邱宗金

【摘 要】汽車電動(dòng)玻璃升降器的主要功能就是保證汽車玻璃沿玻璃導(dǎo)向槽安全、平穩(wěn)地升降。文章首先對玻璃升降器的運(yùn)行原理進(jìn)行了簡單的闡述，然后根據(jù)玻璃升降器的工作原理對玻璃升降器自身、車門鈑金導(dǎo)軌及玻璃升降器控制器進(jìn)行詳細(xì)的分析，最后根據(jù)分析的結(jié)果對相關(guān)的零件進(jìn)行了一系列的優(yōu)化。最終達(dá)到改善玻璃升降器升降困難的目的。

【關(guān)鍵詞】電動(dòng)玻璃升降器；升降困難；優(yōu)化設(shè)計(jì)

【中圖分類號】U463.853 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）01-0037-04

0 前言

電動(dòng)玻璃升降器作為汽車車門系統(tǒng)的一個(gè)重要功能件，它的主要作用就是保證汽車玻璃安全、平穩(wěn)地升降。該零部件不僅是駕駛員每天使用次數(shù)最多的零件之一，也是售后反饋故障率較高的零件。本文根據(jù)售后反饋的電動(dòng)玻璃升降器的故障問題，對某車型的電動(dòng)玻璃升降器進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，既降低了電動(dòng)玻璃升降器的售后問題，又提升了電動(dòng)玻璃升降器的品質(zhì)，減少了顧客的投訴。

1 電動(dòng)玻璃升降器的工作原理

目前，電動(dòng)玻璃升降器的種類主要分為以下2種：一種是繩輪式電動(dòng)玻璃升降器，另一種是叉臂式電動(dòng)玻璃升降器。

繩輪式電動(dòng)玻璃升降器主要是由電機(jī)、滑塊、導(dǎo)槽、滑輪、鋼絲繩、彈簧等零部件組成（如圖1所示）。繩輪式電動(dòng)玻璃升降器的工作原理是利用電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)玻璃升降器的上下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)電機(jī)順時(shí)針運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)卷絲筒正向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)纏繞在卷絲筒上的鋼絲繩也隨之帶動(dòng)滑塊沿著導(dǎo)槽進(jìn)行上升運(yùn)動(dòng)。反之，當(dāng)電機(jī)逆時(shí)針運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，滑塊沿導(dǎo)槽進(jìn)行下降運(yùn)動(dòng)。最終實(shí)現(xiàn)裝有滑塊的玻璃做升降運(yùn)動(dòng)。

叉臂式電動(dòng)玻璃升降器主要由電機(jī)、定導(dǎo)軌、動(dòng)導(dǎo)軌、平衡彈簧、主副臂等零部件組成（如圖2所示）。叉臂式電動(dòng)玻璃升降器的工作原理是利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)小齒輪旋轉(zhuǎn)進(jìn)而帶動(dòng)扇形齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過叉臂結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)玻璃導(dǎo)軌的上下運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)玻璃的升降。

由于叉臂式電動(dòng)玻璃升降器的零部件較少且易加工，特別適合用于負(fù)載較大的車門中，因此本文所研究的車型中使用的電動(dòng)玻璃升降器為叉臂式電動(dòng)玻璃升降器。

2 影響電動(dòng)玻璃升降器升降困難的主要因素分析

2.1 影響玻璃升降器升降困難的主要因素

通常情況下，電動(dòng)玻璃升降器主要出現(xiàn)的故障有玻璃升降困難、緩慢，玻璃升降器升降異響，玻璃出槽、外斜等。本文主要研究的是玻璃升降器升降困難、緩慢的問題。影響玻璃升降困難、緩慢的主要因素有車門玻璃升降器自身的質(zhì)量問題、車門鈑金的質(zhì)量問題、車門玻璃膠條的質(zhì)量問題及車門玻璃控制器的質(zhì)量問題等（如圖3所示）。

2.2 玻璃升降器自身系統(tǒng)阻力核查

本研究的某車型玻璃升降器在車門鈑金中的安裝位置如圖4所示，該車型的玻璃自重為4.6 kg。在計(jì)算該車型玻璃升降器的阻力扭矩時(shí)，根據(jù)推薦值將每100 mm的呢槽與膠條的接觸長度在常溫下所產(chǎn)生的摩擦力規(guī)定為F=4 N，升降器的扭矩規(guī)定T0=1.3 N·m。呢槽與膠條的接觸長度按圖4中A，B，C 3段的總和來計(jì)算。通過測量可得A=610 mm，B=430 mm，C=780 mm。即，呢槽與膠條的接觸長度L如下：

L=A+B+C=610 mm+430 mm+780 mm=1 820 mm

該車型玻璃升降器的理論阻力扭矩T如下：

T=T0+L×F=1.3 N·m+1.82 m×4 N=4 N·m

當(dāng)車門系統(tǒng)相同時(shí)，電動(dòng)玻璃升降器的阻力力矩與手動(dòng)玻璃升降器的阻力力矩基本相同。對近期生產(chǎn)的10臺(tái)車進(jìn)行手動(dòng)測阻力力矩得到的測試結(jié)果見表1。

分析測試數(shù)據(jù)可得，玻璃升降器的實(shí)車升降阻力力矩在3.1～4.3 N·m，與理論值基本相符。

2.3 運(yùn)動(dòng)原理分析

要保證玻璃中位面圓弧沿著玻璃升降器導(dǎo)軌做圓弧運(yùn)動(dòng)，就要求玻璃與鈑金導(dǎo)軌之間的理論間隙不變，即車門導(dǎo)軌圓弧、玻璃升降器圓弧、玻璃中位面圓弧三者同心。為驗(yàn)證該車型的玻璃升降器在使用過程中玻璃與鈑金導(dǎo)軌之間的間隙保持不變，對該車型玻璃升降器半徑校核如圖5所示。

通過對玻璃升降器升降半徑校核可得，該玻璃升降器的設(shè)計(jì)滿足運(yùn)動(dòng)軌跡同心原則，即玻璃與鈑金在運(yùn)動(dòng)過程中的理論間隙保持不變。

2.4 車門玻璃升降器分析

該車型所選用的玻璃升降器為山東某公司生產(chǎn)的玻璃升降器和重慶某公司生產(chǎn)的玻璃升降器，首先對現(xiàn)有2種玻璃升降器進(jìn)行對比（如圖6所示），其次將兩種玻璃升降器在常溫下能夠?qū)崿F(xiàn)的最大舉升重量與國外“VOLVO”和“雷諾”品牌的車型進(jìn)行實(shí)車對比，在常溫下測得的結(jié)果如圖7所示。

對比在不同溫度下，對玻璃升降器的最大舉升力的影響，進(jìn)而判斷溫度對玻璃升降器輸出的扭矩的影響。將3組玻璃升降器放在不同的溫度下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

由表2可知，玻璃升降器的最大舉升力會(huì)受環(huán)境因素的影響，溫度越低，其最大舉升力越大。對該車型的玻璃升降器的零件質(zhì)量進(jìn)行分析，并對玻璃升降導(dǎo)軌弧面進(jìn)行掃描檢測，檢測結(jié)果如圖8所示。

由掃描檢測結(jié)果可知，玻璃升降器導(dǎo)軌的弧面在Y向的最大偏差為10.8 mm。通過對車門玻璃升降器自身進(jìn)行分析可知，車門玻璃升降器自身的扭矩不足，外界環(huán)境溫度的變化及自身加工精度等均可能導(dǎo)致玻璃升降困難。

2.5 車門鈑金導(dǎo)軌分析

車門鈑金中玻璃導(dǎo)軌在加工焊接過程中出現(xiàn)變形嚴(yán)重、尺寸控制差等質(zhì)量問題也會(huì)引起玻璃升降困難?，F(xiàn)在對該車型適用的3件車門玻璃導(dǎo)軌進(jìn)行掃描測試，掃描結(jié)果如圖9所示。

從圖9可知，車門導(dǎo)軌其中最大Y向偏差為8.3 mm，3套樣件的掃描結(jié)果均大于設(shè)計(jì)要求的±2 mm的公差。由檢測結(jié)果可得，車門鈑金導(dǎo)軌的質(zhì)量也可能引起玻璃升降困難。

2.6 電動(dòng)玻璃升降器控制器分析

電動(dòng)玻璃升降器控制器的主要故障形式為內(nèi)部繼電器觸點(diǎn)燒蝕、黏結(jié)。經(jīng)對售后反饋的故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可知，有48%的玻璃升降困難的問題是由玻璃升降器控制器損壞導(dǎo)致，其主要的失效原因有以下2種。

（1）玻璃升降器在升到頂時(shí)，電機(jī)有500 ms堵轉(zhuǎn)，如在此時(shí)間段（500 ms）內(nèi)按下降，電路中場效應(yīng)管未斷開而繼電器就斷開（設(shè)計(jì)中不允許此種情況出現(xiàn)，要求必須先斷開場效應(yīng)管，再斷開繼電器），大電流產(chǎn)生拉弧燒毀繼電器觸點(diǎn)。

（2）車窗卡滯，電機(jī)工作電流加大引起發(fā)熱，電機(jī)在發(fā)熱狀態(tài)下堵轉(zhuǎn)電流減小，導(dǎo)致控制器在自動(dòng)升降堵轉(zhuǎn)時(shí)檢測不到堵轉(zhuǎn)電流，堵轉(zhuǎn)后不能及時(shí)停止輸出，使電機(jī)長時(shí)間工作于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，電機(jī)過熱保護(hù)，再次操作無反應(yīng)，直至電機(jī)冷卻后才能恢復(fù)工作。

3 電動(dòng)玻璃升降系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 車門玻璃升降器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）提高電機(jī)的輸出扭矩，即電機(jī)型號由JC/LC-578VA更改為JN/LN-578VA，額定輸出扭矩由2.94 N·m更改為3.92 N·m。這樣就能有效地解決由于輸入扭矩不足而引起玻璃升降困難的問題。

（2）提高車門玻璃升降器各零件的質(zhì)量。主要措施有控制玻璃升降器的5個(gè)安裝孔的位置度，控制玻璃升降器導(dǎo)軌與相應(yīng)基準(zhǔn)面的線輪廓度、面輪廓度和平行度，增加相應(yīng)的工裝和檢測次數(shù)。

3.2 車門鈑金的優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）車門玻璃導(dǎo)軌新增加工藝孔用于檢測，具體的位置如圖10所示。

（2）對車門鈑金總成質(zhì)量的一致性進(jìn)行控制。主要措施有控制車門鈑金各零件的檢測孔的位置度公差和面輪廓度公差，對相應(yīng)的車門鈑金焊接工裝夾具進(jìn)行定期的維護(hù)保養(yǎng)，增加對車門內(nèi)板沖壓件的檢查次數(shù)。

3.3 玻璃升降器控制器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）更改玻璃升降控制器的內(nèi)部程序，在電機(jī)堵轉(zhuǎn)過程中加裝保護(hù)，防止出現(xiàn)場效應(yīng)管未斷開而繼電器就斷開的情況。

（2）取消一鍵升降功能，設(shè)定升降輸出時(shí)間為6s，解決因玻璃升降阻力大導(dǎo)致電機(jī)過熱保護(hù)的問題。

4 結(jié)語

本文通過對車門玻璃升降器、車門鈑金和車門玻璃升降器控制器的優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效地降低了玻璃升降困難的故障率。經(jīng)后期售后反饋，該車型的玻璃升降困難的故障率已降到0.38%以下。同時(shí)，在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，既需要主機(jī)廠與相應(yīng)的專業(yè)配套廠親密合作，也需要設(shè)計(jì)人員從不同的角度對問題進(jìn)行分析研究，這樣才能有效、快速地解決生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]周余瑾.汽車玻璃升降器設(shè)計(jì)研究[D].長沙：湖南大學(xué)，2012.

[2]張曉春.車門玻璃升降失效原因分析[D].大連：大連理工大學(xué)，2003.

[3]邱結(jié)平.現(xiàn)代轎車電動(dòng)玻璃升降器研究與探討[J].汽車技術(shù)，2002（4）.

[4]莫建偉.韋樂俠.汽車交叉臂式玻璃升降器設(shè)計(jì)要點(diǎn)討論[J].汽車技術(shù)，2009（4）.

[5]曹云翔.電動(dòng)玻璃升降器及其發(fā)展概況[J].汽車電器，2001（4）.

[6]聶麗娜.汽車項(xiàng)目管理探析[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2011

（20）.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]