胡向陽

(重慶市曹氏機電有限公司，重慶 401120)

0 引言

汽車玻璃升降器是車門系統(tǒng)中一個重要子系統(tǒng)，其結構復雜，且實車運行環(huán)境惡劣，極易產(chǎn)生故障[1]。為保證新開發(fā)的升降器在量產(chǎn)后能有良好的市場質(zhì)量表現(xiàn)，行業(yè)內(nèi)多采用型式試驗的方式對其質(zhì)量水平進行主動評價。

型式試驗就是在實驗室內(nèi)對升降器日常的使用過程進行模擬，其試驗規(guī)范和驗收標準在QC/T 636—2104《汽車電動玻璃升降器》中已有明確要求，但是目前很多試驗室(包括部分供應商、主機廠內(nèi)部試驗室及第三方試驗室)的實驗員測試獲得的數(shù)據(jù)往往與市場上整車實際質(zhì)量表現(xiàn)相差較大，甚至會得出完全相反的實驗結論，誤導開發(fā)人員進行錯誤整改。這主要是實驗員對升降器結構原理及其試驗規(guī)范缺乏深入理解造成的。下文將列舉升降器型式試驗過程中常見的誤區(qū)并對其進行逐一分析。

1 線路電阻對升降器運行速度和關閉力的影響很大

1.1 現(xiàn)象描述

型式試驗中，同一只升級器在同樣的車門系統(tǒng)負載下，由同一個人使用同一套設備對其運行速度、關閉力進行反復多次測試，排除測試設備、人員、零件、系統(tǒng)負載等不同對試驗數(shù)據(jù)的影響，所得到的運行速度和關閉力兩項數(shù)據(jù)卻與實車環(huán)境下所測數(shù)據(jù)相差很大。

例如：國內(nèi)某款單導軌繩輪式升降器，卷線輪直徑40 mm，車門玻璃系統(tǒng)負載80 N，升降器機構內(nèi)阻25 N，實車上測試其上升速度140 mm/s，關閉力235 N。其升降器電機性能參數(shù)見表1。

表1 某款升降器電機性能參數(shù)

試驗室內(nèi)使用直流穩(wěn)壓電源進行測試，輸出電壓13.5 V[2]，試驗線路內(nèi)阻0.4 Ω，測試數(shù)據(jù)為：上升電流6 A，上升速度110 mm/s,關閉力170 N，堵轉(zhuǎn)電流16.5 A。上升速度、關閉力與實車上的測試結果有較大的差異。

1.2 原因分析

試驗室中的測試系統(tǒng)由升降器電機、換向開關、導線、直流穩(wěn)壓電源串聯(lián)組成，其中換向開關和導線組成試驗線路，如圖1所示。

圖1 升降器測試電氣原理

根據(jù)串聯(lián)分壓的原理，直流穩(wěn)壓電源輸出的電壓會被試驗線路分走一部分。求上升過程電機上加載的電壓U：

U=U1-I1×R=13.5-6×0.4≈11V

(1)

式中：U1為直流穩(wěn)壓電源輸出電壓；I1為上升工作電流；R為試驗線路內(nèi)阻。

查表1，當U=11 V時， 額定轉(zhuǎn)速Re=53.9 r/min。

求升降器的理論上升速度v：

v=3.14×D×Re/60=3.14×40×53.9/60=112.8 mm/s

(2)

式中：D為升降器卷線輪直徑。

求堵轉(zhuǎn)狀態(tài)電機上加載的電壓U：

U=U1-I2×R=13.5-16.5×0.4≈7 V

(3)

式中：I2為升降器堵轉(zhuǎn)電流。

查表1，當U=7 V時，Td=5.41 N·m。

求升降器理論關閉力F：

F=Td×2 000/D-F1-F2=5.41×2 000/40-80-25=165.5 N

(4)

式中：F1為車門玻璃系統(tǒng)負載；F2為升降器機構內(nèi)阻。

理論計算出來的升降器上升速度112.8 mm/s和關閉力165.5 N與實驗室內(nèi)獲得的測試數(shù)據(jù)基本一致。

1.3 改善措施

嚴格按照標準控制試驗線路內(nèi)阻R=0.15 Ω[2]，重新測試升降器的上升速度和關閉力分別為138 mm/s和240 N，與實車上測試數(shù)據(jù)基本一致。

其他注意事項：

(1)可以使用萬用表對工作狀態(tài)下電機的輸入電壓進行確認，測量點必須靠近電機的輸入端子。

(2)實車狀態(tài)測試升降器性能也分點火和熄火兩種工況，兩種工況下加載到升降器電機上的電壓相差2～3 V，也會影響升降器的測試結果。

2 升降器關閉力與電機堵轉(zhuǎn)扭矩不成正比

2.1 現(xiàn)象描述

問題1中所述升降器，耐久試驗前測試車門玻璃系統(tǒng)負載80 N，升降器機構內(nèi)阻25 N，關閉力235 N，電機堵轉(zhuǎn)扭矩9.4 N·m； 2.5萬次耐久試驗后，關閉力160 N，衰減31.9%；電機堵轉(zhuǎn)扭矩7.9 N·m，衰減15.9%。關閉力衰減量是電機堵轉(zhuǎn)扭矩衰減量的兩倍，但是耐久試驗后車門玻璃系統(tǒng)負載90 N，升降器機構內(nèi)阻30 N，均沒有明顯變化，因此部分實驗人員會判定升降器機構存在未知的質(zhì)量問題，才導致升降器總成耐久后性能衰減過多。

2.2 原因分析

做出以上誤判的原因是誤認為升降器的關閉力和電機堵轉(zhuǎn)扭矩成正比關系。其實升降器電機輸出的堵轉(zhuǎn)扭矩經(jīng)過卷線輪轉(zhuǎn)換成鋼絲繩的切向拉力，該切向拉力既要克服車門玻璃系統(tǒng)負載，還要克服升降器機構內(nèi)阻，剩下的剩余力才是升降器的關閉力。

求耐久試驗前鋼絲繩的切向拉力F1：

F1=F3+F4+F5=235+80+25=340 N

式中：F3為耐久試驗前關閉力；F4為耐久試驗前車門玻璃系統(tǒng)阻力；F5為耐久試驗前升降器機構內(nèi)阻。

求耐久試驗后鋼絲繩的切向拉力F2：

F2=F6+F7+F8=160+90+30=280 N

式中：F6為耐久試驗后關閉力；F7為耐久試驗后車門玻璃系統(tǒng)阻力；F8為耐久試驗后升降器機構內(nèi)阻。

求鋼絲繩切向拉力的衰減比例X：

X=(F1-F2)/F1×100%=(340-280)/340×100%=17.6%

鋼絲繩切向拉力衰減量與電機堵轉(zhuǎn)扭矩衰減量基本一致。

2.3 經(jīng)驗總結

升降器關閉力只是升降器鋼絲繩切向拉力的一部分，與電機堵轉(zhuǎn)扭矩無正比關系。

3 升降器低溫性能測試與實車質(zhì)量表現(xiàn)差異巨大

3.1 現(xiàn)象描述

升降器樣品在低溫-40～-30 ℃的環(huán)境箱內(nèi)測試，升降速度極其緩慢，甚至無法升降，但是卻沒有一例關于冬季低溫環(huán)境下玻璃無法升降的投訴。

3.2 原因分析

-40～-30 ℃的測試溫度相對比較嚴苛，我國黑龍江省的冬季最低氣溫一般也在-30～-20 ℃之間，車窗在沒有結冰的情況下完成開閉動作完全沒有問題。

設計合理、質(zhì)量可靠的升降器在-40 ℃的環(huán)境下是可以順利完成車窗開閉動作的。實際測試過程中造成升降器無法升降原因主要有兩方面：

3.2.1 低溫環(huán)境系統(tǒng)負載升高

升降器和電機內(nèi)部傳動機構必須使用低溫潤滑脂，普通2#鋰基潤滑脂在-40～-30 ℃環(huán)境下會被凍死，升降器自然無法動作。潤滑脂的適用溫度必須低于-40 ℃，即便如此，升降器機構的內(nèi)阻也會從30 N左右增加到60～100 N。

另外在低溫環(huán)境下，玻璃膠條會變硬，其對玻璃的夾持力也會增加。

由于系統(tǒng)阻力的增加，玻璃上升速度會降低30%～60%。

3.2.2 低溫測試過程切忌中途打開環(huán)境箱

有些試驗員在進行升降器的低溫性能測試時，由于某種原因會在中途打開環(huán)境箱，當關閉環(huán)境箱再次測試就會發(fā)現(xiàn)玻璃升降速度大幅度降低，甚至完全不能升降。測量低溫環(huán)境下車門系統(tǒng)阻力和升降器機構內(nèi)阻時，為了方便測量，有時試驗人員會進入環(huán)境箱內(nèi)進行測量，甚至將車門或升降器從試驗箱內(nèi)取出再進行測量。以上所有操作都會導致升降器或者車門玻璃上快速結霜，大幅增加系統(tǒng)阻力。最終導致測試結果偏差巨大，造成實驗失敗。

3.3 經(jīng)驗總結

玻璃升降器油脂的選擇，既要具備基本的潤滑和降噪性能，還要保證其適用溫度滿足升降器高低溫試驗環(huán)境的需求。

升降器低溫性能測試要設計專用的測試臺架，嚴禁中途打開環(huán)境箱。一旦由于某種原因環(huán)境箱被打開，則試驗必須重新開始，并且測試前要保證設備和樣件表面干燥無水汽。

4 結論

玻璃升降器的型式試驗是其量產(chǎn)前的一個重要的主動評價方式，其試驗結果是開發(fā)人員對產(chǎn)品和過程設計優(yōu)劣的重要評價指標，也是指導開發(fā)人員進行質(zhì)量整改的依據(jù)。提高型式試驗的準確性對于縮短開發(fā)周期、降低開發(fā)成本有著極其重要的意義。實驗員在進行試驗前，必須深入理解設計人員提供的試驗規(guī)范。