CA1021U2汽车电动玻璃升降器的设计.docx
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CA1021U2汽车电动玻璃升降器的设计
摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract……………………………………………………………………………Ⅱ
第1章绪论………………………………………………………………………………1
1.1概述…………………………………………………………………………1
1.2市场预测……………………………………………………………………2
1.3主要技术指标情况…………………………………………………………4
1.4汽车玻璃升降器发展趋势…………………………………………………4
第2章汽车玻璃升降结构工作原理和技术参…………………………..........6
2.1结构及工作原理…………………………………………………………….6
2.2技术参数及分析………………………………………………………………8
2.3本章小结……………………………………………………………………8
第3章电动玻璃升降器的设计方案………………………………………10
3.1车门玻璃的确定……………………………………………………………….10
3.2玻璃升降器的选择和布置………………………………………………………11
3.3升降器厚度、安装进准面的确定…………………………………………………14
3.4升降器中位线、主臂旋转中心的布置……………………………………………14
3.5玻璃在车门上的干涉校核……………………………………………………15
3.6电机的选择………………………………………………………………………16
3.7扇形齿板的设计……………………………………………………………………18
3.7.1确定模数和压力角………………………………………………………..18
3.7.2确定主动臂的角行程……………………………………………………..18
3.7.3确定齿数和分度圆直径…………………………………………………..18
3.8玻璃导向与保护机构………………………………………………………………19
3.9导向槽的设计………………………………………………………………………20
3.10交叉臂的设计…………………………………………………………………..20
3.11车门玻璃密封条………………………………………………………………...21
3.12车门玻璃内外挡水条…………………………………………………………22
3.13车门设计的相关标准……………………………..……………………………22
3.14本章小结………………………………………………………………………22
第4章有关运动部件的数据校核………………………………………………23
4.1运动行程校核…………………………………………………………………23
4.2传动动力校核…………………………………………………………………23
4.3本章小结…………………………………………………………………………24
第5章升降器电子控制系统设计………………………………………………25
5.1驾驶员电动升降器…………………………………………………………………25
5.2前座电动升降器……………………………………………………………………25
5.3后座右侧电动升降器……………………………………………………………25
5.4后座左侧电动升降器……………………………………………………………25
5.5防夹处理…………………………………………………………………………26
5.5.1电机部分…………………………………………………………………...27
5.5.2感应器………………………………………………………………….......27
5.6防夹功能原理……………………………………………………………………26
5.6.2玻璃所处区域的信号采集…………………………………………….......27
5.6.2障碍物的信号采集…………………………………………………….......28
5.7防夹玻璃升降器对安装的要求…………………………………………………29
5.8防夹电动车窗的改进……………………………………………………………30
5.8.1基于“触觉”的防夹…………………………………………………………30
5.8.2基于“视觉”的防夹…………………………………………………………30
5.9电动玻璃升降器过流保护………………………………………………………...31
5.9.1电动玻璃升降器的控制……………………………………………………31
5.9.2电动玻璃升降器过流保护的分类………………………………………...32
5.9.3PPTC在电动玻璃升降器中应用…………………………………………..32
5.10本章小结…………………………………………………………………………33
结论………………………………………………………………………………………34
参考文献…………………………………………………………………….………...35
致谢…………………………………………………………………….………...........36
第1章
绪论
玻璃升降器是实现汽车车门玻璃升降运动的车门附件。
通过玻璃升降器带动玻璃托架作上下运动，从而使得车门玻璃沿着车门窗框的导槽或导轨作升降运动。
目前常用的玻璃升降器主要有交叉臂式和绳轮式传动两种常见结构形式。
后者能够适应玻璃在大曲率弧形升降面上移动。
此外有手动和电动两种操纵方式。
车门设计和布局中，正确布置和选择升降器是保证玻璃升降操纵轻便、工作可靠的关键。
作为车门系统中的运动部件，升降器不仅仅和车身内外板的空间布置相关，同时也和车门两侧导轨、玻璃内外水切、密封条都有一定关联。
在车门系统特别是内外门板和玻璃形状初步确认后，需要在基于车门系统和玻璃升降器相关联部件进行布局和分析。
因为如果玻璃升降器空间布局不恰当在实际过程中经常遇到玻璃升降卡滞、抖动偏离车门边框导槽等现象。
运动不平稳常常也意味着在整个运动行程或某个特定位置出现静态或动态力学状态恶劣的情况。
反应在实际中会出现形式实验（寿命试验）失败或使用过程中的零件失效，如交叉臂式升降器中的长臂、短臂的磨损，绳轮式升降器的钢丝绳断裂等。
为解决这些可能存在的问题需要在车门内外板上的附件布局及玻璃升降器结构设计时，充分考虑其布局的合理性并应用计算机辅助进行分析。
为合理布置升降器在车门系统中的位置需要在车门设计和升降器产品设计时对玻璃升降时产生关联的零件进行系统布局和考虑。
1.1行业概述
随着汽车技术的发展，汽车的舒适性不断提高以满足人们的要求。
汽车车门是车上相对独立的总成，车门设计不但关系到汽车的实用性，对汽车也有很大的装饰作用。
因此车门的设计也越来越讲究，而且使用越来越多的网络和电控技术。
从1957年新中国的第一辆汽车正式生产下线，中国汽车在20世纪中期经历了漫长的缓慢发展阶段，在经过2003年和2006年的两轮爆发式增长后，开始步入平稳增长阶段。
2009年严峻的宏观经济形势下，中国汽车行业的发展面临着前所未有的挑战与机遇，同时也受到来自各个方面的冲击。
中国要想从汽车制造大国发展成为汽车产业强国，就必须在汽车产品的研发上取得突破。
欧美日的汽车企业之所以能够如此强势，与他们几十年甚至上百年的技术革新与经验积累是分不开的，翻开他们汽车产业发展的历史，我们都能够清晰的感受到他们相同的企业发展脉络：
明确的市场定位，坚定不移的技术研发，引领潮流的战略方向，这一切，做足了他们的原始积累。
我们的起步尽管有些晚，但是汽车产业作为中国经济的支柱产业之一，近年来在技术研发上的投入力度明显增加，从过去的汽车产品进口到产品引进生产再到技术转化，近几年来更是直接的技术引进、并购国外先进的汽车企业，中国的汽车技术如雨后春笋般迅猛发展。
电动玻璃升降器在我国诞生于90年代初，是轿车作为生产资料向消费资料变化的一个特征。
最早开始应用在桑塔纳普通型的选装车上，称为豪华型轿车，以后在奥迪、捷达、富康等轿车上都开始选装电动玻璃升降器。
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，他运行平稳，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，用以提高汽车的装配档次。
现在，国内生产的中高档轿车，例如奥迪A6、别克君越、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。
电动玻璃升降器的发展前景广阔。
近年来随着汽车舒适性要求的不断提高，汽车电机在一辆汽车上安装的数量也越来越多，配备门窗升降器电动机（俗称摇窗电机）的电动窗系统便是被国外大多数车型作为标准配件选用。
国内的很多汽车生产厂家也开始在很多轿车上将电动窗作为标准配置，在其他轿车、客车等车型上作为可选配置，使摇窗电机的需求量不断提高，1999年全国玻璃升降器产量为313．6万门，其中电动升降器约占25％。
随着轿车大规模进入家庭的日益临近，电动升降器所占的比率会逐步上升，预计到2005年，客车与轿车的总产量将达180万辆左右，摇窗电机的需求量将非常可观。
电动玻璃升降器在国外中高档车上应用已很普通，由于其结构复杂、成本高、且国内小型电机产品性能不稳定，故目前在我国汽车产品中应用尚少。
可以预见，随着我国汽车设计、制造水平的提高，电动玻璃升降器将越来越多地应用于汽车产品。
目前我国汽车玻璃升降器产品的主要发展方向：
1）改进产品制造质量，提高使用可靠性。
2）提高零件通用性。
3）减小零件质量，使结构更加紧凑。
1.2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1.1
表1.1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
吉林省红钴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1.2
表1.21999年玻璃升降器总产量即主要厂商比较
产品名称
全国总销量
主要生产商
年销量（万只，电动）
市场占有率（%）
玻璃升降器
311.6万只
上海实业交通电器有限公司
42.48
13.6
张家港博泽汽车部件有限公司
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56.61万辆发展到110~121万量；客车由41.82万辆发展到55~68万量；卡车由58.19万辆发展到106.121万辆。
玻璃升降器的总产量从表1.2与表1.3比较看出，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22.8%到2007年达到30%。
表1.3汽车需求量及玻璃升降器发展数量
车型
2005年需求量（万量）
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
1.3主要技术指标情况
我国于1981年推行了JB2882—8l《载重汽车用玻璃升降器技术条件》标准，在此标准的基础上，根据我国汽车玻璃升降器的制造使用及检测情况，并参照国际上有关的先进技术指标及数据，修改制定了汽车行业标准QC／T29026--91《汽车用玻璃升降器试验方法》和QC／T29027—91《汽车用玻璃升降器技术条件》，并于1991年颁布实施，该标准对于汽车玻璃升降器的基本技术性能及测试方法作了明确的规定。
由于目前我国大量使用的主要为臂式玻璃升降器，其它类型特别是柔式玻璃升降器尚缺乏有关的技术资料和技术数据，故上述标准仅适用于臂式玻璃升降器，其它类型玻璃升降器亦可参照执行。
改革开放以来我国汽车行业依靠技术引进及合资，使我国汽车行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，在国内制定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定了QC/T636-2008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，集合我国电动玻璃升降器的实际情况，在分析实验的基础上而制定的。
这将对规范我国电动玻璃升降器的设计，制造，实验技术起到指导作用。
1.4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，其使用放表，安全，舒适的特点已被越来的越多的人接受配套市场的天地是广阔的。
随着汽车工业的法杖，电动玻
璃升降器呈现只能性，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，他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具有这种放夹功能。
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，降低生产成本，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，因此提车了模块供货的要求，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。
第2章汽车玻璃升降器的结构工作原理与技术参数
2.1结构及工作原理
电动玻璃升降器从其结构特点上分，大致可分为；绳轮式、叉臂式、软轴式。
其结构特点及配套车型如表2.1所示。
表2.1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。
由电动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，钢丝绳在带动导轨上的传动作上下运动，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。
上海：
桑塔纳
一汽：
奥迪
一汽：
捷达
二汽：
富康
上海：
别克
广州：
雅阁
上海:
帕萨特
叉臂式
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。
由电机传动轴上的小齿轮带动叉臂中的长臂上的扇形齿轮在一定角度内旋转，改变长臂与短臂的夹角，起到升降玻璃的作用
该结构能适用负载较大车门玻璃，结构简单，制造成本低，用于车门玻璃弧度较小的车门。
一汽：
金杯海狮面包车
柳汽：
三菱MPV面包车
天津：
夏利
软轴式
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，软轴上传动带动玻璃上下运动，起到玻璃升降的作用。
该机构简单，制造工艺比较复杂。
北京：
切诺基
南京：
依维柯
图2.2车门玻璃升降器的型式
a）单臂式；b）交叉臂式；c）平行双臂式；d）绳轮式；ef）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
2.2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2.3排列以供参考
表2.3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
GM978Buick
雪铁龙
B284250
稳定电压
12v
12V
12V
13.5V
工作电压
11-15v
9-15V
9-16V
10-16V
最大消耗电流
28A
25A
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3-6秒
3.0±0.1s
＞16cm/s
剩余力
按图纸规定
100N-200N
178N-355N
＞300N
自锁性
500N
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
IPX5
PDW5033
B304410（2型）
耐久性
前门15000循环
后门7500循环
前门12500循环
后门7500循环
前门14250循环
后门7500循环
从表2.3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，剩余力最大要求达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、传动机构都提出了更高的要求。
2.3本章小结
本章主要介绍了电动玻璃升降器的结构工作原理，结构形式和对国内主要技术指标的对比，了解国内外电动玻璃升降器的差距。
第3章玻璃升降器的设计方案
3.1车门玻璃的确定
目前几乎所有车门玻璃都采用钢化曲面玻璃。
曲面玻璃在轿车上得到了广泛的应用，曲面玻璃可以有效的利用车内空间，减少车门厚度，并且外形美观，使车身更趋于流线型，车室内的宽度也有所增大。
但曲面玻璃在制造上有一定的难度，并且在升过程中容易发生卡滞，一般将曲面玻璃的球面弦高控制在4mm以下。
轿车车门玻璃面主要分为五种类型：
1、圆柱面玻璃——这种玻璃生产的工艺比较简单，但是对整车的造型美观方面影响；
2、斜圆柱玻璃——在布置玻璃圆断面方向时尽可能与玻璃导槽的方向一致，这导槽的模拟就是一个圆，玻璃的升降布置比较顺畅；
3、圆环面玻璃——这种玻璃的滑槽的设计相对比较简单一些，因为切出来的曲的曲率变化相对较小；
4、啤酒桶面玻璃——很多玻璃均采用这种形式，玻璃的生产艺相对复杂一点，但是更能保证车身整体的美观；
5、任意的A面——对于这种曲面的玻璃，主要就是去近似拟合一下滑槽，只要满足相应的要求就好了，但是自由曲面玻璃在制造上有一定的难度，并且在降过程中容易发生卡住现象。
车门玻璃的形状、大小、位置的确定是顺利实现玻璃升降布置的前提，也是车门布置的重要内容。
玻璃形状和窗口处造型形状及窗框结构密切相关确定时应本着尽量逼近外形的原则，并保证玻璃沿导轨顺利升降。
逼近外形是指车门玻璃的大小、形状与车身造型所要求的窗口一致，并尽量使玻璃外表面与车身外表面贴近。
首先玻璃中心线的曲率和趋势应逼近外表面线，其次是保证玻璃沿导轨顺利升降，玻璃前后两边导轨平行且具有足够的导向段，并要求导轨的曲率保持不变。
图3.1车门玻璃
车门玻璃普遍采用安全钢化玻璃，厚度多为3.2mm、3.5mm。
随着人们审美观的不断提高，对整车造型要求也越来越高，为了与整车造型风格相匹配，车门玻璃由以往的单曲率渐变为双曲率。
但为了满足工艺要求，设计阶段玻璃最小曲率半径R最好能大于1500mm，避免因工艺难度太大而导致的制造成本增加、产品合格率降低。
一般大型货车玻璃玻璃实际运动轨迹的圆弧半径或曲率半径R在3000~4000之间，微型客车在2000~3000mm之间，轿车一般在1500~2300mm之间，一些跑车、造型特别的概念车可能会小于1500mm，门框高H一般说来货车＞微型＞于轿车，在350~600mm之间。
选取R=2000，门框高H=400,总挠度B=10.02mm。
3.2玻璃升降器的选择和布置
图3.2电动升降器
1．玻璃安装槽板2.扇形齿轮3.电机组4.涡轮蜗杆小齿轮5.升降臂
当玻璃托槽跟随玻璃由上止点运行到下止点时，在方向上发生的最大总变形量称为总挠度B，值对升降器的运行阻力、弹性变形以及耐久性有重要影响，日值太小玻璃与腰线密封胶条的压力值小，密封不好；值太大升降器变形大，玻璃与胶条摩擦力大，容易发生永久性变形。
考虑到升降器本身允许的最大弹性变形以及车门的密封需要，日值根据车型大小一般在8-18mm之间。
大尺寸的升降器值可以取大一些，小尺寸的升降器B值可以取小一些。
值在8-14mm之间时选用适应变形能力一般的交叉臂式升降器；而值在l4—18mm之间时选择适合变更大的绳轮式升降器；当值大于18mm时，绳轮式升降器钢丝布置与导轨圆弧发生的干涉量过大，钢丝绳容易与导轨圆弧发生强力摩擦而损坏，需要选择其他不常用类型的升降器。
因此，应尽量避免将车窗玻璃轨迹线的圆弧半径设计的过小，导致日值过大而给升降器布置设计造成困难。
B值在8-14mm之间选用适应能力一般的交叉臂式，在14-18mm之间选用绳轮式。
图3.3齿轮交叉臂式
图3.4升降器压缩、引张量
1）上止点压缩量：
a≤12mm
2）最大引张量：
b≤9.3mm
3）下止点压缩量：
c≤25mm
升降器布置以经验值来判断，但不是绝对的，最终的参数确定需要经过校核，其推荐值如表3.1所示。
表3.1升降器布置尺寸推荐值
序号
变量
内容
推荐值
1
a
玻璃托架与玻璃导槽夹角
≤104°
2
b
上止点滚轮间距
≥200mm
3
c
下止点滚轮间距
≥190mm
4
d
滚轮中心到止点余量
≥10mm
5
e
举升臂滚轮的余量
≥10mm
6
f
平衡臂滚轮中心的余量
≥10mm
7
g
马达到内手柄间隙
≥5.6mm
8
h
玻璃残余量
3mm≤h≤5mm
升降器与玻璃中心的关系
玻璃升降器在H方向的配置：
以玻璃下边缘为基准，放置在中间，在L方向，以玻璃中心为基准，玻璃中心与臂交叉点距离为S，S≤60mm，如图3.5所示。
图3.5叉臂交点与玻璃重心的关系
3.3升降器厚度、安装进准面的确定
升降器器厚度是指升降器理想运动平面到升降器安装基准面之间的平行距离；升降器安
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