车门玻璃升降系统设计方法浅析

changanyanglei

1引言
车门玻璃升降系统是整车开闭件的重要组成部分，对开闭件系统乃至整车的质量起着重要的作用。玻璃升降系统一旦失效，就会给行车安全带来隐患，影响整车品质。由此可见其安全性、可靠性在整车中显得至关重要。所以该系统的设计必须要保证车门玻璃的平稳升降，同时要具备良好的密封性。本文重点介绍该系统的设计要点及如何借助计算机软件有效进行设计阶段的校核分析。
2车门玻璃升降系统的组成
汽车车门玻璃升降系统主要包括车门玻璃、玻璃呢槽、内外劈水条、玻璃导轨、玻璃升降器总成。如图1所示。

1. 车门玻璃   2. 玻璃呢槽   3. 内外劈水条   4. 玻璃导轨   5. 玻璃升降器总成
图1玻璃升降系统组成
玻璃导轨和窗框共同组成玻璃导向与保护机构。导轨内与玻璃接触的部位装有玻璃呢槽，玻璃呢槽主要起到导向、密封功能，在行车和关闭车门时吸收玻璃的振动，同时玻璃呢槽还能起到美化、减小玻璃与车门外板的高度差、降低空气阻力的作用。玻璃升降器主要是支承和保护玻璃，使玻璃升降能随意停位。
3车门玻璃升降系统的分类
玻璃升降器是玻璃升降系统的主要组成部分，按照玻璃升降器的结构形式，该系统主要分为臂式传动和绳轮式传动（或尼龙带传动）两种结构形式。按照驱动形式分为电动、手动两种形式。电动钢丝绳式传动路线为电机→减速器→钢丝绳卷筒→钢丝绳→玻璃托架→玻璃升降运动。电动臂式传动路线为电机→蜗杆→涡轮→小齿轮→扇形齿轮→升降臂→玻璃安装槽板→玻璃升降运动。手动相对于电动，主要是以手摇柄代替电机来驱动玻璃升降。如图2、图3所示。

1. 绳轮   2. 电机及减速器   3. 卷筒   4.玻璃托架
图2 绳轮式升降器（电动）



1. 玻璃安装槽板  2. 扇形齿轮  3.电机  4. 蜗杆、涡轮、小齿轮  5. 升降臂
图3 臂式升降器（电动）
4车门玻璃升降系统的设计要点
车门玻璃升降系统必须要保证车门玻璃升降平稳，并且当停止转动手摇柄或操作按钮时，玻璃能随意停位，不因汽车的颠簸而上下跳动；锁止车门后，能防止人用外力非法将玻璃降下而进入车内；玻璃与玻璃呢槽之间要具备良好的密封性。为了实现以上功能，设计中系统各零部件之间的尺寸匹配是非常重要的 。
4.1车门玻璃、玻璃导轨、玻璃呢槽、内外劈水条设计要点
车门玻璃、玻璃导轨、玻璃呢槽之间的匹尺寸匹配在车门玻璃升降系统中是至关重要的。其匹配的合理性将直接影响到车门玻璃的升降阻力及密封性能。
4.1.1车门玻璃设计要求
车门玻璃现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。
4.1.2玻璃导轨设计要求
玻璃导轨多为滚压件，主要包括本体与安装支架两部分，如图4所示。设计一定要确保安装支架的强度，现多采用1.5～2mm料厚的支架。支架结构必须具备加强筋、翻边等特征以确保其强度。以下是某款轿车导轨安装支架设计优化后有效地解决了玻璃运动过程中抖动问题的案例。通过增加安装支架翻边、增加料厚的方法进行了设计优化，提高了导轨强度。避免了因导轨强度较弱而产生的玻璃运动平稳性差的问题。如图5所示。


1. 本体   2.安装支架
图4  玻璃导轨构成

            
初始状态 （t=1.2mm）                设计优化后状态（t=2mm）
图5 导轨支架优化方案示意
4.1.3玻璃呢槽设计要求
车门玻璃的两侧和上部都靠玻璃呢槽进行密封，呢槽材料为三元乙丙橡胶（ EPDM ），通常硬度为70～80 （邵尔A）。呢槽装配在玻璃导轨内，能起到缓冲和弥补玻璃导轨制造偏差的作用。为了减小玻璃升降时的摩擦阻力，呢槽唇形部位与玻璃面接触部分需进行表面处理，一般有两种方法：静电植绒、聚氨酯喷涂。静电植绒厚度一般为0.5mm～0.8mm，聚氨酯喷涂厚度一般为0.015mm～0.02mm。静电植绒及聚氨酯喷涂的质量将直接影响到玻璃升降的阻力，所以在设计中对其耐磨性一定要严格要求。如表1。
表1  表面处理耐磨性要求
项目        试验条件         指标         要求
聚氨酯
喷涂        干磨        1) 磨耗压力为4.9N；                        2) 将试样放置在室温20±2℃、相对湿度65±5％的环境中12h后磨损；                           3) 速度60～65次/min.        ≥10000次        磨耗后不允许
露出基体
        湿磨        1) 磨耗压力为4.9N；           2) 将被测样条放置在室温20±2℃、相对湿度65±5％的环境中12h后，截取试样于20±2℃    的水中再浸泡1h后取出，在湿润状态下磨损，并保持湿润，适时向试样上滴水。                          3) 速度60～65次/min.        ≥10000次        磨耗后不允许
   露出基体
静电
植绒        干磨        1) 磨耗压力为4.9N；                        2) 将试样放置在室温20±2℃、相对湿度65±5％的环境中12h后磨损；                           3) 速度60～65次/min.        ≥10000次        无明显毛束脱落，
无裸露部位
        湿磨        1) 磨耗压力为4.9N；            2) 将被测样条放置在室温20±2℃、相对湿度65±5％的环境中12h后，截取试样于20±2℃    的水中再浸泡1h后取出，在湿润状态下磨损，并保持湿润，适时向试样上滴水。                           3) 速度60～65次/min.        ≥10000次        无明显毛束脱落，
无裸露部位
备注：磨耗往复一次计为一次
4.1.4内外劈水条设计要求
劈水条主要是防止灰尘、雨水进入车内，同时还有隔音，减少赃物挂在车门玻璃上的作用。劈水条一般多为软质聚氯乙烯（PVC）和钢带挤出成型，与玻璃摩擦的表面需进行表面植绒以降低玻璃升降阻力。植绒耐磨性同时要满足表1的要求。
4.2系统各零部件之间的尺寸匹配要求
玻璃升降系统各附件之间的尺寸匹配将直接影响到玻璃升降的平稳性、可靠性。是车门玻璃升降系统设计的关键。因车门玻璃大多数是靠自重成型的，根据该工艺特点，玻璃制造精度不是很高，国内目前玻璃轮廓尺寸公差一般能达到表2的要求。同时考虑到玻璃导轨、呢槽的制造偏差，设计时要重点关注系统各零部件间的尺寸匹配。表3是对不同车型参数进行总结归纳而形成的设计参考值。只有系统合理的尺寸匹配，才能设计出既满足玻璃升降阻力，又能满足密封性能要求的车门玻璃升降系统。尽管不同车型，呢槽、劈水条断面形式会各有差异，但其压缩量基本在表3所示范围之内。表3中各参数定义如图6所示。
表2 玻璃轮廓尺寸公差
项目        基准轮廓边         一般轮廓边
公差（mm）         ±0.75        ±1

表3 系统匹配尺寸设计参考值
序号        设计要点        设计参考数值        备注
1        呢槽与玻璃根部间隙a（mm）        2～2.5        确保车门玻璃密封性能，避免玻璃升降阻力过大
2        呢槽与玻璃压缩量b（mm）        1.2～2.2       
3        玻璃在呢槽中插入量c（mm）        4～6       
4        劈水条与玻璃压缩量d（mm）        1.2～2.2       
5        玻璃与玻璃导轨弧度相匹配       


1. 玻璃导轨  2. 车门玻璃  3.玻璃呢槽  4. 门内饰板  5. 外劈水条  6. 内劈水条
图6 匹配尺寸定义
玻璃呢槽、内外劈水条、玻璃之间合理的尺寸匹配，是为了确保车门玻璃具有良好的密封性、合适的玻璃升降阻力。升降器导轨与玻璃、玻璃导轨弧度的匹配是确保升降系统正常升降的关键。实车中出现的玻璃升降卡滞等问题大多是系统弧度不匹配所导致的。系统弧度匹配通常的设计思路是，根据整车造型设计玻璃大面→基于玻璃大面的弧度来设计玻璃导轨弧度→玻璃沿导轨运动，并通过计算机软件跟踪其轨迹，形成玻璃升降器的运动轨迹线→通过升降器的运动轨迹线构造出升降器导轨。特别注意，车门前后两根导轨要是平行关系。
4.3车门玻璃升降系统设计校核
玻璃升降系统是整车开闭件重要组成部分之一，其位置布置及运动状态比较复杂，设计完成后必须进行相关的设计校核。
4.3.1总布置校核
主要包括装配工艺可行性分析，以及玻璃升降操作按钮是否满足人机工程等。车门内外板之间的空间一般是有限的，特别是一些微型车，玻璃升降器等附件的装配空间往往比较紧凑。设计阶段一定要进行装配模拟分析，或者通过制作手工件等方法进行装配可行性验证。以降低整车研发试制的风险，确保装配的可操作性、方便性。
4.3.2空间校核
车门系统属于整车开闭系统，其附件工况比较复杂，设计中必须进行运动空间的校核。在车门锁体、车门限位器、车门玻璃处于不同状态下时分别进行安全间隙的校核。通常情况下，这些运动件之间的最小间隙要≥15mm。
4.3.3玻璃运动分析校核
在产品设计中，可以借助计算机软件对运动物体轨迹进行分析，可以初步判断设计的运动机构是否满足要求，有时还可以判断干涉问题。下面以某款汽车前门玻璃升降系统为例，具体介绍如何使用计算机软件（CATIA）进行玻璃升降系统的运动分析。如图7。
步骤1：进行玻璃、玻璃导轨的装配设计；
步骤2：求解玻璃大面与玻璃导轨的相交线L；
步骤3：在交线L上 取2点，在玻璃大面上取1点；
步骤4：通过CATIA 软件中的点-曲线铰、点-面铰进行运动分析；
步骤5：检查不同运动状态下的玻璃面与原始玻璃大造型面的偏差，对于单曲率玻璃，偏差值应为0，对于双曲率玻璃，偏差值应≤1mm。

图7 运动校核分析
5结束语
车门玻璃升降系统是车门系统中运动件的重要组成部分，其设计过程比较复杂，需系统考虑各相关部件之间的匹配。本文结合实际工作中的案例，梳理了设计过程中的要点，并借助于计算机软件进行了运动校核，经实车验证取得了预期的效果。
参考文献
[1]《汽车工程手册》编辑委员会.汽车工程手册设计篇. 人民交通出版社，2001

lijianmars

好东东，学习一下。

影子李

回复 1# changanyanglei


    请问楼主，文中的运动校核部分，双曲率玻璃在行程中任意位置需与玻璃A面偏差不小于1mm，楼主说的是这个意思吗？

lshengk

楼主，关于升降器安装座的布置也请讲讲，谢谢！

阿斯顿飞

概述得蛮系统

lrl223

楼主们好啊，先来介绍一下我是干什么的，我做汽保设备，包括大型设备哦，需要我帮助的话可以加我qq1269529212，我一定会尽我所能帮助大家的，先谢谢咯！

dodo927

此文不是很靠谱

头皮哥

不错的资料，哈哈，小弟有2个问题想请教：
1、耐摩擦试验使用什么东西摩擦的，是玻璃么，还是直接玻璃升降耐久试验，如果是玻璃升降耐久试验每分钟60~65次是不是太快了啊？
2、整车玻璃只有前后风窗是采用重力成型的，并且是前后风窗型面简单的情况，如果复杂需要用压力成型，车门玻璃采用滚压成型的，如果采用重力成型只能保证边缘吻合度，玻璃型面与大面会有很大差距，这对车门玻璃升降的影响是灾难性的。

以上言论仅供讨论，哈哈。

FCC产品部

konata

一张图都看不见，不过还是谢谢了

lshengk

觉得讲得很浅，不是很靠谱

dese1987

那个1mm就是所谓的挠度吧，不知道有多少车设计的时候能达到，还有那个最小间隙15，有必要这么大么？

小螺号007

刚入行，学习一下

河de第三条岸

学习学习……谢谢楼主

Mrgylemon

还是要上图才能看清楚

魔_羯

头皮哥 发表于 30-6-2011 22:04
不错的资料，哈哈，小弟有2个问题想请教：
1、耐摩擦试验使用什么东西摩擦的，是玻璃么，还是直接玻璃升降 ...

关于第一个问题，楼主的耐久试验明显是玻璃导槽（呢槽）的耐久试验，试验过程可以参考QCT711，升降器耐久每分钟做60次不大现实，国标参考QC636，我们公司的技术条件里升降器上升速度是（200±30%）mm/s，一分钟能有5+个循环就很好了。第二个问题我知道的不多，但是如果型面尺寸差距太大的话，检具检测时能过吗？