單導(dǎo)軌汽車車門玻璃升降系統(tǒng)簡介
1、前言

電動(dòng)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(biāo)配。它與車門鈑金、頂蓋和車身側(cè)空間的匹配，構(gòu)成了獨(dú)立的車內(nèi)環(huán)境。根據(jù)升降機(jī)構(gòu)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(zhì)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(dǎo)軌玻璃升降系統(tǒng)和雙導(dǎo)軌升降系統(tǒng)。

圖1 電動(dòng)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(fèi)者的主觀感受。本文以單導(dǎo)軌玻璃升降系統(tǒng)為例，對(duì)玻璃升降系統(tǒng)的構(gòu)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(gòu)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(dǎo)槽等零部件。


圖2 玻璃升降系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意
1）玻璃升降器：由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過鋼絲繩傳導(dǎo)到玻璃托架上，帶動(dòng)車窗玻璃沿左右兩側(cè)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。主要結(jié)構(gòu)：電機(jī)，鋼絲繩，滑塊，玻璃托架，導(dǎo)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(dǎo)向、密封、防水、防塵、降噪作用。主要構(gòu)成：前后導(dǎo)槽密封條，腰部水切密封條，頂部導(dǎo)槽密封條。
3）車窗玻璃：玻璃升降系統(tǒng)的主要運(yùn)動(dòng)部件，分為夾層玻璃和鋼化玻璃等，滿足車內(nèi)采光、通風(fēng)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(yùn)動(dòng)可以分解為啟動(dòng)-上升-入槽-堵轉(zhuǎn)-下降五個(gè)步驟。

圖3 玻璃升降的運(yùn)動(dòng)
1）啟動(dòng)：電機(jī)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(yùn)動(dòng)，電機(jī)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(dòng)摩擦阻力是相互平衡的力矩，保證玻璃運(yùn)動(dòng)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(dǎo)槽密封條接觸，運(yùn)動(dòng)阻力增加，行程較短。
4）堵轉(zhuǎn)：窗框或?qū)к墝?duì)玻璃的運(yùn)動(dòng)起到限位作用，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)阻力不斷增大，驅(qū)動(dòng)電機(jī)扭矩增加直至功率達(dá)到設(shè)計(jì)值，形成堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象。一定的設(shè)計(jì)堵轉(zhuǎn)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(yīng)當(dāng)滿足高低溫下的正常運(yùn)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(fù)長久使用的耐久性能等。從提升用戶體驗(yàn)方面，單導(dǎo)軌玻璃升降器在運(yùn)行過程中不應(yīng)出現(xiàn)明顯的卡滯，玻璃運(yùn)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(shè)計(jì)復(fù)雜，玻璃的平順升降要考慮多方面的因素，難以通過一次設(shè)計(jì)完成，需要優(yōu)化迭代。
從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度說，弧面的玻璃在沿設(shè)定的軌跡運(yùn)行時(shí)不能與周邊件產(chǎn)生干涉，需要在catia或其它設(shè)計(jì)軟件中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校核。
從動(dòng)力學(xué)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(shí)時(shí)變化的狀態(tài)，難以通過一個(gè)力學(xué)公式對(duì)實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行模擬。通過Adams運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真或者有限元仿真分析可以在設(shè)計(jì)階段模擬玻璃運(yùn)行狀態(tài)，提取相應(yīng)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(jié)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(shè)計(jì)階段較全面地進(jìn)行預(yù)測和模擬，很多性能仍然需要依靠試驗(yàn)的方法在產(chǎn)品上進(jìn)行驗(yàn)證測試。

參考文獻(xiàn)
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