汽車升降系統(tǒng)誤防夾故障分析

侯明亮 向慧芳 連理

關(guān)鍵詞：車窗;升降器;門系統(tǒng);誤防夾

0 引言

汽車升降系統(tǒng)是車門附件區(qū)域重要組成部分，日常用車過程中使用頻次高，屬于高頻次使用功能性零件。隨著用戶功能需求升級(jí)，一鍵升降式電動(dòng)升降器在乘用車領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，同時(shí)其使用范圍正在日益擴(kuò)大，未來可能成為汽車門窗升降的標(biāo)準(zhǔn)配置。

一鍵升降式電動(dòng)升降系統(tǒng)的誤防夾故障為開發(fā)過程中的常見故障[1]。誤防夾故障表現(xiàn)為在防夾區(qū)域內(nèi)，無外力作用，因自身系統(tǒng)原因出現(xiàn)車窗防夾，涉及門系統(tǒng)、過程控制和軟件標(biāo)定等相關(guān)工作，系統(tǒng)復(fù)雜、關(guān)聯(lián)區(qū)域多，增加原因分析和措施制定的難度。本文主要對(duì)一鍵升降式電動(dòng)升降系統(tǒng)中誤防夾故障進(jìn)行系統(tǒng)分析，從設(shè)計(jì)、制造和過程控制等方面對(duì)潛在原因進(jìn)行識(shí)別分析，為開發(fā)過程中如何提升升降系統(tǒng)穩(wěn)定性，降低誤防夾故障率提供系統(tǒng)指導(dǎo)建議。

1 車窗誤防夾機(jī)理分析

目前市場(chǎng)上常見的車窗防夾方案有霍爾防夾和紋波防夾。霍爾防夾是基于霍爾傳感器輸出脈沖來獲取車窗位置及行程的電動(dòng)車窗防夾系統(tǒng)，為市場(chǎng)主流方案;紋波防夾是基于車窗電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)過程中炭刷與換向片之間的電流波紋，來獲取車窗位置及行程的電動(dòng)車窗防夾系統(tǒng)。紋波防夾成本較低，可靠性較霍爾防夾低。本文相關(guān)誤防夾機(jī)理分析是基于霍爾防夾，紋波防夾可選擇性參考。

車窗防夾的直接原因是在設(shè)定的防夾區(qū)域內(nèi)速度變化率跌落達(dá)到了門限值，觸發(fā)了防夾。如圖1 所示，車窗玻璃上升過程中，當(dāng)圖示藍(lán)色線與綠色線相交時(shí)，判斷防夾發(fā)生，車窗升降電機(jī)反轉(zhuǎn)帶動(dòng)玻璃下降。如整個(gè)過程中無外力干預(yù)，均為自身系統(tǒng)導(dǎo)致，則判斷為車窗誤防夾。

結(jié)合以上分析，車窗誤防夾的機(jī)理為車窗升降過程中，在防夾區(qū)域內(nèi)無外作用力干預(yù)，因自身系統(tǒng)原因，導(dǎo)致車窗速度變化率跌落達(dá)到了門限值，觸發(fā)了防夾。所以解決車窗誤防夾問題的關(guān)鍵點(diǎn)在于，降低車窗在上升過程中的速度變化，盡量使車窗上升過程速度平穩(wěn)。

2 車窗誤防夾潛在原因分析

車窗升降系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，車窗誤防夾的潛在原因也很多。本文基于輥壓窗框結(jié)構(gòu)，按照零部件關(guān)聯(lián)性進(jìn)行系統(tǒng)分析，將車窗誤防夾相關(guān)的零件分為6 個(gè)子零件系統(tǒng)，分別為車門鈑金、玻璃導(dǎo)槽密封條、內(nèi)外水切、車門玻璃、總裝導(dǎo)槽和升降器總成（圖2）。

結(jié)合車窗誤防夾的機(jī)理，應(yīng)用DFSS 工具對(duì)6 個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行故障模擬分析，對(duì)可能導(dǎo)致車窗誤防夾的潛在因子進(jìn)行的關(guān)聯(lián)性強(qiáng)弱分析，根據(jù)關(guān)聯(lián)性的強(qiáng)弱來制定生產(chǎn)制造過程中的的控制策略。對(duì)于強(qiáng)關(guān)聯(lián)項(xiàng)需要進(jìn)行關(guān)鍵控制，對(duì)于弱關(guān)聯(lián)項(xiàng)進(jìn)行一般常規(guī)控制，以滿足精益生產(chǎn)要求。

2.1 車身鈑金對(duì)車窗誤防夾故障的影響

車門鈑金是車窗升降系統(tǒng)的重要組成部分。車窗玻璃需要沿著前窗框?qū)к?、后窗框?qū)к壣舷逻\(yùn)動(dòng);在玻璃到頂時(shí)，由上窗框?qū)к夁M(jìn)行限位（圖3）。因車窗誤防夾發(fā)生在車窗玻璃上升過程中，所以車門鈑金影響車門誤防夾的潛在因素為前后窗框?qū)к壠叫卸群烷_口尺寸，因窗框?qū)к墳檩亯撼尚停叽缇纫话阍凇?.5 mm 以內(nèi)，對(duì)誤防夾影響較小，故導(dǎo)軌的開口尺寸為弱關(guān)聯(lián)項(xiàng)。

前后窗框?qū)к壠叫卸仍跈z具上無法直接測(cè)量，故將平行度轉(zhuǎn)化為前后窗框?qū)к塜、Y 向的尺寸偏差。前后導(dǎo)軌尺寸偏差直接影響車窗玻璃的升降阻力，容易導(dǎo)致玻璃升降加速度的突變，對(duì)誤防夾影響較大，因此前后窗框?qū)к塜、Y 向的尺寸偏差為強(qiáng)關(guān)聯(lián)項(xiàng)。

2.2 玻璃導(dǎo)槽密封條對(duì)車窗誤防夾故障的影響

玻璃導(dǎo)槽密封條安裝在窗框?qū)к壓蛙嚧安Ａеg，在車窗玻璃沿窗框?qū)к夁\(yùn)行過程中，為車窗玻璃提供緩沖和夾持作用，結(jié)構(gòu)如圖4 所示。玻璃導(dǎo)槽密封條一般使用EPDM 或TPV 材料，常用十倍放大圖來檢測(cè)零件尺寸符合性。零件十倍放大圖與設(shè)計(jì)的符合性，對(duì)誤防夾故障的發(fā)生影響較大，為強(qiáng)關(guān)聯(lián)項(xiàng)。

車窗玻璃與導(dǎo)槽密封條配合結(jié)構(gòu)如圖5 所示，玻璃導(dǎo)槽密封條通過內(nèi)外側(cè)唇邊對(duì)玻璃進(jìn)行夾持。如內(nèi)外側(cè)唇邊壓縮負(fù)荷增大，會(huì)導(dǎo)致玻璃導(dǎo)槽密封條對(duì)玻璃的夾持力增大，會(huì)增加車窗誤防夾的概率，故內(nèi)外側(cè)唇邊的壓縮負(fù)荷為強(qiáng)關(guān)聯(lián)項(xiàng)。

玻璃導(dǎo)槽密封條較軟，整個(gè)零件的裝配路徑較長(zhǎng)，如安裝不到位，可能會(huì)導(dǎo)致玻璃升降卡死或誤防夾發(fā)生，所以玻璃導(dǎo)槽密封條的裝配質(zhì)量為強(qiáng)關(guān)聯(lián)項(xiàng)。玻璃導(dǎo)槽密封條的插入力和滑動(dòng)阻力，這2 個(gè)特性主要與材料有關(guān)，對(duì)車窗誤防夾的影響較小，為弱關(guān)聯(lián)項(xiàng)。

2.3 升降器總成對(duì)車窗誤防夾故障的影響

升降器總成為車窗升降的動(dòng)力來源，包含升降器本體和防夾模塊，如圖4 所示。防夾模塊為一鍵升降式電動(dòng)升降器的核心零部件，為實(shí)現(xiàn)一鍵升降功能，需要實(shí)車對(duì)防夾模塊進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定和動(dòng)態(tài)標(biāo)定，根據(jù)標(biāo)定結(jié)果完成軟件。標(biāo)定過程中的三大要素：防夾區(qū)域設(shè)定、防夾力的設(shè)定和補(bǔ)償值的設(shè)定對(duì)系統(tǒng)容差至關(guān)重要，系統(tǒng)容差不夠會(huì)導(dǎo)致車窗誤防夾概率的增加，所有防夾模塊的防夾區(qū)域設(shè)定、防夾力的設(shè)定和補(bǔ)償值的設(shè)定為強(qiáng)關(guān)聯(lián)項(xiàng)[2]。另外升降器本身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性對(duì)誤防夾也有一定影響，基于目前升降器結(jié)構(gòu)比較成熟，導(dǎo)致誤防夾的概率較低，故升降器本身結(jié)構(gòu)尺寸為弱相關(guān)項(xiàng)。

2.4 內(nèi)外水切對(duì)車窗誤防夾故障的影響

內(nèi)外水切主要為車窗玻璃提供Y 向夾持，同時(shí)外水切還起刮凈玻璃的作用（圖6）。內(nèi)外水切通過唇邊對(duì)玻璃進(jìn)行夾持，與玻璃導(dǎo)槽密封條結(jié)構(gòu)上類似，但內(nèi)外水切對(duì)車窗誤防夾的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于玻璃導(dǎo)槽密封條。主要原因是在防夾區(qū)域內(nèi)，水切對(duì)玻璃的夾持距離變化較小且為切向夾持受力，造成玻璃升降阻力突變的概率較小，而玻璃導(dǎo)槽密封條對(duì)玻璃夾持變化范圍較大且橫向夾持受力，容易造成玻璃升降阻力的突變。綜合以上分析，內(nèi)外水切對(duì)車窗誤防夾影響較小，故內(nèi)外水切的產(chǎn)品特性為弱關(guān)聯(lián)項(xiàng)。

2.5 車窗玻璃對(duì)車窗誤防夾故障的影響

車門玻璃為車窗升降系統(tǒng)重要組成零件，與升降器總成、玻璃導(dǎo)槽密封條、窗框?qū)к?、車門鈑金和內(nèi)外水切均存在配合關(guān)系。目前車門玻璃的制造工藝和尺寸控制成熟，切邊公差可控制在±0.5 mm 以內(nèi)，面輪廓度公差可控制在±1 mm 以內(nèi)，車門玻璃的尺寸偏差較小，對(duì)車窗誤防夾影響較小，為弱關(guān)聯(lián)項(xiàng)。

2.6 總裝導(dǎo)槽對(duì)車窗誤防夾故障的影響

總裝導(dǎo)槽作為車門窗框?qū)к壍难由?，主要為保證車窗降到底時(shí)，對(duì)玻璃還有一定的夾持，以防止開關(guān)門或者壞路工況時(shí)玻璃抖動(dòng)異響。總裝導(dǎo)槽與車門窗框?qū)к壱粯?，均采用輥壓工藝，零件本體尺寸精度較好[3]。通過焊接支架與車門內(nèi)板連接（圖7），如總裝導(dǎo)槽安裝不到位，會(huì)造成與窗框?qū)к塜 向、Y 向偏差。玻璃導(dǎo)槽密封條裝配后在此區(qū)域形成截面突變，容易造成升降阻力突變從未到導(dǎo)致誤防夾發(fā)生，所有總裝導(dǎo)槽的裝配質(zhì)量為強(qiáng)關(guān)聯(lián)項(xiàng)。

通過對(duì)車窗升降系統(tǒng)6 個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行故障模擬分析，整理潛在導(dǎo)致車窗誤防夾相關(guān)因子結(jié)構(gòu)樹圖（圖8），合計(jì)關(guān)聯(lián)項(xiàng)21 項(xiàng)，強(qiáng)關(guān)聯(lián)項(xiàng)10 項(xiàng)，弱關(guān)聯(lián)項(xiàng)11 項(xiàng)。

3 車窗誤防夾關(guān)鍵控制

針對(duì)分析識(shí)別出來的潛在因子進(jìn)行關(guān)鍵控制分析，形成關(guān)鍵控制文件，對(duì)零部件設(shè)計(jì)、制造、過程控制和軟件標(biāo)定進(jìn)行指導(dǎo)約束，將潛在風(fēng)險(xiǎn)在開發(fā)過程中逐一控制解決，才能有效降低車窗誤防夾問題出現(xiàn)的概率。將潛在因子進(jìn)行關(guān)鍵控制形成關(guān)鍵控制文件，并落實(shí)負(fù)責(zé)區(qū)域（圖9）。

4 結(jié)束語

一鍵升降式電動(dòng)升降器使用的普及率越來越高，也為客戶提供了很大的便利性。車窗升降系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜、關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的系統(tǒng)，而車窗誤防夾故障恰恰是此復(fù)雜系統(tǒng)中的典型問題，關(guān)聯(lián)因子多，排查分析困難。本文對(duì)一鍵升降式電動(dòng)升降器的防夾法規(guī)要求進(jìn)行了解析，同時(shí)對(duì)誤防夾故障的機(jī)理、潛在原因分析和控制措施進(jìn)行了深入的分析。尤其是使用故障模擬分析的方法，通過6 個(gè)子系統(tǒng)充分識(shí)別潛在因子，并結(jié)合機(jī)理和故障分析，對(duì)潛在因子進(jìn)行強(qiáng)弱關(guān)聯(lián)性分類。本文在解決車窗誤防夾技術(shù)問題上，采用先總后分，先全面后重點(diǎn)的思路，在解決典型問題上，思路和技術(shù)能力同樣重要。