电动玻璃升降器运行限制电流的计算研究

2017-10-17李瑞生李超帅李伟林森于波

汽车实用技术 2017年18期

关键词：密封条选型阻力

李瑞生，李超帅，李伟，林森，于波

（华晨汽车工程研究院，辽宁沈阳 110141）

电动玻璃升降器运行限制电流的计算研究

李瑞生，李超帅，李伟，林森，于波

（华晨汽车工程研究院，辽宁沈阳 110141）

为解决电动玻璃升降器因电机选型不合理或运行限制电流定义不合理导致的玻璃升降失效问题，通过建立玻璃升降运行的受力分析，建立了玻璃运行阻力与电机扭矩的计算关系，为电机选型提供了理论依据；并通过电机特性曲线准确定义了玻璃升降运行限制电流，为电动玻璃升降运行限制电流的标定提供了理论依据。

玻璃升降器；电机；限制电流；计算

Abstract:In order to solve the problem of the glass running failure caused by the unreasonable selection of the motor or the unreasonable current definition of the electric glass regulator, the relationship between the running resistance of the glass and the torque of the motor was established by force analysis of the glass running operation. A theoretical basis was provided for motor selection. The limiting current of the glass running was defined by the characteristic curve of the motor. And a theoretical basis for calibration of the limiting current of the electric glass regulator was provided.

Keywords: Glass regulator; Motor; Limiting current; Calculation

CLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-10-03

前言

在玻璃升降器设计过程中，需通过玻璃升降器系统运行阻力对升降器运行电流、限制电流与堵转电流进行计算匹配，并作为电机选型的依据，避免车型开发后期因运行限制电流定义不合理或电机选型不合理造成更改，影响项目开发进度。[1]本文从玻璃升降运行的系统阻力入手进行分析，建立了玻璃运行阻力与电机扭矩的数值关系，通过电机特性曲线准确定义了玻璃升降运行限制电流，为电动玻璃升降器运行限制电流的标定提供了理论依据。

1 玻璃升降运行阻力分析

1.1 玻璃上升运行阻力分析

图1 玻璃上升运行受力分析

如图1所示，为玻璃上升运行受力分析，在玻璃未接触车门上框密封条之前，其上升阻力有前端导槽密封条摩擦力、后端导槽密封条摩擦力、内外水切密封条摩擦力与玻璃重力；当玻璃上升运行至上框入槽瞬间，玻璃上边缘受到上框密封条的入槽反力，因此在玻璃上升过程中，玻璃在运行方向所需的电机输出力如图2所示。

图2 玻璃上升运行所需电机输出力曲线

在玻璃未入槽运行阶段，沿运行方向保持玻璃平稳上升所需的电机输出力为：

式中α为玻璃B柱倾角角度。其中：

式中：f1为单位长度导槽密封条摩擦阻力，f2为单位长度内外水切摩擦阻力合力，11为玻璃前端与导槽密封条接触长度，12为玻璃后端与导槽密封条接触长度，13为玻璃与内外水切密封条接触长度。

当玻璃上升运行至上框入槽瞬间，玻璃上边缘受到上框密封条的入槽反力为：

式中fe为单位长度上框密封条入槽反力，1e为玻璃上边缘的入槽长度。

因此，保证玻璃顺利入槽所需的电机输出力为：

式中yF 为玻璃运行的剩余关闭力，其作用是保证玻璃可靠入槽。

1.2 玻璃下降运行阻力分析

图3 玻璃下降运行受力分析

图4 玻璃下降运行所需电机输出力曲线

如图3所示，为玻璃下降运行受力分析，在玻璃下降出槽瞬间，其下降阻力有前端导槽密封条摩擦力F1、后端导槽密封条摩擦力 F2、内外水切密封条摩擦力 F3与玻璃上边缘受到上框密封条的出槽反力Fe；在玻璃顶端出槽后平稳下降阶段，上框密封条的出槽反力Fe消失。在下降全过程中，玻璃重力G均为玻璃下降的动力，因此在玻璃下降过程中，在玻璃运行方向所需的电机输出力如图4所示。

在玻璃顶端出槽后平稳下降阶段，沿运行方向保持玻璃平稳下降所需的电机输出力为：

保证玻璃顺利出槽所需的电机输出力为：

2 电机最大输出扭矩计算分析

2.1 绳轮式玻璃升降器电机输出扭矩计算

图5 绳轮式玻璃升降器电机扭矩分析

如图5所示，绳轮式玻璃升降器电机通过带动绕线轮转动从而带动钢丝绳拉动玻璃升降，则玻璃运行过程中所需电机扭矩为：

式中R为绳轮式玻璃升降器绕线轮半径，η为绳轮式玻璃升降器的机械效率。

2.2 叉臂式玻璃升降器电机输出扭矩计算

图6 叉臂式玻璃升降器电机扭矩分析

如图6所示，叉臂式玻璃升降器电机通过齿轮传动带动主臂绕铆接轴旋转，进而带动玻璃上升或下降，则玻璃运行过程中所需电机扭矩为：

式中L为升降器主臂长度，β为主臂旋转运行过程中与水平方向的夹角，n为升降器主臂齿轮与电机小齿轮的传动比，η为叉臂式玻璃升降器的机械效率。

通过上述计算分析，可以得到玻璃升降器电机运行扭矩与玻璃升降运行阻力的数值关系，在玻璃升降器设计阶段系统阻力确定后，即可计算电机扭矩进行电机选型。

3 玻璃升降器运行限制电流的定义分析

玻璃升降器的开关控制策略通常为：按动玻璃升降器升降开关开始供电，释放玻璃升降器升降开关停止供电，在玻璃上升或下降至上下止点位置后，若持续按动升降器开关，玻璃运行电流增大至开关限制电流后，开关断电。

为防止持续按动升降器开关情况下开关持续给升降器供电至电机热保护断电的情况发生，升降器运行限制电流Ib的设定需小于电机固有堵转电流Imax，即Ib＜Imax。此外，考虑带有一键下降功能的玻璃升降器控制，一键下降命令触发后，开关持续给升降器电机供电至玻璃运行至下止点堵转，堵转电流大于运行限制电流则开关断电。如果限制电流定义Ib＜Imax，则玻璃运行至下止点堵转后电流仍小于限制电流，开关持续供电指定时间后断电，电机堵转状态下持续供电可能造成电机热保护后短暂失效情况出现，并影响电机的使用寿命。

因玻璃升降阻力浮动可能导致玻璃升降器运行电流Iv大小浮动，若玻璃升降器运行电流上限值(Iv)max超过升降器运行限制电流Ib，则会出现玻璃运行不到指定位置而断电停止的情况，因此升降器运行限制电流定义需满足Ib＜(Iv)max。

从玻璃运行关闭力方面分析，若(Te+ Tv)过大，在玻璃上升关闭过程中夹到乘客时，可能导致乘客夹伤，此外，也会导致玻璃上升过程对车门上框冲击力过大，声音品质不佳。若(Te+ Tv)过小，可能出现玻璃上升入槽力不足导致玻璃无法完全上升至顶端，因此，设计时通常采用 Fe+Fv=220N的自由关闭力对应的(Te+ Tv)进行限制电流计算。

此外，QC/T 636-2014《汽车电动玻璃升降器》中对玻璃升降器的电流特性要求为：升降器的工作电流不大于12A，堵转电流不大于 28A。[2]因此电机选型过程中需满足堵转电流 Imax≤28A，运行扭矩上限值(Tv)max对应的最大运行电流(Iv)max≤12A。

综合上述几个方面的限制计算，即可准确定义出玻璃升降器的运行限制电流Ib如图7所示。