车门玻璃升降器的设计及运动仿真论文Word格式文档下载.docx
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由于电动玻璃升降器比传统的手动玻璃升降器具有许多优越性，它运行平稳，调节自如，不需要人力，给驾驶员和乘员带来一种舒适感和安全感。
汽车上装有电动玻璃升降器，给汽车带来一种豪华的气氛，受人喜爱。
因此，目前在中级以上轿车都将电动玻璃升降器作为一种标准配置，用以提高汽车的配置档次。
2.2
现状分析
现在，国内生产的中高档轿车，例如奥迪A6、别克君威、雅阁、帕萨特、东风标致307都配置了电动玻璃升降器，其他轿车和面包车也开始大量选装电动玻璃升降器。
目前，大客车和卡车也有配置电动玻璃升降器的需求。
车门玻璃升降器作为车门附件，其作用是保证车门玻璃平稳升降、门窗能随时并顺利地开启和关闭，并能使玻璃停留在任意位置，不随外力作用或汽车的颠簸而上下跳动。
因此要求玻璃升降器结构可靠、操纵轻便省力，并需有防止玻璃升降器倒转的制动装置。
随着汽车的不断改进和发展，玻璃升降器也由简单的丝杆式、单臂式逐渐发展为今天的电动式。
电动玻璃升降器的发展前景是广阔的。
2.3
市场预测
国内主要生产电动玻璃升降器厂商及配套车型情况见表2-1。
表2-1国内主要生产电动玻璃升降器生产厂一览表
产品名称
企业名称
主要车型
电动玻璃升降器
上海实业交通电器有限公司
桑塔纳、别克、帕萨特、金杯、猎豹
张家港博泽汽车部件有限公司
桑塔纳、捷达、奥迪
贵州万江电机厂
捷达、小红旗、马自达
镇江Rockwell
富康、切诺基
跃进集团随车工厂
依维柯
重庆力士得绳索有限公司
雅阁
吉林省红钻汽车电器股份有限公司
捷达
温州天球电器有限公司
—
浙江中欧汽车电器有限公司
目前电动玻璃升降器产品市场主要由上海实业交通电器有限公司、张家港博泽汽车部件有限公司、贵州万江电机厂占有。
其市场占有率（手动+电动）见表2-2。
表2-21999年被玻璃升降器总产量即主要厂商比较表
全国总产量
主要生产厂商
年销量
（万只，电动）
市场占有率（%）
玻璃升降器
311.6万只
（手动+电动）
42.48
13.6
26.9
8.6
中国贵航集团万江电机厂
2.18
0.7
“十五”期间轿车将由目前56．6l万辆发展到110～121万辆；
客车由41．82万辆发展到55～68万辆；
卡车由58．19万辆发展到106．121万辆，玻璃升降器的发展预测见表2-3表示。
表2-3汽车需求量及玻璃升降器发展数量
车型
2005年需求量（万辆）
玻璃升降器发展量（万只）
载货汽车
106-121
216-242
客车
55-68
110-136
轿车
110-121
440-484
总量
271-310
766-862
玻璃升降器的总产量从表2-2与表2-3比较可以看出，到“十五”末将增加2.4～2.75倍，可见其发展前景是很好的。
其中电动玻璃升降器的发展肯定要高于手动玻璃升降器，其占玻璃升降器份额由99年的22.8％到2007年预计将达到30％。
2.4
主要技术指标情况
改革开放以来我国汽车行业依靠技术引进及合资，使我国汽车业的技术水平迅速发展，相应的汽车零部件制造技术也迅速发展。
目前为上海大众，一汽大众配套的电动玻璃升降器都采用了德国大众的TL82083标准。
为上海通用配套的电动玻璃升降器采用了GM公司的1997Buick“W”-car门窗升降子系统的技术要求。
为神龙富康配套的电动玻璃升降器采用了B284250的雪铁龙标准。
由于电动玻璃升降器在国内发展很快，在国内制订一个行业标准已提到议事日程，最近武汉汽车车身附件研究所和上海实业交通电器有限公司起草制订了QC／T636-2000汽车电动玻璃升降器的行业标准，它综合了国外先进汽车企业标准，结合我国电动玻璃升降器的实际情况，在分析试验的基础上而制订的。
这将对规范我国电动玻璃升降器的设计，制造，试验技术起到指导作用。
2.5
汽车玻璃升降器的发展趋势
当前我国电动玻璃升降器的发展很快，它不但在轿车中大量配套，而且也开始在轻型客车中大量配套。
最近还有在卡车中配套的意向，其使用方便，安全，舒适的特点已被越来越多的人接受。
其配套市场的天地是广阔的。
随着汽车工业的发展，电动玻璃升降器呈现智能性、模块化的发展趋势。
为了使电动玻璃升降器保持强劲的动力，又防止在使用过程中出现不小心被夹住的不安全因素，目前的电动玻璃升降器已具有一定的智能，它能使玻璃在上升中碰到一定的阻力时，即停止上升并下降，足以防止乘客肢体不小心被夹住的小概率事件。
这一功能是靠安装在摇窗电机中的电子模块来完成的，上海大众新开发的帕萨特轿车的电动玻璃升降器就具有这种防夹功能。
另一发展趋势就是模块化，在国际汽车工业发展过程中，为了更好地迎合顾客的个性化要求，降低产品成本，提高汽车质量，整车厂逐渐将自制件压缩，并尽量减少整车厂的工作量，将整车厂的精力都放在新车型的开发上，因此提出了模块供货的要求，将原来直接由各供应商提供单个零件，由整车厂在生产线上组装的生产模式逐步转为由一级供应商承担模块供货，整车厂仅作模块组装，这样可大大压缩整车厂的工作时间，加速汽车的更新换代。
过去汽车厂是比谁生产线长，今后可能是生产线越长，效率越低。
3
汽车玻璃升降器的结构工作原理与技术参数
3.1
结构及工作原理
电动玻璃升降器从其结构特点上分，大致可分成三大类；
绳轮式、叉臂式、软轴式。
其结构特点及配套车型如表3-1所示。
表3-1电动玻璃升降器结构特点
结构形式
动力源
结构特点
国内配套车型
绳轮式
直流微电机
由开关改变电机极性，作正反向旋转，带动机构作上下运动。
由电机传动轴带动卷丝筒旋转，卷丝筒带动钢丝绳在导轨上作上下运动，钢丝绳再带动导轨上的传动掣（用以固定窗玻璃）作上下运动，起到升降玻璃的作用。
由电机传动轴上的小齿轮带动叉臂中的长臂上的扇形齿轮在角度内旋转，改变长臂与短臂的夹角，起到升降玻璃的作用
由开关改变电机极性，作正反向
旋转，带动机构作上下运动。
由电机传动轴上小齿轮带动螺旋型
钢丝软轴在导向管内作上下运动，软轴上传动掣带动玻璃作上下运动，起到升降玻璃的作用。
结构运行平稳，噪音小，车型适用范围广
低，用于车门玻璃弧度较小的车门
该机构简单，制造工艺比较复杂。
上海：
桑塔纳
一汽：
奥迪
二汽：
富康
别克
广州：
帕萨特
包车
天津：
夏利
北京：
切诺基
南京：
图3.1车门玻璃升降器的的型式
a）单臂式；
b）交叉双臂式；
c）平行双臂式；
d）绳轮式；
e、f）软轴式
1.扇形齿轮；
2.玻璃导向槽；
3.升降臂；
4.小齿轮；
5.弹簧；
6.滑轮；
7.托架；
8.丝；
9.齿条；
10.钢丝卷
3.2技术参数及分析
下面将电动玻璃升降器国内外主要技术指标如表3-2排列以供参考。
表3-2国内外电动玻璃升降器主要技术指标
技术指标内容
行业标准
QC/T636-2000
德国大众
TL82083
美国
GM97Buick
雪铁龙
B284250
额定电压
12V
13.5V
工作电压
11-15V
9-15V
9-16V
10～16V
最大消耗电流
28A
25A
额定负载
按图纸规定
80N
120N
65N,80N,100N
上升速度或上升时间
70-200mm/s
120-180mm/s或3-6s
3.0±
1.0s
＞16cm/s
剩余力
150±
50N
178～355N
＞300N
自锁性
500N
450N
300N
绝缘强度
550V.1MIN
750V.2s
1000V.1min
绝缘电阻
——
0.3MΩ
20MΩ
环境温度
-20-+70℃
-20-+80℃
-30-+75℃
-40-+85℃
防水性
IPX4
IP53
PDW5033
B304410（2型）
耐久性
前门15000循环
后门7500循环
前门12500循环
前门14250循环
前门10000循环
后门5000循环
从表3-2的主要技术指标对比来看，我国汽车电动玻璃升降器行业标准基本上采用了国外先进企业的标准，如按此标准制造汽车电动玻璃升降器，其产品可达到国际先进水平。
从表中可看出，目前别克轿车对电动玻璃升降器的技术要求是最高的，其技术指标中额定负载大，要达120N，剩余力最大要达355N，其耐久性试验中一个循环的运动次数也是最多的，玻璃在一个循环中需运动8次。
要达到这些指标，对电机、传动机构都提出了
更高的要求。
4玻璃升降器的设计方案
4.1车门玻璃参数的确定
根据车门外板窗框的结构，玻璃面（两玻璃关于XZ平面对称）在整车坐标中的空间位置（单位：
mm）定义为：
G1、G2、G3玻璃曲线（图4.1）在整车坐标系中的坐标如表4-1。
表4-1G1、G2、G3曲线坐标
G1
X
Y
Z
671.7
1499.3
1370.2
677.5
1498.3
1350.0
691.2
1495.8
1300.0
700.0
1494.2
1266.3
704.1
1493.5
1250.0
716.1
1491.2
1200.0
727.2
1488.9
1150.0
737.5
1486.7
1100.0
747.0
1484.6
1050.0
750.0
1484.0
1033.4
755.7
1482.6
1000.0
763.6
1480.6
950.0
770.6
1478.7
900.0
774.1
1477.7
873.0
G2
1500.0
671.1
1600.0
1372.5
670.6
1700.0
1374.1
670.2
1800.0
1375.3
670.0
1900.0
1376.1
669.9
2000.0
1376.5
2100.0
1376.6
2200.0
1376.3
670.1
2278.7
1375.8
G3
2279.8
2282.0
2283.4
续表4-1
2284.2
2286.3
2288.5
737.6
2290.7
2292.9
2293.6
2295.1
2297.3
2299.4
772.6
2300.1
885.0
图4.1未倒圆的车窗玻璃外形
构建一个圆柱曲面无限逼近G1、G3曲线，测得曲面的半径R=3200mm（取整数），玻璃的四点坐标如下：
点a:
X=1424Y=±
655Z=1426
点b:
X=2400Y=±
点c:
788.5Z=226
点d:
788.5Z=226
图4.2玻璃面
4.2玻璃在车门上的干涉校核
玻璃与周边件的配合情况：
玻璃左右侧卡在玻璃导槽中，如图4.3所示。
图4.3玻璃与周边件的配合1
玻璃是嵌在滑门内外板的缝隙中的，玻璃表面与滑门腰部外加强板的间隙为10.8mm；
玻璃内表面与滑门腰部内加强板的间隙为24.5mm（图4.4）
图4.4玻璃与周边件的配合2
由图4.4可知，玻璃与车门周边件没有发生干涉。
4.3玻璃升降器类型的选择
在玻璃升降器的形式选择类型选择上也常以车窗弧度半径和车窗导轨布局位置来作为依据进行选型。
当车窗弧度半径越小其弦高也越大（如图4.5所示），此时布置绳轮式升降器更符合这种类型的车门。
图4.5玻璃弧度对弦高（Y向窜动量1、2、3、4）的影响
当车窗玻璃较大时可以选择双导轨形式绳轮升降器，以减少运行过程中可能产生的不正常的抖动和侧偏等现象。
当玻璃弧度曲率较小且玻璃较大而形状不规整时，虽然从理论上而言绳轮式升降器由于其导轨弧度和车窗玻璃理论运行弧度轨迹更逼近（和叉臂式相比不存在弦高现象）、运行噪音低等优势，但是叉臂式升降器零件数少（多为金属钣金件）、加工装配方便、使用寿命长等因素目前仍旧被广泛采用。
由于该车型后门玻璃半径R=3200mm，曲率较小，面积较大且形状不规整，根据表3-1，选择叉臂式玻璃升降器，同时结合客户的要求，选择电机驱动，确定结构类型为叉臂式电动玻璃升降器。
4.4车窗玻璃运行弧度的确定
图4.6车窗玻璃运行弧度
如图4.6根据滑门车窗的结构可知及客户提供的数据，可知:
玻璃在Z向的行程LAB=383.4mm
玻璃的半径R=3200mm
由勾股定理，得:
sinα/2=191.7/3200
玻璃的运行弧度α=2arcsin191.7/3200=2×
0.06=0.12
弧lAB=α·
R=0.12×
3200=384mm
4.5叉臂组件所在平面位置的初步确定
为尽量减少补偿弦高的差值以减少叉臂的变形量，叉臂组件所在平面布局在和车窗玻璃运行轨迹空间圆所在平面垂直位置上。
5电动玻璃升降器的机械结构设计
5.1导向槽的设计
根据玻璃的外形尺寸及在整车坐标系中的位置，两个玻璃托架定位孔圆心在整车坐标系的坐标为：
A（X=1749，Y=783.8，Z=817.5）
B（X=2112，Y=783.8，Z=817.5）
经CATIA测定，玻璃的重心坐标：
（X=1875.7，Y=751.3，Z=1001.2）。
在Z方向重心坐标在点A、B之间，能保证玻璃在升降运动时两个玻璃托架在X方向给玻璃相等的作用力，保证玻璃运行平稳。
点A、B之间的距离为363mm，则导向槽A的两个定位孔之间距离也为363mm，为了不与车门内板上的其他部件产生干涉，导向槽A的长度为384mm。
图5.1玻璃支撑部分断面图
为方便导向块装入导向槽，分别在导向槽两端设置槽口（图5.2）。
左端：
右端：
图5.2长导槽局部视图1
长圆孔的设置是为了在装配时方便调整两孔实际定位长度，防止因制造误差造成无法装配。
同时，为防止滑块在导向槽滑动时滑出导向槽，在导向槽上设置止动结构（图5.3）。
图5.3长导向槽局部视图2
导向槽B的长度定为228mm，左端面在XZ平面的坐标为X=1907mm，导向槽B的对称轴在XZ平面的坐标为Z=585.3mm。
5.2玻璃导向与保护机构
玻璃导轨和窗框共同组成玻璃导向与保护机构（图5.4）。
车门玻璃导轨用钢板冲压或滚压成型焊接或用螺钉连接于车门上。
导轨内与玻璃接触的部位装有导槽，导槽用橡胶制成。
导槽起导向、密封功能，行车和关闭车门时吸收玻璃的振动，避免玻璃直接与金属件接触，且起到美化、减小玻璃与车门外板的高度差、降低空气阻力的作用（图5.5）。
导槽与玻璃接触的表面是聚氯乙烯，为了减小玻璃摩擦部位产生的摩擦阻力，进行表面处理。
采用现在广泛使用的方法：
非植绒式，即在唇型部表面涂上尿烷，增加与玻璃的密封性，防止在寒冷地带的冻结，有密封条的特性。
图5.4车门玻璃导轨
图5.5玻璃导轨断面图
5.3叉臂组件的设计
安装盖板e和短导向槽MN固定在车门内板上。
因为该车型要配置使用手动和电动升降器两种，电机安装支架的电机出轴位置通常也是摇手柄所在位置，需要将车内用户所在位置和手柄位置综合考虑。
根据人机工程学原理，确定主动臂与安装盖板连接的旋转副中心点e的在整车坐标系中XZ平面的坐标为：
e（X=1791mm,Z=585.3）。
已知导向槽A上止点X方向对称轴所在坐标为X=817.5mm，下止点坐标为X=434.1mm。
通过对常规叉臂式升降器直流电机性能、玻璃升降器基本性能、玻璃的行程要求等因素进行综合考虑，确定从动臂（上摆臂和下摆臂）两端定位孔的距离ac=gc=150mm，主动臂两端定位孔的距离be=300mm，bc=ec=150mm。
因为玻璃安装点之间的距离hj=363mm，eN=228+1907-1791=344mm，当AB经过e点时，∠acb=180°
ac+bc=300mm<
hj=363mm，ac+bc=300mm<
eN=344mm，所以导向槽A和导向槽B不会对交叉臂产生干涉。
图5.6升降器运动简图
5.4驱动电机的选择
电动机的质量直接关系到电动玻璃升降器的正常工作，根据玻璃升降器的技术指标及客户要求，选择万宝至（MABUCHI）JF/LF-578VA-452玻璃升降器专用电机，它具有体积小、重量轻、防护等级高、噪声低、电磁干扰小、运行可靠等特点。
该电动机为可逆性永磁直流电动机，电动机内有两组绕向不同的磁场线圈，通过双联开关的控制可做正转和反转，设有升、降、关等三个工作状态，不操纵时开关自动停在“关”的位置上。
操纵电路设有总开关（中央控制）和分开关，两者线路并联。
总开关由驾车者，控制全部门窗玻璃的开闭，而各车门内把手上的分开关由乘员分别控制各个门窗玻璃的开闭，操作十分便利。
在该电动机中埋植磁环，感应电机转速，在电子模块中埋植霍尔元件，感应电流，并通过电子模块控制对电动机的过流、过压及过热保护。
表5-1电机特性
项目
规格
额定
时间
短时间
电压
13.5V，0.2Ω
电流
6A以下
转速
62±
10
升级会员 