董濤

(上海實(shí)業(yè)交通電器有限公司,上海 200030)

0 引言

汽車玻璃升降器的功能是實(shí)現(xiàn)車窗玻璃上升與下降，同時(shí)實(shí)現(xiàn)將汽車玻璃固定在車窗的任意位置。針對(duì)環(huán)境溫度對(duì)汽車玻璃升降系統(tǒng)載荷和電機(jī)性能的影響，主機(jī)廠會(huì)對(duì)玻璃升降器的運(yùn)行速度制定不同的標(biāo)準(zhǔn)要求。本文作者通過對(duì)不同環(huán)境溫度下玻璃升降系統(tǒng)載荷和電機(jī)性能的變化進(jìn)行相關(guān)研究，在設(shè)計(jì)階段有效規(guī)避低溫環(huán)境下玻璃升降器運(yùn)行緩慢的現(xiàn)象。

1 玻璃升降器的介紹

汽車玻璃升降器的種類包含臂式玻璃升降器和繩輪式玻璃升降器。臂式玻璃升降器可分為叉臂式玻璃升降器與單臂式玻璃升降器，而繩輪式玻璃升降器又分為雙導(dǎo)軌繩輪式玻璃升降器和單導(dǎo)軌繩輪式玻璃升降器。文中采用單導(dǎo)軌繩輪式玻璃升降器，整個(gè)玻璃升降器組成部分如圖1所示。當(dāng)電機(jī)通電時(shí)，電機(jī)的扭矩通過卷絲筒帶動(dòng)鋼絲繩收放，鋼絲繩通過滑輪換向，從而帶動(dòng)玻璃托架沿著導(dǎo)軌上下運(yùn)動(dòng)[1]。

圖1 繩輪式升降器結(jié)構(gòu)圖

2 汽車玻璃升降系統(tǒng)載荷計(jì)算[2-3]

2.1 玻璃升降系統(tǒng)載荷的構(gòu)成

以某品牌汽車的前門為例，玻璃上升時(shí)的系統(tǒng)阻力如圖2所示。

圖2 玻璃上升時(shí)的受力分析圖

由圖2可以看出，玻璃上升時(shí)，升降器系統(tǒng)載荷為：

F0=f1+f2+f3+Gcosθ

其中：f1、f2，f3分別為玻璃A柱、玻璃B柱、內(nèi)外水切的阻力，N；

L1、L2、L3分別為玻璃A柱、玻璃B柱、內(nèi)外水切的長(zhǎng)度，100 mm；

G為玻璃的重力，N；

θ為玻璃與重力垂直方向的傾斜角，(°)。

提拉力

式中：η為升降器機(jī)構(gòu)的效率。

2.2 玻璃上升速度的計(jì)算

玻璃升降器的運(yùn)行速度主要由電機(jī)的轉(zhuǎn)速和卷絲筒的半徑?jīng)Q定，即

式中:v為玻璃運(yùn)行速度，mm/s；n為電機(jī)的轉(zhuǎn)速，r/min；R為卷絲筒半徑，mm。

電機(jī)的輸出扭矩M=F·R，利用計(jì)算出的電機(jī)輸出扭矩，再根據(jù)該工況下的電機(jī)性能曲線圖，即可得出該電機(jī)的轉(zhuǎn)速，根據(jù)玻璃升降器的運(yùn)行速度公式即可得出該工況下的玻璃上升速度，圖3為升降器電機(jī)與卷絲筒的連接方式。

圖3 升降器電機(jī)與卷絲筒連接方式

3 不同環(huán)境溫度下玻璃的上升速度研究[4-5]

針對(duì)環(huán)境溫度對(duì)汽車玻璃升降系統(tǒng)載荷和電機(jī)性能的影響，主機(jī)廠會(huì)對(duì)升降器的運(yùn)行速度制定不同的標(biāo)準(zhǔn)要求，表1為某主機(jī)廠對(duì)不同環(huán)境溫度下的升降器運(yùn)行速度要求。

表1 不同環(huán)境溫度下升降器運(yùn)行速度要求

汽車玻璃升降器在每種環(huán)境溫度下的運(yùn)行速度是否能夠滿足主機(jī)廠的要求，設(shè)計(jì)前期就需要知道以下幾點(diǎn)：(1)汽車玻璃系統(tǒng)載荷F0隨環(huán)境溫度的變化，即膠條和水切的壓縮載荷和摩擦因數(shù)隨溫度的變化；(2)直流電機(jī)不同環(huán)境溫度下的性能曲線；(3)升降器機(jī)構(gòu)在不同環(huán)境溫度下的運(yùn)行效率。

表2為某主機(jī)廠玻璃升降系統(tǒng)載荷在不同環(huán)境溫度下的具體數(shù)值。

表2 玻璃升降系統(tǒng)載荷在不同環(huán)境溫度下的數(shù)值

由表2可知，玻璃升降系統(tǒng)載荷隨溫度的變化如圖4所示。

圖4 玻璃升降系統(tǒng)載荷隨溫度的變化

升降器運(yùn)行效率隨環(huán)境溫度的變化如圖5所示。

圖5 升降器運(yùn)行效率隨溫度的變化

圖6 提拉力隨溫度的變化

根據(jù)電機(jī)的輸出扭矩公式M=F·R，設(shè)計(jì)階段選擇半徑R=23.5 mm的卷絲筒，則不同環(huán)境溫度下，需要電機(jī)提供的輸出扭矩M隨環(huán)境溫度的變化如圖7所示。

圖7 電機(jī)輸出扭矩隨溫度的變化

圖8 環(huán)境溫度0 ℃時(shí)電機(jī)性能曲線

圖9 環(huán)境溫度-10 ℃時(shí)電機(jī)性能曲線

圖10 環(huán)境溫度-20 ℃時(shí)電機(jī)性能曲線

圖11 環(huán)境溫度-30 ℃時(shí)電機(jī)性能曲線

4 結(jié)論

(1)文中通過對(duì)不同環(huán)境溫度下膠條和水切的壓縮載荷和摩擦因數(shù)進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究，得出玻璃升降系統(tǒng)載荷隨溫度的變化曲線。

(2)通過對(duì)不同環(huán)境溫度下電機(jī)的性能研究，得出玻璃升降器在不同環(huán)境溫度下的運(yùn)行速度，在設(shè)計(jì)階段電機(jī)選型時(shí)，有效避免了在低溫環(huán)境下，玻璃上升緩慢問題，滿足在低溫環(huán)境工況下主機(jī)廠對(duì)玻璃升降器運(yùn)行速度的設(shè)計(jì)要求。