單導軌汽車車門玻璃升降系統(tǒng)簡介
1、前言

電動玻璃升降系統(tǒng)安裝在車門內(nèi)外板之間，既提供了玻璃升降的功能，又不影響車門的美觀已經(jīng)成為汽車車門的標配。它與車門鈑金、頂蓋和車身側空間的匹配，構成了獨立的車內(nèi)環(huán)境。根據(jù)升降機構工作原理的差異，玻璃升降器可以分為叉臂式、繩輪式和軟軸式。高檔家用汽車多采用零件少、質量輕、便于加工、所占空間小的繩輪式玻璃升降系統(tǒng)。由于車門跨距差異，繩輪式玻璃升降系統(tǒng)又演化為單導軌玻璃升降系統(tǒng)和雙導軌升降系統(tǒng)。

圖1 電動玻璃升降系統(tǒng)分類
隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，玻璃升降系統(tǒng)的開發(fā)不僅僅是考慮功能上的需求，更多地在意消費者的主觀感受。本文以單導軌玻璃升降系統(tǒng)為例，對玻璃升降系統(tǒng)的構成、工作原理、性能需求、仿真分析簡單介紹。

2、玻璃升降系統(tǒng)的構成

玻璃升降系統(tǒng)包含玻璃升降器、車窗密封條、車窗玻璃、密封條導槽等零部件。


圖2 玻璃升降系統(tǒng)結構示意
1）玻璃升降器：由電機驅動，通過鋼絲繩傳導到玻璃托架上，帶動車窗玻璃沿左右兩側導軌運動。主要結構：電機，鋼絲繩，滑塊，玻璃托架，導軌。
2）車窗密封條：超彈性橡膠材料，依靠彈性唇邊擠壓車窗，起到導向、密封、防水、防塵、降噪作用。主要構成：前后導槽密封條，腰部水切密封條，頂部導槽密封條。
3）車窗玻璃：玻璃升降系統(tǒng)的主要運動部件，分為夾層玻璃和鋼化玻璃等，滿足車內(nèi)采光、通風及駕乘人員的視野需求。

3、玻璃升降系統(tǒng)的工作原理和性能需求

玻璃的升降運動可以分解為啟動-上升-入槽-堵轉-下降五個步驟。

圖3 玻璃升降的運動
1）啟動：電機扭矩逐漸增大至克服玻璃重力、玻璃靜摩擦阻力。
2）上升&下降：玻璃近似勻速運動，電機扭矩提供的鋼絲繩拉力與玻璃重力、鋼絲繩拉力、密封條滑動摩擦阻力是相互平衡的力矩，保證玻璃運動的平穩(wěn)性。
3）沖頂過程中：玻璃逐步上升到頂端后，與頂部導槽密封條接觸，運動阻力增加，行程較短。
4）堵轉：窗框或導軌對玻璃的運動起到限位作用，導致運動阻力不斷增大，驅動電機扭矩增加直至功率達到設計值，形成堵轉現(xiàn)象。一定的設計堵轉力保證玻璃順利入槽并壓縮頂部密封條形成封閉空間。
玻璃升降系統(tǒng)性能從使用功能上說應當滿足高低溫下的正常運行；有自鎖性，可以按要求停止在任意位置；有防夾功能，保證使用的安全性；有耐腐蝕、抗粉塵性，并滿足反復長久使用的耐久性能等。從提升用戶體驗方面，單導軌玻璃升降器在運行過程中不應出現(xiàn)明顯的卡滯，玻璃運行平穩(wěn)，沒有摩擦或沖頂異響，下雨天水切密封條起到刮水作用等。

4、玻璃升降系統(tǒng)的仿真分析

玻璃升降系統(tǒng)設計復雜，玻璃的平順升降要考慮多方面的因素，難以通過一次設計完成，需要優(yōu)化迭代。
從運動學角度說，弧面的玻璃在沿設定的軌跡運行時不能與周邊件產(chǎn)生干涉，需要在catia或其它設計軟件中進行運動校核。
從動力學角度說，玻璃在上升過程中既有鋼絲繩的拉力又有密封條的阻力，力矩處于時時變化的狀態(tài)，難以通過一個力學公式對實際狀態(tài)進行模擬。通過Adams運動學仿真或者有限元仿真分析可以在設計階段模擬玻璃運行狀態(tài)，提取相應的參數(shù)為玻璃升降系統(tǒng)的正向開發(fā)提供參考。下圖為一種有限元仿真的研究思路。

圖4 玻璃升降仿真的思路

5、結語

車窗升降順暢性及高速靜音性等性能目前研究手段多樣，仍未有統(tǒng)一的方法可以在設計階段較全面地進行預測和模擬，很多性能仍然需要依靠試驗的方法在產(chǎn)品上進行驗證測試。

參考文獻
[1] 朱文峰,黎鵬,周輝. 基于非線性約束的電動車窗動力學建模. 制造業(yè)自動化.2016(1)：71-74.
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