王秀錦，白樹立，柳 蕭，張雅強(qiáng)

（奇瑞汽車股份有限公司鄂爾多斯分公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

汽車玻璃升降器淺析

王秀錦，白樹立，柳 蕭，張雅強(qiáng)

（奇瑞汽車股份有限公司鄂爾多斯分公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

介紹汽車玻璃升降機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類，敘述汽車玻璃升降機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)過程中的要點(diǎn)，實(shí)例分析玻璃升降阻力大運(yùn)行速度不均勻故障現(xiàn)象，最后展望汽車玻璃升降器技術(shù)發(fā)展趨勢。

汽車玻璃升降器； 結(jié)構(gòu)組成；摩擦系數(shù)

1 汽車玻璃升降機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分類

從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)上分，汽車玻璃升降機(jī)構(gòu)大致可分為繩輪式、叉臂式、軟軸式3類。其中單滑道繩輪式結(jié)構(gòu)和交叉臂式結(jié)構(gòu)是常用的2種玻璃升降機(jī)構(gòu)。

繩輪式玻璃升降器由滑輪、鋼絲繩、張力器、張力滑輪等組成，其工作原理為：通過驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)拉鋼絲繩來控制門窗玻璃的升降。將鋼絲繩上裝上滑塊，繞在塑料繩輪上由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)繩輪，帶動(dòng)鋼絲繩卷繞，鋼絲繩上的滑塊帶動(dòng)玻璃，使之沿導(dǎo)軌作上下運(yùn)動(dòng)。

交叉臂式玻璃升降器主要由扇形齒板、玻璃導(dǎo)軌及調(diào)節(jié)器等組成，其工作原理為：扇形齒板利用驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的棘輪進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)X臂運(yùn)動(dòng)，使玻璃沿導(dǎo)軌作上下移動(dòng)。

設(shè)計(jì)中采用交叉臂式機(jī)構(gòu)還是繩輪式機(jī)構(gòu)，由玻璃曲率、升降空間、制造精度及成本控制等因素決定。隨著電器元件的應(yīng)用和發(fā)展，汽車玻璃升降機(jī)構(gòu)已發(fā)展為電動(dòng)模式。 電動(dòng)玻璃升降器的功能和使用舒適性如下：①它保護(hù)乘客不受風(fēng)霜雨雪之苦；②免受外界噪聲之苦；③在炎熱的夏天和寒冷的冬天，讓裝在車上的空調(diào)起作用，讓乘客有舒適感；④當(dāng)車輛行經(jīng)收費(fèi)路口時(shí)，只需輕按開關(guān)，玻璃就會下降。輕松完成收費(fèi)過程而不必下車。

1.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)部分

圖1 電動(dòng)玻璃升降器機(jī)械結(jié)構(gòu)

圖2 電動(dòng)玻璃升降器電動(dòng)機(jī)工作原理

電動(dòng)玻璃升降器機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要由導(dǎo)軌、玻璃支撐板組成。導(dǎo)軌分為定導(dǎo)軌和動(dòng)導(dǎo)軌。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由齒輪、齒板和碟形彈簧組成。由電動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力也就是蝸桿來帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由此控制整個(gè)升降過程。

1.2 電器部分

電動(dòng)機(jī)為用來驅(qū)動(dòng)門窗玻璃升降器上升和下降的直流電動(dòng)機(jī)。目前汽車上通用的有6 V、12 V、24 V 3種，電動(dòng)機(jī)主要是永磁電動(dòng)機(jī)，其工作原理如圖2所示。

由于電動(dòng)玻璃需要上升和下降，那么要求電動(dòng)機(jī)能實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)動(dòng)，所以就通過改變電流方向來實(shí)現(xiàn)。筆者設(shè)計(jì)了一雙向控制開關(guān)來改變它的轉(zhuǎn)向，開關(guān)原理圖如圖3所示。

當(dāng)按動(dòng)按鈕上升時(shí)，電動(dòng)機(jī)左端的電線與UCC+連接，電流從UCC+輸入電動(dòng)機(jī)，從b端接搭鐵，形成閉環(huán)電路，此時(shí)電動(dòng)機(jī)左轉(zhuǎn)，升降器上升。反之，按動(dòng)下降按鈕，電流從UCC+輸入電動(dòng)機(jī)右端，從a端接搭鐵，形成閉環(huán)電路，此時(shí)電動(dòng)機(jī)右轉(zhuǎn)，升降器下降。

圖3 電動(dòng)機(jī)的正反控制原理示意圖

1.3 升降電動(dòng)機(jī)的特性

1）熱保護(hù)功能。熱保護(hù)器須保護(hù)電動(dòng)機(jī)或防夾電動(dòng)機(jī)避免過熱受損，電動(dòng)機(jī)或防夾電動(dòng)機(jī)在堵轉(zhuǎn)條件下，熱保護(hù)器打開，也就是暫時(shí)性斷電。當(dāng)電動(dòng)機(jī)經(jīng)過一段時(shí)間冷卻后，又能恢復(fù)正常工作狀態(tài)。其實(shí)熱保護(hù)器也就是一個(gè)合金金屬片，當(dāng)電流過大，時(shí)間過長時(shí)產(chǎn)生熱量使金屬片膨脹彈開，導(dǎo)到斷路。

2）耐溫性能。電動(dòng)機(jī)必需能承受-40 ℃至80 ℃的溫度變化所引起的條件下工作。

3）電流電壓變化。這項(xiàng)指標(biāo)可根據(jù)電流電壓特性來設(shè)計(jì)限定。

2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

汽車玻璃升降機(jī)構(gòu)是汽車電動(dòng)門窗的核心元件，主要由搖窗電動(dòng)機(jī)和機(jī)械升降機(jī)構(gòu)兩大部分組成。它的工作原理是：通過搖窗電動(dòng)機(jī)的輸出軸驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使電動(dòng)機(jī)圓周運(yùn)動(dòng)變?yōu)檠刂鴮?dǎo)軌的上下運(yùn)動(dòng)，通過開關(guān)的控制進(jìn)行正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)車門玻璃上升或下降。其中電動(dòng)機(jī)一般采用可逆性永磁直流電動(dòng)機(jī)，內(nèi)有兩組繞向不同的磁場線圈，由雙聯(lián)開關(guān)按鈕控制。帶有防夾功能的升降器一般由車門控制模塊控制，采集車窗上升過程中的阻力信號變化，一旦阻力超過設(shè)定值，模塊將處理信息，使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)防夾，保護(hù)乘員安全。

2.1 設(shè)計(jì)必須考慮的條件

從車門系統(tǒng)布置角度來考慮升降系統(tǒng)的布置與設(shè)計(jì)，關(guān)注更多的是玻璃升降機(jī)構(gòu)與車門鈑金、相關(guān)附件的位置關(guān)系，充分考慮影響玻璃升降的因素，以便作出正確設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中要充分考慮以下條件。

1）車門弧度、玻璃導(dǎo)槽弧度、玻璃弧度、玻璃升降器的運(yùn)動(dòng)弧度是否統(tǒng)一。任一弧度不同會增加玻璃的上升阻力，導(dǎo)致玻璃升降不順暢，甚至影響整個(gè)玻璃的運(yùn)動(dòng)軌跡。

2）注意玻璃泥槽摩擦系數(shù)，導(dǎo)槽結(jié)構(gòu)與玻璃貼合處間隙是否合理。玻璃與泥槽根部間隙一般保持在2 mm左右。

3）注意內(nèi)外切水條植絨品質(zhì)。品質(zhì)差的水條植絨面會增大玻璃與植絨面的摩擦系數(shù)，從而加大玻璃升降過程中的阻力。

4）考慮車門內(nèi)外護(hù)板對玻璃作用力問題。車門內(nèi)外護(hù)板對玻璃的作用力不能太大，以免影響活動(dòng)順暢性，導(dǎo)致阻滯。

5）驗(yàn)證門內(nèi)板上所開安裝孔是否利于升降器安裝。

2.2 設(shè)計(jì)實(shí)例

某車型玻璃升降器在升降過程中，出現(xiàn)玻璃升降阻力大、運(yùn)行速度不均勻現(xiàn)象，對此問題展開相關(guān)聯(lián)件的分析調(diào)查。

2.2.1 前玻璃導(dǎo)向槽的影響分析

在實(shí)際生產(chǎn)中，由于工裝、焊裝等因素，是否出現(xiàn)玻璃自身弧度與升降器的弧度的一致性問題。玻璃上升運(yùn)動(dòng)時(shí)，在Y軸方向給予導(dǎo)向槽的槽壁壓力，導(dǎo)軌在Z軸方向磨擦力的增大，從而影響玻璃在導(dǎo)軌中的順利升降，如圖4所示。汽車玻璃與車門配合結(jié)構(gòu)示意圖見圖5。

圖4 玻璃導(dǎo)向槽影響分析示意圖

圖5 汽車玻璃與車門配合結(jié)構(gòu)圖

2.2.2 導(dǎo)向槽支架位置的分析

導(dǎo)向槽的焊接支架相對車身的位置，是否影響了車窗玻璃與玻璃導(dǎo)軌的空間位置關(guān)系（X方向）。

2.2.3 導(dǎo)軌的截面界面的一致性分析

導(dǎo)軌及相關(guān)部分截面圖見圖6。一般情況下，嚴(yán)格控制圖6中A的尺寸，車窗玻璃的厚度一般為3.2 mm。呢槽安裝在導(dǎo)軌中，玻璃沿著導(dǎo)軌導(dǎo)向的運(yùn)動(dòng)過程中，它與呢槽的間隙應(yīng)是均勻并有一定的間隙（圖中x值）。如果導(dǎo)軌的截面在人為不知的因素下減小1～2 mm，整個(gè)環(huán)境體現(xiàn)出來的就是在橫向方向上呢槽對玻璃的壓力F2增大，引起升降的阻力增大，影響整個(gè)系統(tǒng)的正常工作。同時(shí)導(dǎo)軌的截面的尺寸必須嚴(yán)格控制一致性，否則容易出現(xiàn)部分區(qū)域阻力大、部分區(qū)域阻力小，玻璃升降器在升降過程中出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象。

圖6 導(dǎo)軌及相關(guān)部分截面

2.2.4 呢槽的表面處理分析

呢槽表面摩擦系數(shù)的高低是影響系統(tǒng)升降的重要一環(huán)，它直接影響了圖6中的F2。目前還沒有很好的方法來測量呢槽表面磨擦系數(shù)，所以只能通過外觀、表面手感來衡量，再則通過升降時(shí)間的長短來間接評價(jià)表面摩擦系數(shù)。要求表面光滑，不能有絲毫的粘性。2.2.5 問題原因的最終確定（表1）

表1 玻璃升降阻力大、運(yùn)行速度不均勻原因分析

3 未來技術(shù)發(fā)展趨勢

現(xiàn)代轎車門窗玻璃升降基本已經(jīng)拋棄了搖把式手動(dòng)升降方式，普遍采用按鈕式電動(dòng)升降方式。當(dāng)前中國電動(dòng)玻璃升降器發(fā)展很快，其使用方便、安全、舒適的特點(diǎn)已被越來越多人接受。隨著人們對舒適性、安全性要求的提高，電動(dòng)玻璃升降器呈現(xiàn)智能化、模塊化發(fā)展趨勢。

3.1 智能化發(fā)展趨勢

為了使電動(dòng)玻璃升降器既保持強(qiáng)勁動(dòng)力、又防止在使用過程中出現(xiàn)不小心被夾住的不安全因素，目前的電動(dòng)玻璃升降器已具有一定智能性，玻璃在上升過程中碰到一定阻力時(shí)，立即停止上升并下降，以防止乘客肢體被夾住的小概率事件，這就是電動(dòng)防夾玻璃升降器。防夾功能可以通過多種方式實(shí)現(xiàn)：一種是采用防夾電動(dòng)機(jī)，就是在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部加上一個(gè)霍爾傳感器，讓它檢測電流變化后自動(dòng)停止，達(dá)到防夾的目的；另一種是在開關(guān)設(shè)計(jì)程序，當(dāng)電流過載時(shí)，開關(guān)里集成電路自動(dòng)斷開，升降器停止運(yùn)行，也能達(dá)到防夾的目的。這一功能已普遍在高檔轎車上使用，也逐漸被更多中低檔車所采用，成為未來玻璃升降器發(fā)展的趨勢。

3.2 模塊化發(fā)展趨勢

在國際汽車工業(yè)發(fā)展過程中，為了更好地迎合顧客個(gè)性化要求，降低產(chǎn)品成本，提高汽車品質(zhì)，整車企業(yè)逐漸將自制件壓縮，盡量減少自身工作量，將大量精力都投放在新車型開發(fā)上，因此提出了模塊供貨的要求。即將原來直接由各供應(yīng)商提供單個(gè)零件，整車企業(yè)在生產(chǎn)線上組裝的生產(chǎn)模式，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橛梢患壒?yīng)商承擔(dān)模塊供貨，整車企業(yè)僅做模塊組裝的生產(chǎn)模式。這樣可以大大壓縮整車企業(yè)的工作時(shí)間，加快汽車更新?lián)Q代的速度，在提高產(chǎn)品品質(zhì)和可靠性的同時(shí)也降低了生產(chǎn)成本。

1）為了更加人性化、合理化、舒適化地控制電器，加入自動(dòng)上升和自動(dòng)下降功能，在整個(gè)設(shè)計(jì)控制開關(guān)的過程中，采用了單片機(jī)寫入程序，更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)人機(jī)工程的舒適感和新時(shí)代的科技感。

2）為了延長整車電器件的壽命，提高電器件性能，還加入了CAN總線和LIN總線，這樣電器將會越來越穩(wěn)定，而不必再像以前那樣為控制端通過大電流而發(fā)生故障。

4 結(jié)束語

隨著汽車電器的發(fā)展，將給汽車帶來一個(gè)又一個(gè)驚喜，一個(gè)又一個(gè)革命新時(shí)代。同時(shí)，對汽車電器人員來說，需要摸索的東西還很多，必須要端正心態(tài)，不驕不躁，努力工作，認(rèn)真學(xué)習(xí)，在實(shí)殘中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，在學(xué)習(xí)中提升自我，為汽車新時(shí)代的到來添磚加瓦。

［1］ 《汽車工程手冊》編輯委員會.汽車工程手冊（設(shè)計(jì)篇）［M］. 北京：人民交通出版社，2001.

［2］ QC／T 636—2000，汽車電動(dòng)玻璃升降器［S］．

（編輯心 翔）

Discussion on Vehicle Window Lifter

WANG Xiu-jin，BAI Shu-li，LIU Xiao，ZHANG Ya-qiang
（Chery Automobile Corporation Ordos Branch, Ordos 017000, China）

The author introduces the structure classification of vehicle widow lifters, demonstrates key points in designing lifter structure, and analyzes the unbalanced speed issue caused by glass resistance; finally, looks into the future development of vehicle window lifters.

vehicle window lifter; structure; friction coefficient

U463.853

B

1003-8639（2017）08-0046-03

2016-11-08

王秀錦（1987-），女，山東菏澤人，整車集成工程師，研究方向?yàn)檎嚰伞?/p>