韋思意　成淑儀　余輝

摘 要：側(cè)門玻璃關(guān)窗到頂瞬間的異響是被市場長期詬病的問題。在汽車技術(shù)高速發(fā)展的今天，針對此問題仍然是沒有形成較好的設(shè)計方案，因此開發(fā)一個可以有效解決側(cè)門玻璃關(guān)窗到頂瞬間異響的方案至關(guān)重要。文章從某車型開發(fā)過程中的幾種設(shè)計方案之間的對比分析入手，展示針對側(cè)門玻璃關(guān)窗到頂瞬間的異響系統(tǒng)設(shè)計過程中需要考慮的幾大因素，并且重點講解調(diào)速電機方案的設(shè)計點，為后續(xù)的側(cè)門玻璃關(guān)窗到頂瞬間的異響優(yōu)化提供借鑒與幫助。需要說明的是，調(diào)速電機可以實現(xiàn)的設(shè)計方案遠不止文中展示方案，鑒于篇幅及能力所限，不足之處敬請斧正。

關(guān)鍵詞：車窗異響 沖頂異響 調(diào)速電機 變速控制

1 引言

對車窗售后維修數(shù)據(jù)的調(diào)查，車窗是客戶對于汽車功能件使用頻率最高的功能件之一，車窗質(zhì)量的好壞受到消費者的關(guān)注，對消費者評價一臺車好壞有較大影響。而針對車窗的調(diào)查的數(shù)據(jù)中（2020年數(shù)據(jù)），反饋較多的是異響類問題；其中側(cè)門玻璃關(guān)窗沖頂瞬間異響則在所有異響問題中高居前三。

2 異響質(zhì)量評價標準

由于車窗異響與否是用戶的主觀感受，為了更好地衡量異響標準以助于后續(xù)的改進優(yōu)化，特制定了如表1所示的評價標準，目前車型異響等級一般為6級，為及格線附近水平。

3 原設(shè)計方案

車窗沖頂異響，是側(cè)門玻璃關(guān)窗到頂瞬間玻璃撞擊鈑金窗框產(chǎn)生的撞擊聲，其根本原因是由于玻璃的運動產(chǎn)生慣性導致；側(cè)門玻璃運動系統(tǒng)由側(cè)門玻璃、側(cè)門玻璃導槽密封條、玻璃升降器及側(cè)門鈑金組成，如圖2所示。玻璃運行到關(guān)閉位置瞬間由于慣性作用，其先撞擊玻璃導槽密封條后再撞擊到窗框停止。

玻璃運動系統(tǒng)比較簡單，原設(shè)計方案也沒有針對沖頂異響做充分的設(shè)計考慮，導致該異響問題比較嚴重，其中某些車型玻璃尺寸較大的該異響可達7級，急需優(yōu)化控制。

4 首次優(yōu)化方案

為控制玻璃沖頂異響問題，根據(jù)魚骨圖分析，確認人機料法環(huán)中料是關(guān)鍵因子，對異響起到?jīng)Q定性作用，是我們重點優(yōu)化方向。（圖４）

而材料方面的優(yōu)化，鑒于車門鈑金及側(cè)門玻璃優(yōu)化的代價較大，而異響優(yōu)化收效甚微還可能導致其他問題出現(xiàn)，比如影響到車窗玻璃運行的穩(wěn)定性等，所以無法作為控制異響的優(yōu)化方向；而玻璃速度的控制又沒有量產(chǎn)應(yīng)用和相關(guān)經(jīng)驗可以借鑒，因此前期的異響優(yōu)化基本集中在玻璃導槽密封條上。以下幾大方面評估是密封條對異響的影響因子：

4.1 密封條材料

行業(yè)常見材料主要為TPV﹑密實膠EPDM和微發(fā)泡EPDM

4.2 密封條結(jié)構(gòu)

①緩沖結(jié)構(gòu)常見結(jié)構(gòu)為氣道結(jié)構(gòu)﹑泡管結(jié)構(gòu)以及唇邊結(jié)構(gòu)

②常用料厚為1.7mm和2.3mm

4.3 密封條性能

①常用硬度60A﹑70A或80A

②根據(jù)不同材料一般要求永久壓荷損失≦60%或≦40%

③壓縮符合一般要求5N/100mm﹑6N/100mm或7N/100mm

密封條設(shè)計優(yōu)化方向主要是起到緩沖作用，在玻璃撞擊窗框前降低玻璃撞擊動能，以實現(xiàn)降低玻璃升頂瞬間的撞擊異響，經(jīng)過全因子驗證確定以下效果為最優(yōu)方案：泡管結(jié)構(gòu)+2.3mm料厚+80A硬度+40%永久壓荷損失+7N/100mm壓縮負荷，結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖2所示。采用密封條優(yōu)化的優(yōu)點體現(xiàn)在以下幾個方面：

① 大量借用成熟結(jié)構(gòu)可以減少設(shè)計風險，同時縮短設(shè)計時間，盡快將產(chǎn)品投放市場。

② 成本較低。

但是密封條為軟約束零件，存在比較大的永久變形等性能損失，所以缺點也較為明顯：

① 存在較大永久壓縮符合損失導致使用一段時間后效果大打折扣。

② 無法根本解決，改善效果有限，驗證后新密封條異響可優(yōu)化至5級左右，經(jīng)過一定程度耐久后會惡化至6級，和原設(shè)計方案表現(xiàn)相近。

基于以上缺點以及產(chǎn)品定位需求，考慮開發(fā)調(diào)速電機進一步優(yōu)化沖頂異響問題。

5 調(diào)速電機優(yōu)化方案

為進一步提升異響等級達到優(yōu)化目標，根據(jù)全因子權(quán)重矩陣分析，如表2所示，玻璃沒有減速得分最高，為最關(guān)鍵的影響因子，因此，開發(fā)調(diào)速電機是實現(xiàn)異響優(yōu)化目標的可行度最高方案。

直流電機調(diào)速主要采用變壓調(diào)速，而電壓的調(diào)制通常采用脈沖寬度調(diào)制（PWM），脈寬調(diào)制需要產(chǎn)生頻率不變、寬度可調(diào)的脈沖信號，通過對脈沖寬度的調(diào)節(jié)，使電機電樞兩端電壓的直流分量平滑變化，達到 PWM 波調(diào)壓調(diào)速的目的。通常 PWM 控制信號的產(chǎn)生主要采用以下4種方法：

①分立元件組成 PWM 電路：這種方法是利用分離的邏輯電子元件組成 PWM 信號電路。電路復雜，可靠性較差。

②軟件模擬法：占用 主芯片 大量資源，對主芯片的計算能力及存儲能力要求較高

③專用 PWM 集成芯片：這些芯片除了有 PWM 信號發(fā)生功能外，還有“死區(qū)”調(diào)節(jié)功能、保護功能等。但是整體成本較高

④帶PWM功能芯片：能自動產(chǎn)生占空比可變的 PWM 脈沖波，集成度高，成本較優(yōu)。

考慮集成度及目前車窗PCB的可用空間，采用帶PWM功能芯片作為最終優(yōu)化方案。

6 PWM 電路組成及原理

系統(tǒng)由控制電路及主電路組成，如圖5所示，控制電路由主芯片集成，主芯片需要根據(jù)霍爾信號計算車窗的實際速度，結(jié)合目標速度完成速度調(diào)節(jié)，電流調(diào)節(jié)后生成PWM波控制占空比輸出；主電路包含光隔驅(qū)動電路以及場效應(yīng)管驅(qū)動電路組成；其主電路的場效應(yīng)管驅(qū)動采用壓控型MOS組成的全橋電路完成驅(qū)動。

7 直流電機驅(qū)動電路設(shè)計

直流電機驅(qū)動原理如圖6，包含光電驅(qū)動電路，電機驅(qū)動電路，濾波電路及附屬電路。

主芯片輸出PWM信號后經(jīng)過光電驅(qū)動，實現(xiàn)防反沖隔斷，再控制壓控型MOS放大實現(xiàn)對直流電機的驅(qū)動，MOS的G極接光電驅(qū)動后的PWM信號，源極接電機正極，漏極接12V電源，附屬電路在GS間設(shè)計保護電阻，消除高頻關(guān)斷過程產(chǎn)生的震蕩；信號端設(shè)計防反接保護電阻；濾波電路需要在S端設(shè)計濾波電容進行濾波，解決GS產(chǎn)生較大的浪涌電壓。

8 改進結(jié)果

試驗樣件搭載某車型進行效果驗證，改進前異響等級為5-6級，搭載調(diào)速電機后異響等級優(yōu)化至3級，達到項目異響目標；調(diào)速前后速度變化對比見圖7，不難看出調(diào)速優(yōu)化后玻璃在停止前有明顯的減速過程，除此之外調(diào)速后也可以實現(xiàn)對玻璃全行程的速度控制，使玻璃前部分行程速度接近勻速運行，提升了全行程電機的運行聲音品質(zhì)，改進效果令人滿意。

經(jīng)過搭載調(diào)速的方案，通過表3不難看出針對沖頂異響的控制，調(diào)速方案的優(yōu)化效果表現(xiàn)要明顯優(yōu)于其他方案，同時也達到了異響質(zhì)量的優(yōu)化目標。

（注：評分1為技術(shù)中心成員評價結(jié)果的平均分值，評分2為質(zhì)量部成員評價結(jié)果的平均分值，評分3為外部人員評價結(jié)果的平均分值）

9 結(jié)語

本文主要結(jié)合了車型開發(fā)過程中出現(xiàn)問題作為案例，在優(yōu)化改進問題的過程中進行歸納，總結(jié)了汽車玻璃沖頂異響問題的開發(fā)經(jīng)驗，為新產(chǎn)品的開發(fā)提供了思路和參考。同時深入分享的PWM的詳細硬件方案，經(jīng)過驗證證明整個系統(tǒng)具有較高的精度和可靠性，取得令人滿意的結(jié)果。

參考文獻：

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[2]呂平寶，謝劍英.基于80C196KC的直流電機PWM調(diào)速控制器的設(shè)計與應(yīng)用.測控技術(shù).2002．