韋思意 余輝 向慧芳

【摘 要】玻璃升降系統(tǒng)問題數(shù)量一直高居車門區(qū)域質(zhì)量問題排行榜，因此開發(fā)一個優(yōu)異的玻璃密封截面至關(guān)重要。文章從某車型開發(fā)過程中幾種設計方案之間的對比分析入手，展示了玻璃密封設計過程中需要考慮的各種因素，為后續(xù)的玻璃密封設計提供借鑒與參考。玻璃密封設計需要考慮的因素很多，需要我們進一步研究與探索。

【關(guān)鍵詞】玻璃密封；玻璃升降；設計；截面

【中圖分類號】U463 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）02-0115-04

隨著社會的發(fā)展，汽車逐漸普及，人們對汽車玻璃密封的要求也逐步提高。在滿足正常的玻璃密封的情況下，人膠對玻璃的正常升降的順暢度、玻璃密封相互間的配合及外觀等要求也不斷提高。然而，初期的汽車開發(fā)因技術(shù)水平不高及經(jīng)驗有限等原因，各方面的考慮不很全面，僅能滿足以前的使用需求。在汽車工業(yè)高速發(fā)展的今天，玻璃密封的各項性能已經(jīng)明顯不能滿足客戶對玻璃密封的要求。本文以公司某主打車型為例，該車在產(chǎn)品開發(fā)之初就定義了很高的標準，希望能開發(fā)一款滿足市場需求的、深受用戶喜愛的成功車型。筆者針對玻璃密封設計開發(fā)及造車過程中遇到的問題，提出解決方案，為大家展示玻璃密封設計的一些細節(jié)。

1 最初方案及分析結(jié)果

玻璃密封是整車密封的重要組成部分，一般的密封包括防水、防塵、防風、防噪，而玻璃的密封還需要考慮到行駛震動的吸收、關(guān)門過程的緩沖等問題。因此，玻璃密封的設計是否合理，不僅關(guān)系到密封的基本要求，還將直接關(guān)系到整車風噪性能（即NVH）、玻璃升降的順暢度、汽車外觀等一些十分關(guān)鍵的指標，必須予以充分的重視。NVH是玻璃密封設計甚至整車設計都必須考慮的一個問題。風噪性能差，行車過程中客戶聽到的噪音比較大，會影響到客戶的滿意度。玻璃升降的順暢度，則直接關(guān)系到客戶對整車功能的控制。玻璃升降過程出現(xiàn)卡滯、升降緩慢等問題，將直接導致客戶的投訴。外觀直接影響到客戶對整車的第一印象。總而言之，汽車產(chǎn)品必須滿足客戶的視覺、聽覺、嗅覺、觸覺等各方面的感知要求。

該車型在設計之初，基于時間等因素的考慮，玻璃密封的結(jié)構(gòu)需要借鑒上一代產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式，上一代產(chǎn)品的密封截面如圖1所示。密封截面中相互配合的零件包括玻璃、玻璃導槽、玻璃導槽密封條、門鈑金。

工藝上，我們一般通過焊接包邊將玻璃導槽和鈑金連為一體，并將玻璃導槽密封條裝入導槽卡緊，然后再裝配好玻璃。實現(xiàn)玻璃的密封，主要是靠玻璃導槽密封條實現(xiàn)，以變形部分在固定和運動件間實現(xiàn)密封，但是結(jié)構(gòu)上相互間的配合也會對密封條的密封效果影響非常大。下面我們來分析一下此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點和缺點。

采用上述結(jié)構(gòu)的優(yōu)點體現(xiàn)在以下幾個方面：{1}大量借用成熟零件，可以減少設計風險，縮短設計時間，盡快將產(chǎn)品投放市場。{2}對車型的共線生產(chǎn)十分有益。{3}結(jié)構(gòu)相對簡單，零件在使用過程中會比較穩(wěn)定。

但是，這種設計結(jié)構(gòu)也存在比較大的風險，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：{1}影響外觀，膠條包住鈑金，大量出現(xiàn)在客戶的視線中，影響整車美感。{2}不利減重，且成本較高；唇邊比較厚，厚的唇邊需要更多的原材料，造成重量及成本增加。{3}無法有效阻隔風噪，NVH性能較差。{4}夾持力（即膠條唇邊提供給玻璃的保持力）不足，主要受唇邊和玻璃的重合量及膠條的壓縮負荷決定。{5}膠條倒刺特征較多，會增大膠條的插入力，不利于裝配。

基于以上需要改進的問題，我們對該結(jié)構(gòu)進行第一次優(yōu)化。

2 第一次改進方案

在最大限度地保持原結(jié)構(gòu)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，我們對膠條局部進行了優(yōu)化，主要修改了大小唇邊的結(jié)構(gòu)形式及減少了膠條與鈑金配合面的倒刺數(shù)量。

改進后的玻璃密封截面如圖2所示。

對該結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計后，實現(xiàn)了以下幾點的改進：{1}優(yōu)化唇邊結(jié)構(gòu)，有效地增加對玻璃的夾持力，不易產(chǎn)生異響等問題。{2}由于膠條倒刺的減少，有效地減少了插入力，有利于裝配。{3}最大限度地保持了原結(jié)構(gòu)的形式，降低設計風險。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化之后，我們進行了實際的造車驗證，然而在造車后，我們在實車上發(fā)現(xiàn)不但沒有解決原先的問題，還出現(xiàn)了新的問題：{1}膠條包住鈑金的結(jié)構(gòu)形式?jīng)]有解決，外觀問題依然存在。{2}玻璃升起的過程比較困難，分析為夾持力偏大引起，屬于新出現(xiàn)的問題。{3}不利于裝配的問題雖然得到緩解，但仍然存在。{4}鈑金的焊接有誤差，會改變膠條對玻璃的夾持力，使夾持力水平不一致（不同的車上焊接偏差不一樣，夾持力水平也不一樣），也屬于新出現(xiàn)的問題。{5}截面結(jié)構(gòu)沒有優(yōu)化，無法有效地阻隔風噪，NVH性能較差。

以上問題如果得不到解決，就無法實現(xiàn)項目的開發(fā)目標，生產(chǎn)出的產(chǎn)品也不會讓客戶滿意，這有悖于公司的宗旨。因此，制訂一套新的方案以有效地解決以上問題顯得十分必要。

3 第二次改進方案

基于以上考慮，為有效地解決目前存在的問題，實現(xiàn)項目的定位目標，在原方案的基礎(chǔ)上，提出了第二次改進方案。第二次方案對整個結(jié)構(gòu)進行了改進，包括鈑金結(jié)構(gòu)等（如圖3所示）。

第二次改進方案實施過程中，每一個問題我們都找出了原因并制定了對策，理論上可以比較圓滿地解決第一次結(jié)構(gòu)改進后存在的不足。

（1）對于外觀問題，盡量少地裸露膠條可以有效地提高美觀度。鑒于此，我們?nèi)∠四z條的包鈑金結(jié)構(gòu)，修改成小唇邊和鈑金匹配的結(jié)構(gòu)。這不僅提高了汽車產(chǎn)品的美觀度，還達到了減重降本的目的；同時，對于密封條截面的目標，我們對其截面厚度也進行了優(yōu)化，可以進一步實現(xiàn)減重降本的目標。

（2）夾持力缺少衡量指標，導致產(chǎn)品夾持力不是低于預期就是高于預期。對此，我們再一次優(yōu)化唇邊結(jié)構(gòu)，同時定義壓縮負荷，以衡量并約束產(chǎn)品的夾持力水平。壓縮負荷是膠條每100 mm的單位長度變形可以提供的力的大小。同時也定義了膠條變形量與力的變化的關(guān)系，可以有效地約束產(chǎn)品的夾持力水平。新的截面壓縮負荷為6 N/100 mm。

（3）不利于裝配的問題經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，膠條推送到底部后倒刺還沒能進入卡槽，需要進一步施加力量使膠條發(fā)生變形后，底部受壓變形時倒刺才能卡入到位。對此，我們在膠條底部預留了一部分空間，使膠條推送到底地時倒刺就可以順利卡住，有效地解決了裝配困難的問題。

（4）內(nèi)板和導槽通過焊接的形式連接，焊接工藝穩(wěn)定性不高，會存在不同程度的偏差甚至超差，而原設計膠條唇邊直接和鈑金接觸，這樣鈑金的偏差會直接導致膠條產(chǎn)生位置偏移，進而導致額外的變形而影響到了夾持力。對此，我們也在鈑金和膠條間預留了一部分間隙以有效地提供容差，焊接的偏差在一定范圍內(nèi)不會影響到膠條的位置。預留的間隙如圖3中的h所示。

（5）在不增加導槽唇邊數(shù)量的情況下，玻璃端面和膠條的距離是影響風噪的關(guān)鍵因素。對此，我們做了大量的試驗以確認最合適的間隙預留，在保證不產(chǎn)生故障的情況下，進一步減少玻璃端面和膠條的間隙，從而提高風噪性能。預留的間隙如圖3中的h所示。

在以上所有的優(yōu)、缺點中，我們比較關(guān)注的是膠條提供給玻璃的夾持力，夾持力過小，會導致關(guān)門時因?qū)ΣＡУ募s束不足，玻璃因慣性晃動較大而產(chǎn)生異響和碰撞損壞產(chǎn)生功能失效等問題；夾持力過大則會導致升降困難，甚至產(chǎn)生升降卡滯、失效的問題。因此，在項目初期，我們初步計算出夾持力水平是否可以滿足使用要求顯得十分必要。下面我們就來簡單地分析一下玻璃的受力情況，以確定是否會導致有過大的晃動及升降時受力是否過載等問題。

為了便于分析該處的受力情況，我們將玻璃受力進行簡化，假定玻璃關(guān)門時的運動方向只受到密封條的夾持力。小唇邊提供給玻璃的保持力為F 1，大唇邊提供給玻璃的保持力為F 2，當關(guān)門時玻璃的移動速度為v。

由物理學動量定理知識可知：

F×t=△v×M

假設玻璃質(zhì)量M為3 kg，關(guān)門速度△v為1.2 m/s，玻璃回彈瞬間用時t約0.03 s，那么對于關(guān)門時受到的合力F=△v×M/t，經(jīng)計算得出合力約120 N。即F 2-F 1=

120 N。

壓縮負荷是膠條每100 mm長度可以提供的保持力，設計狀態(tài)下即玻璃平衡時的位置收到的大小唇邊合力為0，當玻璃偏移1 mm時，夾持力的合力變化定義為4 N，那么假設玻璃的夾持周長為1 600 mm，則合力F=4 N×1 600 mm/100 mm=64 N；當玻璃偏移2 mm時，夾持力的合力變化定義為7 N，合力同理計算得出為112 N。因此，需要提供出120 N的力則膠條變形約2 mm。按此水平計算玻璃的晃動量，可以大概校核出其他零件和玻璃間的安全距離是否足夠，以避免使用過程產(chǎn)生晃動、異響等問題。

當然，現(xiàn)實情況要比上述情況復雜得多，由于空氣壓強、升降器限制等原因，受力情況很難具體分析，簡化分析我們僅能得到一個參考數(shù)據(jù)，安全距離還需要增加經(jīng)驗值才能滿足實際的使用情況。

對于夾持力水平是否合理，是否會導致升降過載等問題的校核，我們也需要進行簡化分析。在玻璃上升過程遇到的阻力F主要由玻璃的重力G及密封系統(tǒng)的阻力f組成，而系統(tǒng)阻力f主要由玻璃和密封條的摩擦力f 1、玻璃和水切的摩擦力f 2組成，摩擦系數(shù)一般為0.4，玻璃和密封條及水切的接觸長度分別為850 mm和800 mm（玻璃與密封條的接觸長度因玻璃位置的改變而變化，這里以玻璃接近頂部的位置為例），假設密封條夾持力為F 1，水切夾持力F 2=800 mm×6 N/100 mm，則受力情況如下：

F=G+f 1+f 2=3 kg×10 N/kg+0.4×F 1+0.4×F 2

阻力F一般設計為90 N左右比較合理，帶入上述公式則可以計算出正常的夾持力水平，用于校核現(xiàn)截面的夾持力水平是否合理，以避免后期出現(xiàn)因夾持力過大或者過小而導致的升降問題。在此例中，經(jīng)計算夾持力F 1為102 N，因此壓縮負荷=102 N/（850 mm/100）/2=6 N/100 mm。計算的壓縮負荷水平和截面壓縮負荷水平一致，證實截面比較合理。

理論計算可行之后，實際的造車中我們也做了大量的分析和試驗，以確保新設計的夾持力能夠處在比較合理的范圍。我們將夾持力轉(zhuǎn)換為升降系統(tǒng)阻力來衡量，同時夾持力的水平也可以通過升降器的工作電流來進行衡量，升降阻力及工作電流測量結(jié)果見表1。

從表1的升降阻力及升降電流值我們不難看出，第二次改進的方案表現(xiàn)要優(yōu)于第一次改進的方案，但是我們?yōu)榱诉M一步了解2種方案的差別，又同時從外觀、裝配難易程度、噪音等方面進行比較，驗證結(jié)果見表1，外觀效果對比如圖4所示。

經(jīng)過以上的綜合對比，從分析結(jié)果可以得出以下結(jié)論：第二次改進方案基本上圓滿地解決了第一次改進方案中存在的問題，方案二明顯優(yōu)于方案一。

4 結(jié)語

本文主要結(jié)合了車型開發(fā)過程中出現(xiàn)的問題作為案例，在優(yōu)化改進方案的過程中進行歸納，總結(jié)了汽車玻璃密封的開發(fā)經(jīng)驗，為新產(chǎn)品的開發(fā)提供了思路和參考。

參 考 文 獻

[1]余志生.汽車理論[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[2]樂玉漢.橋車車身設計[M].北京：高等教育出版社，2000.

[3]李衛(wèi)平.橋車車身密封結(jié)構(gòu)及其仿真[D].武漢：武漢理工大學，2009.

[責任編輯：陳澤琦]