摘要：随着经济社会的持续快速发展，汽车玻璃升降器构造技术迎来了前所未有的重大发展机遇，如何采取有效控制技术方法，全面提升汽车玻璃升降器运行效果，成为业内广泛关注的焦点课题之一。汽车玻璃升降器是车身系统中的重要部件,具备实现玻璃升降、车窗密封以及自锁防盗等重要功能。以绳轮式单导轨汽车玻璃升降器为例,对汽车玻璃升降器的设计方法和设计要求进行论述,主要包含升降器载荷计算、力矩计算、玻璃提拉点布置、电机选型等关键问题,配合升降器系统设计,减轻设计人员的理论计算。
关键词：绳轮式；单导轨；汽车玻璃；升降器；设计
引言
汽车玻璃升降器是指按照某种驱动方式使车窗玻璃上升或下降,并且能够安全可靠地停留在驾驶员或乘客所需位置的机构。汽车玻璃升降器作为车身附件之一,其使用频率较高且工作情况复杂,用户对其性能感知明显,如果前期设计不合理,很容易成为用户投诉的焦点。本文作者以绳轮式单导轨汽车玻璃升降器设计时所考虑的影响因素为例,对汽车玻璃升降器的设计原理和设计过程进行相关研究,减轻设计人员的计算。
1汽车玻璃升降器的基本组成与原理
为了对汽车玻璃升降器失效问题形成具有针对性的控制技术方案，必须首先对其基本组成及运行原理做出分析，以更加清晰直观地对失效问题进行控制。
1.1基本组成
在当前技术条件下，汽车玻璃升降器的主要构成组成包括操纵机构、传动机构、玻璃升降机构、平衡弹簧部分等。上述不同的构成部分在汽车玻璃升降器运行中扮演着不同的角，共同协作完成特定升降功能操作。在实际应用中，这些构成部门会在多方面潜在因素的影响下，出现多种故障问题，比如升降卡滞、运行不畅、异响等。根据玻璃升降器结构的不同，可将其细化分为交叉臂式和绳轮式两种类型，该两种不同类型的汽车玻璃升降器在基本构成方面存在一定差异，各有优劣。
1.2运行原理
汽车玻璃升降器的正常有序运行有赖于驱动电机的动力支持，推动其升降机构产生上下位移，按照预先设定的运行轨迹进行往复运动，按照操作实际需求，使汽车玻璃停留在所需
高度。驱动电机在接收到控制信号后，将会在进行动力输出的同时，带动蜗轮蜗杆等部件进行同步运动，使卷丝筒实现正向旋转或反向旋转，并带动玻璃托架，按照导向槽的限制与约束条件，实现上升与下降。无论交叉臂式电动玻璃升降器，还是绳轮式电动玻璃升降器，尽管结构构造与运行控制方法已经相对成熟，但依旧会出现不同程度的失效问题。
2汽车玻璃升降器的失效分析
2.1降器工作异响
主要原因：绕线轮盖装配欠规范，存在一定松动空隙，造成玻璃升降器内部元件构造晃动，进而发出相应声响。升降器工作异响状况的存在，极易影响实际使用体验。
2.2升降器齿轮啮合状态失衡
主要原因：啮合状态是保证汽车升降器稳定有序运行的关键所在，若其啮合状态不符合相关技术要求，则势必会出现失衡状态，不仅容易缩短玻璃升降器齿轮使用寿命，而且还容易出现连续性冲击等一系列衍生问题。
2.3升降器齿板的齿形磨损严重
主要原因：随着当前汽车结构设计理念的不断创新，为了追求更为舒适的汽车升降器运行体验，往往会一定程度上提升升降器齿板的负荷强度，这种状况的存在无疑会对齿形磨损问题构成严峻与考验，若汽车升降器齿轮强度与齿板硬度存在较大偏差，则容易诱发齿形磨损问题。
2.4汽车玻璃升降卡滞
主要原因：汽车玻璃升降卡滞是实际应用中的常见失效问题，主要表现为汽车玻璃无法按照特定路线进行循序升降，造成该种状况的因素为玻璃滑槽存在变形或开裂现象、升降器固定螺丝紧固不到位、驱动电机自身故障以及玻璃活动运行导轨安装过度偏离中心线等等。
3绳轮式单导轨汽车玻璃升降器设计方法
3.1玻璃升降系统载荷的确定
汽车玻璃升降器在运行过程中的受力包含:前、后胶条的阻力,内、外水切阻力、重力沿玻璃运行方向的分力。受力状态根据玻璃的运行状态分为上升和下降两种工况。玻璃上升时,以
上力的方向均与玻璃的运动方向相反,需要电机提供动力克服以上系统阻力。玻璃下降时,玻璃重力沿导轨方向的分力变为动力,若该分力大于胶条和水切的阻力,为避免玻璃下降速度较大,电机需提供反向力矩;若该分力小于胶条和水切的阻力,电机需提供一定的力矩克服系统阻力。
3.2玻璃升降过程所受阻力矩的确定
以前门玻璃为例,由于玻璃上升和下降工况不同,玻璃所受阻力矩也分为上升和下降两种工况。对玻璃滑块提拉点取矩,假设玻璃向B柱倾斜的力矩为正方向,提拉点到B柱的距离为X,玻璃重心到B柱的距离为a。一般主机厂提供的前门玻璃A柱长度小于B柱,当A柱与B柱胶条与玻璃间隙相同的条件下,玻璃向A柱的倾角会比向B柱的倾角大,若∑M上为负值,则玻璃在上升过程中,玻璃倒向A柱,玻璃会存在较大的卡滞风险;另外,A柱胶条在玻璃上升方向是向B柱方向倾斜,与玻璃倒向A柱的趋势相反,更容易导致玻璃与胶条卡滞,存在玻璃不能正常上升的风险,故设计阶段需保证∑M上为正值,且玻璃上升时倒向B柱。
3.3玻璃提拉点位置的确定
玻璃提拉点即电机在玻璃上力的作用点,是玻璃托架与玻璃的衔接点。对于双导轨玻璃升降器提拉点有两个,玻璃在升降过程中运行平稳。由于单导轨玻璃升降器只有一个提拉点,玻璃在升降过程中还需要依靠A柱和B柱胶条维持平衡。若提拉点的位置选取不当,导致玻璃在上升过程中倒向A柱,导致胶条磨损,甚至玻璃卡滞,因此有必要对玻璃提拉点的位置做出相关的设计要求。
3.4电机的选型
从安全的角度考虑,升降器运行时,工作电流越小,线束和保险丝烧坏的可能性越小,故主机厂会对升降器的工作电流制定上限值。针对客户的使用角度考虑,汽车玻璃的升降速度要适中,不能太快或者太慢,为避免客户抱怨,主机厂会对汽车玻璃升降器的运行速度制定相关的设计标准。另外,根据主机厂提供的玻璃质量,胶条和水切的压缩载荷和摩擦因数等参数可以计算出玻璃升系统的载荷,设计人员要根据主机厂提供的玻璃升降系统载荷,选择扭矩与之相匹配的电机。需要特别指出的是,玻璃上升到最后阶段即将完全进入车门框顶部胶条,从玻璃上沿进入胶条到玻璃完全关闭,这一过程称为玻璃入槽工况。在玻璃入槽工况时,玻璃在升降系统载荷的基础上会突然增加一个很大的关闭力,电机会进入堵转状态,由电机堵转扭矩提供的力为堵转力。
结束语
文中以绳轮式单导轨汽车玻璃升降器为例,对汽车玻璃升降器的设计计算进行相关的研究,主要阐述了绳轮式单导轨汽车玻璃升降器升降过程中的受力分析,重点介绍了绳轮式单导轨玻璃升降器提拉点的布置原则,同时,对汽车玻璃升降器的电机选型原则给出详细介绍,对汽车玻璃升降器的设计具有一定的指导意义,减轻相关设计人员的理论计算。
参考文献
汽车玻璃自动升降器[1]宋敏，张秋梅，董超.基于霍尔传感器的电动汽车电动车窗防夹控制算法实验研究分析[J].企业科技与发展（下旬刊），2019，38（07）：112-116.
[2]张文君，王翔宇.新时期汽车玻璃升降器常见故障问题的分析与研究[J].国外电子测量技术，2019（06）：102-103.
[3]张军，刘永领，李勇，等.浅谈某车型电动玻璃升降器升降困难的优化设计研究[J].科学导报·科学工程与电力.2019（08）：125-128.
[4]方瑞莲，苏通，左明方等.浅谈轿车电动车窗系统的改进分析——感应式辅助关窗系统[J].汽车世界·车辆工程技术（下旬刊），2018（06）：387-388.
发布评论