牛夢杰 趙陽 武子涵

摘要：電動車窗的防夾功能關乎車內乘車人員的人身安全，為了提高電動車窗防夾力測試精度和可靠性，在傳統(tǒng)測試儀器的基礎上對防夾力測試裝置的結構及測試方法進行了優(yōu)化設計。通過對實車在不同工況同一車窗的不同位置進行檢測，試驗證明：所設計的新型檢測裝置可以替代傳統(tǒng)的檢測裝置，并且可以自動記錄測試數(shù)據(jù)，形成測試曲線。該測試提高了車窗防夾力測試的效率，具有很高的可靠性和經(jīng)濟性。

關鍵詞：電動車窗；防夾力；新型檢測裝置；自動記錄

中圖分類號：U467.3? 收稿日期：2023-02-13

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.05.022

1 前言

電動天窗是現(xiàn)代汽車發(fā)展中的關鍵零部件之一，電動天窗帶給乘車人員便利的同時也帶來了潛在的安全隱患[1]，特別是安全意識薄弱的小孩子更容易被夾傷。據(jù)相關研究表明，電動車窗在上升過程中的最大舉升力高達500 N，最小狀態(tài)也有170 N，容易對人體關鍵部位造成傷害[2]。

車窗防夾技術在電動車窗上的應用在一定程度上解決了人被電動車窗夾傷的安全隱患。目前，關于車窗防夾控制的研究有很多，檢測方案也有很多種，如國外的Markus等[3]提出的基于電機轉速檢測的防夾方案、Ra等[4]提出的基于電機轉矩檢測防夾等，國內的杜延海[5]提出基于雙霍爾傳感器的防夾加測方案、唐希雯等[6]提出基礎電機霍爾脈沖信號檢測和機械功率計算相結合的防夾方案等。

但是，目前關于電動車窗防夾力檢測裝置及檢測方法的相關研究較少，無論采用哪種車窗防夾控制的策略及算法，最終關鍵的安全性指標就是天窗的防夾力大小，因此在車輛出廠前需要對其進行檢測和監(jiān)控，確保電動天窗開關、各項參數(shù)指標達到設計標準。因此在車輛出廠前反復的測試試驗是不可或缺的。天窗防夾力若超出設計指標，在實際應用過程中所造成的結果是不可逆的。目前市場上出現(xiàn)的防夾力測試裝置在測試過程中往往需要人工輔助測量，其缺點是檢測效率低、檢測精度低、可靠性較差。

虛擬儀器隨著技術的發(fā)展而不斷進步，在實際檢測中的應用越來越廣。針對上述問題，本文基于傳統(tǒng)防夾力檢測方法及裝置進行優(yōu)化設計，通過設計新型測試結構替代人工輔助工作，引入虛擬儀器技術，實現(xiàn)將所測的數(shù)據(jù)實時顯示并記錄保存。

2 防夾測裝置設計

2.1 防夾車窗防夾研究

常見的車窗防夾區(qū)域設計是滿足歐盟的74/60EEC和74/60/EWG[7]，即4～200 mm，具體示意圖見圖1。但是由于采用的玻璃材質、車窗邊框與玻璃運動產生的阻力、行駛路況、電源穩(wěn)定等因素的影響，車窗在實際使用過程中的防夾區(qū)域會發(fā)生變化[8]，在實際檢測過程中傳統(tǒng)的吸盤式不能很好地適應所有檢測工況，因此新設計的檢測裝置應盡量避免與車窗玻璃產生聯(lián)系。

2.2 檢測裝置需求分析研究

車窗防夾檢測裝置以提高檢測精度、降低勞動強度和提高檢測過程的安全性為主要目標，因此需要設計研發(fā)的檢測裝置應具備以下功能：

a.在測試準備過程中減少人員投入，在測試過程中不需要人員輔助，可實現(xiàn)自動化測試。

b.檢測裝置應操作簡單、拆裝方便。

c.檢測系統(tǒng)具備自動保存數(shù)據(jù)、記錄數(shù)據(jù)功能。

d.檢測系統(tǒng)應集成化，不再使用傳統(tǒng)的傳感器+放大器+數(shù)據(jù)采集+電腦。

e.檢測裝置可連續(xù)工作，有較高的可靠性。

2.3 檢測裝置結構設計

如圖2所示，根據(jù)2.2中所分析的檢測裝置需求，進行針對性設計：檢測裝置包括檢測輔助工裝和檢測模塊兩個部分。

2.3.1 檢測裝置輔助工裝設計

輔助工裝設計需要滿足拆裝簡便、操作容易和自動化三大功能。傳統(tǒng)的防夾力檢測裝置在測試過程中通過吸盤粘貼在被測的車窗玻璃上，存在著較大的安全隱患。因此，本次設計的輔助工裝通過設計吸盤和氣缸，解決了檢測模塊與車窗玻璃直接相互粘貼的問題，通過將輔助工作固定在汽車玻璃上，檢測模塊固定在輔助工裝上實現(xiàn)整個檢測過程。

吸盤吸力的選擇關乎試驗的成敗，因此以防夾力最大100 N，加上檢測裝置自身重力25 N，取2.5倍的安全系數(shù)選擇吸盤。吸盤在工作狀態(tài)時要垂直狀態(tài)，簡化示意圖如圖3所示。

吸盤屬橡膠材質，與車窗玻璃的摩擦因數(shù)取0.6，即手泵需提供真空壓力為：

式中，[μ]為摩擦因數(shù)；[A]為吸盤吸附面積；[Fmax]為最大吸力。

2.3.2 檢測模塊設計

檢測模塊的設計主要是通過四個滑柱與彈簧的配合，探頭安裝固定在壓力傳感器上，傳感器安裝在彈簧底座的上部。在設計選擇彈簧時，其主要參數(shù)剛度和壓縮量需要根據(jù)被測車窗的防夾力來進行合適的選擇，合適剛度的彈簧不僅會保護所測車窗的玻璃，也會保護檢測裝置不被損壞。主要依據(jù)以下公式：

2.3.3 檢測系統(tǒng)設計

如圖4所示，針對電動車窗防夾力分析需求，采用模塊化的數(shù)據(jù)采集與顯示裝置[9]，主要處理過程如下。

2.4 檢測裝置工作原理

檢測輔助工裝固定完成后，將檢測模塊安裝固定在輔助工裝上。當車輛通電后，電動車窗開啟升起開關，當探頭觸及升起的車玻璃后，會壓縮彈簧，同時探頭也會對玻璃施加一個方向相反的反力，阻礙其向上運動［10］。此時壓力傳感器開始工作，采集所測數(shù)據(jù)，彈簧壓縮到一定量后，防夾力達到廠家設計的閾值后，車窗玻璃開始下降，此時一個點位防夾力測試完成，檢測系統(tǒng)在整個過程中會對采集到數(shù)據(jù)實時處理傳輸至顯示屏上，并且將數(shù)據(jù)緩存至后臺。

3 試驗方法研究

檢測裝置的主要參數(shù)如表1所示。

3.1 試驗流程

a.調試檢測裝置，歸零處理。

b.檢查被檢車窗是否具備防夾功能。

c.安裝檢測裝置至待測車窗，保證車窗玻璃與探頭中部對齊。

3.2 試驗點位及工況分析

本次測試選取一輛配備有車窗防夾功能的汽車，選取主駕駛位的車窗進行測試，將車窗上部均勻分成五份，選取a、b、c三點作為此次防夾力測試點，每個點位進行三次測試，測量結果顯示的峰值作為此次測試的目標值，實際測試點選取如圖5所示。

工況分別按照靜止、低速和高速行駛三種進行，每種工況的每個點位測試三次，并記錄相關試驗結果。

3.3 檢測裝置參數(shù)設置

本測試裝置在設計時，選擇常用的力測試裝置D920力值測控儀，該測試裝置可單獨使用或連接電腦使用相應測試軟件。在電腦端可進行相關參數(shù)設置，記錄頻率設置為20，即每秒記錄20個測試數(shù)據(jù)，根據(jù)車窗防夾力最大值來調整上下量程數(shù)值，具體設置如圖6所示。

4 試驗結果研究分析

4.1 汽車靜止工況防夾力測試

當汽車靜止時，對電動車窗實施兩個動作：a.開啟一鍵升起操作；b.手動開關間斷性升起，每個動作重復三次，統(tǒng)計電動車窗防夾情況，測試結果如圖7所示。

汽車靜止狀態(tài)下，從測試結果上可以得出：防夾力最大測試值在C點，達到73.6 N<100 N，符合標準規(guī)定。所測9組數(shù)據(jù)的均值在72.92 N，方差為0.4353，整體波動較小，說明該汽車在靜止狀態(tài)下車窗的防夾效果良好，同時驗證所設計的車窗防夾檢測裝置功能正常，可以正常進行防夾力檢測。

4.2 汽車怠速工況防夾力測試

當汽車怠速在正常道路上行駛時，對電動車窗實施兩個動作：a.開啟一鍵升起操作；b.手動開關間斷性升起。每個動作重復三次，統(tǒng)計電動車窗防夾情況，測試結果如圖8所示。

汽車怠速狀態(tài)下，從測試結果上可以得出：防夾力最大測試值在C點，達到73.4 N<100 N，符合標準規(guī)定。所測9組數(shù)據(jù)的均值在72.63 N，方差為0.4873，波動比汽車靜止狀態(tài)下略大，說明該汽車車窗的防夾檢測裝置可能受車速變化或其他因素影響。

4.3 汽車中高速工況防夾力測試

當汽車以60 km/h在正常道路上行駛時，對電動車窗實施兩個動作：a.開啟一鍵升起操作；b.手動開關間斷性升起。每個動作重復三次，統(tǒng)計電動車窗防夾情況，測試結果如圖9所示。

汽車中高速狀態(tài)下，從測試結果上可以得出：防夾力最大測試值在C點，達到74.5 N<100 N，符合標準規(guī)定。所測9組數(shù)據(jù)的均值在73.47 N，方差為0.5657，波動比汽車怠速狀態(tài)下大，說明該汽車車窗的防夾檢測裝置效果可能受車速變化影響產生變化，但是均未發(fā)生誤夾，整體可靠性較為良好。

5 結語

本文針對現(xiàn)有汽車的電動車窗防夾力檢測裝置進行了優(yōu)化設計，在借鑒傳統(tǒng)檢測原理的基礎上做了相應的優(yōu)化設計與改進，該檢測裝置所具備的功能比較全面，操作簡單，可以實時顯示和保存所測數(shù)據(jù)，提高了測試精度和可靠性。同時通過對車窗不同車速狀態(tài)下的防夾力測試，并對測試結果進行分析，試驗結果精度高、試驗效率顯著提升、檢測裝置的功能性和可靠性較好。

后期可針對以下兩個方向進行深層次研究：

a.后續(xù)研究可設置高低溫工作環(huán)境下汽車防夾測試實驗研究，與現(xiàn)有防夾檢測裝置在同一工況的同一測試點進行對比試驗。

b.通過在不同路況下，研究不同車速下車窗防夾力大小及是否發(fā)生誤夾現(xiàn)象。

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作者簡介：

牛夢杰，男，1993年生，助理工程師，研究方向為汽車安全技術。