模块式玻璃升降系统在汽车上的应用可行性分析

周建强

（泛亚汽车技术中心有限公司，上海 201201）

模块式玻璃升降系统在汽车上的应用可行性分析

周建强

（泛亚汽车技术中心有限公司，上海 201201）

文章从门系统入手，从系统重量，安装，物流等方面，详细对比模块式玻璃升降系统与传统玻璃升降系统之间的差异，每个过程最终都转化为对系统成本的影响，最终得出系统重量与价格之间的关系，从而为管理层轻量化需求提供决策依据。

模块式；玻璃升降系统；成本控制

CLC NO.: U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)19-64-03

前言

1 玻璃升降系统的发展现状和总体趋势

随着国内汽车规模的迅速扩大，环境污染问题受到了国家高度重视，排放法规也日益严格，为提高整车的燃油效率，各大汽车厂对新车型的重量都有严格限制，尤其是新能源车型，其续航里程与整车重量息息相关。因此开发轻量化技术成为各大主机厂的重点，甚至愿意为减少重量而增加成本。

玻璃升降器作为重要的车身电器系统，为驾乘者开关侧门玻璃提供了极大的便利。在传统玻璃升级系统角度，目前轻量化工作遇到了瓶颈。本文从门系统角度出发，对模块化内门板技术进行了全面评估，可为主机厂在轻量化技术上提供了一项选择。

1.1 现有玻璃升降系统的类型和发展现状

玻璃升降系统一般由可升降的玻璃以及不可见的升降机构组成。经过多年的发展，升降机构也由之前的叉臂式逐渐过渡到了绳轮式，现在主流的绳轮式结构一般是前门系统双导轨结构，后门系统单导轨。根据目前对全球主流OEM整车拆解跟踪显示，除了丰田外，其余所有主机厂都全面转向了绳轮式。（图1）

图1 摇窗机类型

1.2 玻璃升降器的发展趋势

随着整车轻量化的要求越来越高，玻璃升降器也面临着巨大的轻量化压力，典型绳轮式玻璃升降器系统重量分布如下图。（图2）

图2 摇窗机各零件重量分布

围绕着系统重量分布，选取重点零件，近年来玻璃升降器轻量化工作主要是开发和使用轻量化材料，主要包括：

小型轻量化电机的开发和应用；

导轨材料有钢改为铝合金；

双导轨改为单导轨；

玻璃托架改为塑料零件；

以上由于油耗及电动车对整车重量的严格限制，因此在整车架构设计前期，对零部件重量分配上也日趋严格。从传统零部件角度，传统双导轨摇窗机和单导轨摇窗机重量已经分别在2KG和1KG以下，轻量化已经遇到了瓶颈。

2 模块式门板系统介绍及性能分析

2.1 组成结构

门内系统主要由门钣金，内门钣金和内装饰模块三部门组成。（图3）门内主要零部件如玻璃升降系统、线束、喇叭等都零件都安装固定在内钣金上。在其他零件都采用多种轻量化复合材料的今天，由于法规对侧碰的要求，门系统主体材料都为钢或者高强钢，门系统轻量化技术都集中在结构设计优化，而基于现有结构的轻量化优化越来越困难，急待技术突破。

图3 传统门系统结构图

门模块系统的出现给门系统轻量化带来了曙光。在基本不改变现有门的结构情况下，采用PP+玻纤材料作为基板，代替内钣金（图4），玻璃升降系统主体结构、线束、喇叭固定座等结构都集成在塑料门内版上，从而实现门系统总体重量减少。（图5）

图4 模块式门系统基本结构

图5 基板集成模块打散示意图

2.2 重量对比

相对于传统门系统结构，塑料门模块减重主要来自于两个方面：基体材料的变更和结构集成。从重量差值计算图（图6）可以看出，相对于传统设计布置，使用塑料门模块后的系统（单侧2个车门）重量差值为：

其中，玻璃升降器B的重量和结构相关相关，通常其变动范围为2.4~3.1kg之间，因此Δ值在1.5-2.1kg间。因此对整车的重量贡献在3.0-4.2kg。

图6 系统重量差值分析图

2.3 安全性能

图7 侧碰CAE分析结果

通过分析门模块结构和传统结构在侧门碰撞的数据对比，从而评估对整车安全性的影响。侧碰一个重要指标是内饰侵入量，从图7 CAE分析结果看，起主要作用的加强横梁没有变化，在相同的实验条件下，Y向侧碰侵入量相对于传统方案只有约4mm变化，总体分析结果表明该结构对侧碰并无影响。

2.4 NVH性能

NVH性能主要考核噪音从车外到车内传递过程的衰减程度。根据测试结果，相同门结构，模块式结构在玻璃升降器启动情况下，车内声音大小比传统升降器结构降低约3dB，如图8。而在人能主观感受比较强烈的100Hz频率附近的噪音变化，则有明显的降低。（图9）

图8 NVH噪音测试

图9 噪音频谱测试

以上数据显示，与传统摇窗机布置结构相比，塑料门模块具有更好的NVH性能。

2.5 运行体系影响分析

从设计、工程到制造、物流，模块式玻璃升级系统与传统的玻璃升降系统都存在较大差异。以专家对比分析的形式对不同体系流程的影响进行分析，各方评估如下表1。

表1 专家评估结果

通过对工程、制造、物流和质量4个方面的整体评估，模块式结构对现有的运行体系并无影响，可行性较强。

3 模块式门系统的成本分析

从4个方面分析模块式门系统对成本的影响：物料成本、开发成本、生产成本和物流成本。对比基础为传统摇窗机，其中物料成本，开发成本（包括样件、实验等）有较大上升，供应商处装备成本也有一定幅度上升，而OEM装备成本是下降的，物流成本下降较大（得益于包装方式，大规模运输等），以上汽通用某款新能源车为例，在总产量180000辆前提下，预计单车成本需增加89元。（图10）

图10 成本逐级分析图

考虑到大规模生产带来的成本收益，预计后续物料成本有望进一步下降，单车成本增加可控制在50元以内。

4 总结

综合以上信息，如模块式门系统在整车上应用，每降低1公斤整车重量，则单车成本需要增加30RMB左右，此数值可作为整车轻量化方案的参考值，也可作为其他零件系统的减重成本指导参考。

[1] 韩国华,许雪莹,侯艳芳.摇窗机声品质研究[J].汽车工程学报.2011年10月第1卷增刊1.

[2] 王剑.升降系统布置以及零件设计[J].汽车实用技术,2014年第4期.

[3] 王强,朱伟,林丽.汽车工艺与材料[J].工程塑料在车门附件上的应用,2012年第10期.

[4] 鲁春艳.汽车轻量化技术的发展现状及其实施途径 [J].上海汽车,2007,06:28—31．

Application analysis of door module window regulator system on car

Zhou Jianqiang
( Pan Asia Technical Automotive Center Co., Ltd., Shanghai 201201 )

Base on door system, compare door module window regulator to traditional window regulator, difference analysis from system mass, installation, logistics, each factor will transfer to cost, final get the relationship between system mass and cost, and it will help management to make low weight requirement decision.

Door module; Window regulator; cost management

U467.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)19-64-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.19.022

周建强，工程师，就职于泛亚技术中心项目管理部。