某前門玻璃升降遲緩問題的分析與改進(jìn)

吳歡輝，吳黎，李榮，李小春

(廣汽菲亞特克萊斯勒汽車有限公司產(chǎn)品工程技術(shù)中心，湖南長(zhǎng)沙 410100)

0 引言

某車型在開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)前門玻璃升降遲緩，這會(huì)影響到顧客的使用感知，為解決該問題，先對(duì)玻璃升降進(jìn)行電路檢查，再對(duì)玻璃導(dǎo)槽進(jìn)行了滑動(dòng)力測(cè)試以及進(jìn)行有限元仿真分析尋找改進(jìn)對(duì)策。

1 玻璃升降遲緩問題的描述與分析

1.1 問題的描述

圖1為進(jìn)行玻璃升降檢查。

圖1 玻璃升降檢查

車輛生產(chǎn)下線前員工對(duì)玻璃升降進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)其他車型玻璃升降速度明顯快于該車型，該車型的玻璃上升和下降均比其他車型慢了1 s左右，其動(dòng)作存在遲緩的問題。

1.2 問題的分析

對(duì)前門玻璃升降遲緩的問題進(jìn)行電路檢查，發(fā)現(xiàn)玻璃上升和下降電流過大以及升降時(shí)間過長(zhǎng)的現(xiàn)象，并出現(xiàn)錯(cuò)誤代碼。

根據(jù)電路檢查的結(jié)果，電機(jī)的電流過大則玻璃上升和下降過程中的滑動(dòng)摩擦力過大。玻璃升降時(shí)相接觸的零件較多，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行分析，玻璃受導(dǎo)槽的a柱端、b柱端以及內(nèi)外水切c、d的滑動(dòng)摩擦力以及自身的重力影響下進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)[1-4]。詳細(xì)如圖2所示。

圖2 玻璃升降時(shí)系統(tǒng)受力圖

該系統(tǒng)受影響的零件主要有3個(gè)，內(nèi)水切、外水切以及玻璃導(dǎo)槽，對(duì)這些相關(guān)零件進(jìn)行調(diào)查，是否有變更發(fā)生，其中僅玻璃導(dǎo)槽A柱側(cè)由于高速行駛時(shí)兩側(cè)有較大的風(fēng)噪，增加了一條唇邊，如圖3所示。

圖3 導(dǎo)槽增加唇邊

考慮到滑動(dòng)摩擦力和零件狀態(tài)直接相關(guān)，先對(duì)零件質(zhì)量進(jìn)行檢查，抽取零件斷面，零件基本滿足圖紙要求，輪廓在公差范圍內(nèi)。如圖4所示。

圖4 導(dǎo)槽斷面狀態(tài)

在確定零件的輪廓尺寸符合設(shè)計(jì)要求后對(duì)滑動(dòng)摩擦力過大進(jìn)行具體分析，滑動(dòng)摩擦力的大小跟正壓力和摩擦因數(shù)成正比，玻璃由導(dǎo)槽夾持固定，兩側(cè)受到唇邊正壓力，滑動(dòng)摩擦力過大可能和唇邊給玻璃的正壓力有關(guān)。先對(duì)增加唇邊的零件的滑動(dòng)摩擦力進(jìn)行測(cè)試。該車型前門玻璃的厚度為3.5 mm，參照該規(guī)格，玻璃按120 mm×100 mm×3.5 mm規(guī)格準(zhǔn)備，測(cè)試使用LR5K PLUS的材料試驗(yàn)機(jī)，測(cè)試前先截取100 mm長(zhǎng)樣品6個(gè)，測(cè)量雙側(cè)滑動(dòng)力，按100 mm/min的速度牽引，將玻璃安裝到試樣的底部，再將玻璃板從試樣中拔出，最后的取值需要減去玻璃板的重力，再換算成100 mm長(zhǎng)的力。測(cè)試過程如圖5所示。

圖5 滑動(dòng)力測(cè)試圖示

由于玻璃要在兩側(cè)進(jìn)行夾持，試驗(yàn)所測(cè)得的滑動(dòng)摩擦力為雙側(cè)導(dǎo)槽夾持所形成的滑動(dòng)力，6個(gè)樣品組成3個(gè)組合測(cè)試的結(jié)果如表1所示。過往車型其滑動(dòng)摩擦力不超過6 N/dm，該新車型增大了約65%，這不是一個(gè)正常的現(xiàn)象。

表1 滑動(dòng)力測(cè)試結(jié)果 單位：N/dm

2 模擬分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)

2.1 模擬分析

為分析該滑動(dòng)摩擦力的影響，運(yùn)用MSC軟件建立有限元分析模型進(jìn)行滑動(dòng)摩擦力分析。實(shí)際測(cè)試時(shí)是在玻璃兩側(cè)用100 mm導(dǎo)槽樣品進(jìn)行夾持，為簡(jiǎn)化模型按單側(cè)進(jìn)行分析，參照設(shè)計(jì)狀態(tài)的斷面進(jìn)行模型的繪制，同時(shí)根據(jù)過往經(jīng)驗(yàn)，假設(shè)摩擦因數(shù)為0.2[5-6]。分析結(jié)果如圖6所示。

圖6 CAE分析結(jié)果

該CAE分析的結(jié)果比之前進(jìn)行的測(cè)試結(jié)果平均值大3.77 N，考慮到滑動(dòng)摩擦因數(shù)為經(jīng)驗(yàn)值，存在偏差，決定運(yùn)用樣品進(jìn)行摩擦因數(shù)的測(cè)量。試驗(yàn)使用FT1 材料試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)前首先清理玻璃表面，用95%酒精和棉布擦拭玻璃后用另一塊新棉布擦干；如圖安裝后以速度50 mm/min、行程200 mm不記錄曲線預(yù)拉一次最后測(cè)定，靜態(tài)摩擦因數(shù)等于拉動(dòng)時(shí)的分離力除以重力，動(dòng)態(tài)摩擦因數(shù)等于行程50～150 mm范圍內(nèi)最大和最小摩擦力的平均值除以重力。檢測(cè)過程如圖7所示。

圖7 摩擦因數(shù)測(cè)量

測(cè)得靜摩擦因數(shù)為0.19,0.21,0.20,取平均值為0.20，動(dòng)摩擦因數(shù)為0.19,0.19,0.18，取平均值為0.19。重新代入CAE模型進(jìn)行計(jì)算，仍和實(shí)際測(cè)試的結(jié)果存在2.9 N的偏差。從前面斷面檢查結(jié)果零件實(shí)際斷面和設(shè)計(jì)狀態(tài)斷面存在偏差，CAE計(jì)算應(yīng)以實(shí)際狀態(tài)的斷面進(jìn)行，重新截取零件，來擬合斷面，如圖8所示。

圖8 擬合斷面

根據(jù)重新擬合的斷面再次進(jìn)行有限元分析，分析結(jié)果如圖9所示。擬合后的與實(shí)際測(cè)試結(jié)果相同，CAE模型有效。

圖9 擬合后的CAE分析結(jié)果

2.2 結(jié)構(gòu)改進(jìn)

為改進(jìn)該車型前門玻璃導(dǎo)槽滑動(dòng)摩擦力過大的問題，需要將導(dǎo)槽唇邊對(duì)玻璃的反作用力降低，即降低正壓力從而達(dá)到滑動(dòng)摩擦力的降低。唇邊對(duì)玻璃的作用力主要以唇邊根部支撐，考慮在縮減這些位置唇邊的厚度，重新進(jìn)行CAE分析計(jì)算，結(jié)果如圖10所示。

圖10 改進(jìn)后的CAE分析結(jié)果

從CAE分析結(jié)果可以看到，滑動(dòng)摩擦力值降低到了5.43 N/dm，理論上滿足要求，新的斷面如圖11所示。

圖11 改進(jìn)后的斷面

2.3 試驗(yàn)驗(yàn)證

從CAE結(jié)果上確定了修改的方向，為驗(yàn)證該方案的有效性，對(duì)零件的擠出模參照改進(jìn)后的斷面進(jìn)行修模，修模后調(diào)試抽取擠出條按前述試驗(yàn)方法進(jìn)行滑動(dòng)摩擦力測(cè)試，測(cè)試值為5.4,5.5,5.5，和CAE結(jié)果相仿，在誤差范圍內(nèi)，可以接受。將擠出條加工成玻璃導(dǎo)槽零件，左右各準(zhǔn)備30臺(tái)套，進(jìn)行整車試裝。按生產(chǎn)計(jì)劃需要分兩個(gè)批次，試裝車輛VIN87709—87718以及VIN87460—87489車門安裝完后玻璃升降電檢電流在規(guī)格范圍內(nèi)，升降時(shí)間也滿足要求，試裝通過。

改進(jìn)后的導(dǎo)槽滑動(dòng)力試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果和CAE的模型一致性相吻合，前門玻璃導(dǎo)槽滑動(dòng)摩擦力得到降低，車門玻璃升降中出現(xiàn)的電流過大，升降時(shí)間過長(zhǎng)得到了改善，該改進(jìn)有效地解決了玻璃升降遲緩的問題,提升了客戶感知體驗(yàn)。

3 結(jié)束語

該車型在開發(fā)過程中遇到的玻璃升降遲緩的問題，在進(jìn)行電路檢查后發(fā)現(xiàn)升降電機(jī)的電流過大和升降時(shí)間過長(zhǎng)，排除了驅(qū)動(dòng)裝置后，該問題主要和滑動(dòng)玻璃力有關(guān)，也就是滑動(dòng)摩擦力過大；滑動(dòng)摩擦力和導(dǎo)槽桂玻璃的正壓力正相關(guān)，主要通過降低正壓力來改進(jìn)，從而解決這一類的問題；運(yùn)用有限元方法建立了滑動(dòng)摩擦力分析模型，通過測(cè)量滑動(dòng)摩擦因數(shù)以及擬合實(shí)際斷面，能夠準(zhǔn)確地模擬滑動(dòng)摩擦力，且運(yùn)用該模型進(jìn)行斷面改善來解決了玻璃升降過程中滑動(dòng)摩擦力過大的問題。分析模型準(zhǔn)確，為后續(xù)解析該類問題有一定的參考意義。