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FRONTIER DISCUSSION | 前沿探讨
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何剑
恒大新能源汽车全球研究总院 上海市 201616
摘 要： 以某车型为例，讨论系统偏差情况下的玻璃升降阻力计算模型。先建立玻璃的几何模型，通过分析玻璃的
偏转量计算玻璃力矩，当力矩平衡时，玻璃处于偏差位置下的动态平衡，再进行升降阻力计算，最终与升降器进行匹配分析。
关键词：玻璃偏差 平衡系数 升降阻力 升降器匹配
1 引言
玻璃升降功能是汽车日常使用的重要功能，实现前提是玻璃升降阻力小于电机举升力。玻璃在设计位置时胶条对玻璃升降阻力在其设计范围内，所以升降器基本可满足需求。但由于玻璃与密封条各自受周边环境件的公差影响，在升降过程中，通常会偏离设计位置。所以带偏差的升降阻力更符合实车工况。
常规设计时只计算玻璃在设计位置时的升降阻力与电机匹配关系，待实车匹配后再根据标定结果进行修正，开发周期长成本高。本文讨论一种升降阻力计算模型，旨在设计阶段计算出各种偏差下的升降阻力，以此判断电机的匹配情况，降低设变风险及费用，提升效率。
2 模型介绍
以某车型为例，将车门、升降器、玻璃三个件设定为计算系统，将升降器在门内板定位孔作为基准孔，其位置度及面轮廓度为0，称此系统为玻璃升降功能基准体系，在此体系下对Y 向公差做讨论。
2.1 几何模型求玻璃回正量
默认车门外到内为Y 正向，当玻T 为+2时，玻璃应整体车内偏2mm，但因其下缘受升降器夹头固定，如图1实际并不整体偏移；经分析，玻璃实际偏差位置是其绕夹持点连线旋转产生的，偏差量由下至上
逐渐增加。
对玻璃实际偏转分析，如下图1所示，其所在曲面一般为圆桶面，可以依据玻璃其
几何关系构建模型进行偏差量计算。
图1 车门玻璃几何模型示意
将玻璃两夹头中心连线，并对玻璃做垂直此连线的切面，可得分析模型（为便于计算，图示比例略有修正）。
如图4所示，起O 、为玻璃旋转前后的圆桶截面圆心，、
为旋转前后玻璃
偏转位置，为玻璃偏转中心。根据偏移量
实测、
和（--），延长，过
做延长线的垂线交于
点，由几何关系可知
（--
）=+（--），当为锐角时，
（
-
-
）=，当
为钝
角时，=180°-
，则
=
=
=+
=T T 止起R
O T -止起止起T T 为玻璃的偏差量，下文称其为回正量，不同的转Q 可得到不同的回正量，并求其回正角度。
2.2 由回正量求压载反力
密封条唇边的厚度、与玻璃干涉量大小、材料特性等，都会有不同的压载反力（简称CLD，每100mm 长度压缩后产生的反力，单位N/100mm）的不同，当玻璃偏离设计位置
Calculation Model of Lifting Resistance of Car Door Glass Based on System Deviation
He Jian
Abstract ：
T aking a certain vehicle model as an example, the calculation model of glass lifting resistance under the condition of system deviation is discussed. The geometric model of the glass is fi rst established, and the glass torque is calculated by analyzing the defl ection of the glass. When the torque is balanced, the glass is in the dynamic balance at the deviated position, then the lifting resistance is calculated, and fi nally the matching analysis with the lifter is performed.
Key words ：glass deviation, balance coeffi
cient, lift resistance, lifter matching
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时，胶条对玻璃的压载反力会发生变化。密
封条的CLD可以由试验得出变化曲线，将曲
线进行多次式变换可以得拟合方程，其多项
式越多则越接近变化曲线。
以某车型为例，玻璃导槽A柱内侧唇边
的CLD曲线，经六次拟合方程如下图2所
示。其玻璃回正量为x，相应的CLD值为y
（其中x=0为设计压载位置，-1为欠压载
1mm，+1为过压载1mm）。
图2 导槽A柱内唇回正量与压载反力
拟合方程曲线
A柱导槽内侧
8.4628
25.00
15.00
20.00
10.00
5.00
0.00
-4-3-2-10123
y=-0.0144x-0.0515x+0.2046x+0.845x+0.5031x+2.5627x+
玻璃在某偏转角时，不同区域回正量是
不同的，其受胶条压载反力也不同，因此其
受胶条作用力是各区域压载反力累加总和。
为简化计算，胶条以20mm为单位计算分压
力后求和，则其计算公式为：
F
汽车玻璃自动升降器WO =
F'
WO
100
*20
F'
WO ：压载反力CLD值；F
WO
：总压载反力
某车型的的A柱内外唇边的偏转力如图3所示
列1第1点第2点第3点第4点第5点第6点
0.20.40.60.81
1751.0371751.037
图3 某车型导槽A柱内外唇边分段力值
2.3 由压载反力求平衡力矩
玻璃入顶受夹持力远大于升降阻力，计算平衡力矩时不含此工况，即仅研究玻璃正常升降工况的力学平衡。
如图4所示，玻璃受正向力矩为外水切、导槽A/B柱外侧、玻璃重力；正力矩计算式为
T
正=F
WO
*L
WO
+F
A1
*L
A1
+F
B1
*L
B1
+G*L
G
T
正
：正向力矩和
F
wo：
外水切压载力、L
wo
：外水切作用力臂
F
A1
、F
B1
：导槽A/B柱外唇总压载力
L
A1
、L
B1
：导槽A/B柱外唇作用力臂
G：玻璃重力、L
G
：重力力臂
玻璃所受负向力矩为内水切、导槽A/B
柱内侧，负力矩计算公式为：
T
负
=F
Wi
*L
Wi
+F
A2
*L
A2
+F
B2
*L
B2
T
负
：负向力矩和
F
Wi
：
内水切压载力、L
Wi
：内水切作用力臂
F
A2
、F
B2
：导槽A柱内唇总压载力
L
A2
、L
B2
：导槽A柱内唇作用力臂
力矩平衡系数公式如下：
100%
m：玻璃所受正负力矩平衡系数
对升降过程中4个典型工况即玻璃全降、
升1/4、升1/2、全升进行综合分析，则有：
m1～m4分别为：玻璃全降、升1/4、
升1/2、全升的平衡系数
M：综合平衡系数
将胶条所有立柱段，水切段的综合力值
如上述计算后，可得完整的综合平衡力值关
系。
玻璃升降时，将其视为多个无限趋近于
静力学平衡点的位移变化，其综合平衡系数
M越接近1，则升降运动越接近实际，因此
当偏转角度调整后将M值修正到最接近1时，
则可认为此为平衡升降时的偏转角，此角度
下的压载反力可进行升降阻力计算。
以某车型为例，如图5所示：当玻璃旋
转角度为0.306°时，M最接近1，尽管不同
位置力矩略有波动，但可将此时玻璃视为运
动平衡状态。
图5 升降时综合平衡系数变化
玻璃平衡系数
1.63
1.20
0.73
0.69
1.80
1.60
1.40
1.20
1.00
0.80
0.60
0.40
0.20
0.00
全升升1/2升1/4全降
2.4 由平衡旋转角求升降阻力
当根据综合平衡系数确定玻璃升降过程
中的偏转角后，通过累加的方法可求得玻璃
的夹持力。以玻璃导槽A柱段为例，其负载
阻力计算公式为：
μ
Ai
、μ
AO
——A柱内唇、外唇的动摩擦
系数；
F'
AO
、F'
Ai
—
—A柱外唇、内唇的CLD值
同理可得导槽B柱段以及内外水切的负
载阻力计算公式。当玻璃内外偏且未入槽时，
其玻璃升降阻力计算公式为：
——玻璃摩擦总阻力；——B柱摩
擦总阻力；、——内、外水切摩擦总阻
力
若为双夹片玻璃，还需考虑两个夹片间
的位置公差，对应Y/Z还分别有八种偏差情
况。当夹片位置发生变化时，图4中的心
止K
O
、心
起K
T、截距角
θ（起
心
起T
-
K
-
O）均会发
生变化，计算的回正量也会发生变化，只需
要把这几种工况下玻璃综合平衡位置时的偏
转角度及相应回正量计算出来，即可得相应
工况下的玻璃升降阻力，这里不一一列举。
以某车型为例，表1为玻璃在设计位置、内偏、
外偏，玻璃全升、1/2升、1/4升以及玻璃全
降各种工况下的升降阻力分布。
2.5 升降阻力与升降器电机的匹配
如图6所示，玻璃重力与导槽摩擦力合
称为上升负载，升降器的总推力要克服上升
负载后，继续克服roof段摩擦力的能力被称
为剩余推力或关闭力。升降器需确保各工况
下都可实现正常升降功能，因此剩余力越大
越好，常规要求剩余力≥100N，因此经本文
模型计算出升降阻力后，即可判断出是否可
图4 某车型车门玻璃受力分析示意图
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与升降器电机总推力匹配，即：G
f K i +≥K——玻璃升降器总推力；G——玻璃重力
3 升降器匹配计算结果
以某车型为例，将环境温度、升降器电
压、胶条压载、车辆下线时间等因素列举后，
玻璃半径
1739.478
玻璃位置
设计位置内偏2mm 外偏2mm 玻璃全升力矩比 1.0390270.6460740.752166玻璃1/2升力矩比 1.0514030.696489 1.701163玻璃1/4升力矩比0.974518 1.1316230.84115玻璃全降
力矩比
0.914641 1.517757-0.603873平衡系数0.99490.99790.9995旋转角
00.360.21玻璃全升
滑动阻力（N）73.0375.6770.02
总阻力（N）120.03122.71117.058玻璃1/2升
滑动阻力（N）40.4258.958.18总阻力（N）87.42105.94105.22玻璃1/4升
滑动阻力（N）36.4553.1349.46总阻力（N）83.45100.1796.49玻璃全降
滑动阻力（N）33.8150.7845.66总阻力（N）80.81
97.82
92.7
胶条前期设计阶段，就完成阻力设计、摩擦介质选型，并将升降阻力的结果提供给升降器设计工程师进行匹配分析，大大优化升降系统的设计工作，缩短设计验证周期，降低设变风险。
参考文献：
[1]田永，韦俊.汽车车门玻璃导槽的断面设计和成型工艺研究[J].机械制造，2013：第3期．
[2]纪荣华，韩杰，姚刚.汽车玻璃导槽密封条耐磨性改进的研究[J].装备制造技术，2018：第4期．
[3]佟炳勇，余坤.影响车门玻璃升降的原因分析[J].汽车工程师，2013：第5期．[4]王明波，靳莉珍.车门玻璃与导槽配合偏差对升降影响分析[J].汽车实用技术，2019：第1期．
[5]胡广新，王亮.基于CAD 的汽车侧窗玻璃面与导轨导线的设计研究[J].汽车科技.2017：第5期．
表2 多工况玻璃升降摩擦阻力表
表1 玻璃内外偏升降阻力
可得出多工况升降摩擦阻力匹配表，如表2。
4 结语
本文通过分析玻璃的几何模型设计出各
种位置下的偏转角度、玻璃回正量等，推导出玻璃升降运动时受到的胶条平衡力学模型，进而完成升降阻力匹配表，此计算模型可在
图6 玻璃升降器总推力分解图
玻璃重力
导槽摩擦力
玻璃上升负载
剩余力/关闭力
roof 段导槽摩擦力
X
f o r c e a t t h e c u r s o r (s )总推力
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