm/s,關(guān)閉力170 N，堵轉(zhuǎn)電流16.5 A。上升速度、關(guān)閉力與實(shí)車上的測(cè)試結(jié)果有較大的差異。

1.2 原因分析

試驗(yàn)室中的測(cè)試系統(tǒng)由升降器電機(jī)、換向開關(guān)、導(dǎo)線、直流穩(wěn)壓電源串聯(lián)組成，其中換向開關(guān)和導(dǎo)線組成試驗(yàn)線路，如圖1所示。

圖1 升降器測(cè)試電氣原理

根據(jù)串聯(lián)分壓的原理，直流穩(wěn)壓電源輸出的電壓會(huì)被試驗(yàn)線路分走一部分。求上升過程電機(jī)上加載的電壓U：

U=U1-I1×R=13.5-6×0.4≈11V

(1)

式中：U1為直流穩(wěn)壓電源輸出電壓；I1為上升工作電流；R為試驗(yàn)線路內(nèi)阻。

查表1，當(dāng)U=11 V時(shí)， 額定轉(zhuǎn)速Re=53.9 r/min。

求升降器的理論上升速度v：

v=3.14×D×Re/60=3.14×40×53.9/60=112.8 mm/s

(2)

式中：D為升降器卷線輪直徑。

求堵轉(zhuǎn)狀態(tài)電機(jī)上加載的電壓U：

U=U1-I2×R=13.5-16.5×0.4≈7 V

(3)

式中：I2為升降器堵轉(zhuǎn)電流。

查表1，當(dāng)U=7 V時(shí)，Td=5.41 N·m。

求升降器理論關(guān)閉力F：

F=Td×2 000/D-F1-F2=5.41×2 000/40-80-25=165.5 N

(4)

式中：F1為車門玻璃系統(tǒng)負(fù)載；F2為升降器機(jī)構(gòu)內(nèi)阻。

理論計(jì)算出來的升降器上升速度112.8 mm/s和關(guān)閉力165.5 N與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)獲得的測(cè)試數(shù)據(jù)基本一致。

1.3 改善措施

嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)控制試驗(yàn)線路內(nèi)阻R=0.15 Ω[2]，重新測(cè)試升降器的上升速度和關(guān)閉力分別為138 mm/s和240 N，與實(shí)車上測(cè)試數(shù)據(jù)基本一致。

其他注意事項(xiàng)：

(1)可以使用萬用表對(duì)工作狀態(tài)下電機(jī)的輸入電壓進(jìn)行確認(rèn)，測(cè)量點(diǎn)必須靠近電機(jī)的輸入端子。

(2)實(shí)車狀態(tài)測(cè)試升降器性能也分點(diǎn)火和熄火兩種工況，兩種工況下加載到升降器電機(jī)上的電壓相差2～3 V，也會(huì)影響升降器的測(cè)試結(jié)果。

2 升降器關(guān)閉力與電機(jī)堵轉(zhuǎn)扭矩不成正比

2.1 現(xiàn)象描述

問題1中所述升降器，耐久試驗(yàn)前測(cè)試車門玻璃系統(tǒng)負(fù)載80 N，升降器機(jī)構(gòu)內(nèi)阻25 N，關(guān)閉力235 N，電機(jī)堵轉(zhuǎn)扭矩9.4 N·m； 2.5萬次耐久試驗(yàn)后，關(guān)閉力160 N，衰減31.9%；電機(jī)堵轉(zhuǎn)扭矩7.9 N·m，衰減15.9%。關(guān)閉力衰減量是電機(jī)堵轉(zhuǎn)扭矩衰減量的兩倍，但是耐久試驗(yàn)后車門玻璃系統(tǒng)負(fù)載90 N，升降器機(jī)構(gòu)內(nèi)阻30 N，均沒有明顯變化，因此部分實(shí)驗(yàn)人員會(huì)判定升降器機(jī)構(gòu)存在未知的質(zhì)量問題，才導(dǎo)致升降器總成耐久后性能衰減過多。

2.2 原因分析

做出以上誤判的原因是誤認(rèn)為升降器的關(guān)閉力和電機(jī)堵轉(zhuǎn)扭矩成正比關(guān)系。其實(shí)升降器電機(jī)輸出的堵轉(zhuǎn)扭矩經(jīng)過卷線輪轉(zhuǎn)換成鋼絲繩的切向拉力，該切向拉力既要克服車門玻璃系統(tǒng)負(fù)載，還要克服升降器機(jī)構(gòu)內(nèi)阻，剩下的剩余力才是升降器的關(guān)閉力。

求耐久試驗(yàn)前鋼絲繩的切向拉力F1：

F1=F3+F4+F5=235+80+25=340 N

式中：F3為耐久試驗(yàn)前關(guān)閉力；F4為耐久試驗(yàn)前車門玻璃系統(tǒng)阻力；F5為耐久試驗(yàn)前升降器機(jī)構(gòu)內(nèi)阻。

求耐久試驗(yàn)后鋼絲繩的切向拉力F2：

F2=F6+F7+F8=160+90+30=280 N

式中：F6為耐久試驗(yàn)后關(guān)閉力；F7為耐久試驗(yàn)后車門玻璃系統(tǒng)阻力；F8為耐久試驗(yàn)后升降器機(jī)構(gòu)內(nèi)阻。

求鋼絲繩切向拉力的衰減比例X：

X=(F1-F2)/F1×100%=(340-280)/340×100%=17.6%

鋼絲繩切向拉力衰減量與電機(jī)堵轉(zhuǎn)扭矩衰減量基本一致。

2.3 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

升降器關(guān)閉力只是升降器鋼絲繩切向拉力的一部分，與電機(jī)堵轉(zhuǎn)扭矩?zé)o正比關(guān)系。

3 升降器低溫性能測(cè)試與實(shí)車質(zhì)量表現(xiàn)差異巨大

3.1 現(xiàn)象描述

升降器樣品在低溫-40～-30 ℃的環(huán)境箱內(nèi)測(cè)試，升降速度極其緩慢，甚至無法升降，但是卻沒有一例關(guān)于冬季低溫環(huán)境下玻璃無法升降的投訴。

3.2 原因分析

-40～-30 ℃的測(cè)試溫度相對(duì)比較嚴(yán)苛，我國黑龍江省的冬季最低氣溫一般也在-30～-20 ℃之間，車窗在沒有結(jié)冰的情況下完成開閉動(dòng)作完全沒有問題。

設(shè)計(jì)合理、質(zhì)量可靠的升降器在-40 ℃的環(huán)境下是可以順利完成車窗開閉動(dòng)作的。實(shí)際測(cè)試過程中造成升降器無法升降原因主要有兩方面：

3.2.1 低溫環(huán)境系統(tǒng)負(fù)載升高

升降器和電機(jī)內(nèi)部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)必須使用低溫潤滑脂，普通2#鋰基潤滑脂在-40～-30 ℃環(huán)境下會(huì)被凍死，升降器自然無法動(dòng)作。潤滑脂的適用溫度必須低于-40 ℃，即便如此，升降器機(jī)構(gòu)的內(nèi)阻也會(huì)從30 N左右增加到60～100 N。

另外在低溫環(huán)境下，玻璃膠條會(huì)變硬，其對(duì)玻璃的夾持力也會(huì)增加。

由于系統(tǒng)阻力的增加，玻璃上升速度會(huì)降低30%～60%。

3.2.2 低溫測(cè)試過程切忌中途打開環(huán)境箱

有些試驗(yàn)員在進(jìn)行升降器的低溫性能測(cè)試時(shí)，由于某種原因會(huì)在中途打開環(huán)境箱，當(dāng)關(guān)閉環(huán)境箱再次測(cè)試就會(huì)發(fā)現(xiàn)玻璃升降速度大幅度降低，甚至完全不能升降。測(cè)量低溫環(huán)境下車門系統(tǒng)阻力和升降器機(jī)構(gòu)內(nèi)阻時(shí)，為了方便測(cè)量，有時(shí)試驗(yàn)人員會(huì)進(jìn)入環(huán)境箱內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，甚至將車門或升降器從試驗(yàn)箱內(nèi)取出再進(jìn)行測(cè)量。以上所有操作都會(huì)導(dǎo)致升降器或者車門玻璃上快速結(jié)霜，大幅增加系統(tǒng)阻力。最終導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果偏差巨大，造成實(shí)驗(yàn)失敗。

3.3 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

玻璃升降器油脂的選擇，既要具備基本的潤滑和降噪性能，還要保證其適用溫度滿足升降器高低溫試驗(yàn)環(huán)境的需求。

升降器低溫性能測(cè)試要設(shè)計(jì)專用的測(cè)試臺(tái)架，嚴(yán)禁中途打開環(huán)境箱。一旦由于某種原因環(huán)境箱被打開，則試驗(yàn)必須重新開始，并且測(cè)試前要保證設(shè)備和樣件表面干燥無水汽。

4 結(jié)論

玻璃升降器的型式試驗(yàn)是其量產(chǎn)前的一個(gè)重要的主動(dòng)評(píng)價(jià)方式，其試驗(yàn)結(jié)果是開發(fā)人員對(duì)產(chǎn)品和過程設(shè)計(jì)優(yōu)劣的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，也是指導(dǎo)開發(fā)人員進(jìn)行質(zhì)量整改的依據(jù)。提高型式試驗(yàn)的準(zhǔn)確性對(duì)于縮短開發(fā)周期、降低開發(fā)成本有著極其重要的意義。實(shí)驗(yàn)員在進(jìn)行試驗(yàn)前，必須深入理解設(shè)計(jì)人員提供的試驗(yàn)規(guī)范。