叉臂式玻璃升降器布置设计

刘少锋，王大鹏

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

1 引言

1.1 概述

车门玻璃升降系统是整个车门系统中最为复杂的一个系统，主要包括升降器、玻璃、呢槽、内外水切、钣金或塑料导槽。而玻璃升降器又分为两大类：绳轮式和臂式，而绳轮式又分为双导轨升降器（图1）和单导轨升降器（图1），臂式又分为单臂式升降器（图3）和叉臂式升降器（图4），至于采用哪种形式的升降器，技术层面主要根据玻璃的弧度、宽度以及升降行程来合理选择。升降器作为升降系统中的主要运动和动力输出机构，其布置设计尤为关键，本文即详细阐述叉臂式玻璃升降器的布置设计过程和方法。

图1 绳轮双导轨升降器

图2 绳轮单导轨升降器

1.2 叉臂式玻璃升降器的组成及工作原理简介

1.2.1 叉臂式玻璃升降器的主要组成

叉臂式玻璃升降器主要由7个部分组成，1、电机；2、安装座板；3、齿板；4、主动臂（含滑块）；5、从动臂（含滑块）；6、定导轨；7、动导轨。如下图5：

图3 单臂式升降器

图4 叉臂式升降器

图5 叉臂式玻璃升降器一般结构示意图

1.2.2 叉臂式玻璃升降器的工作原理简介

叉臂式玻璃升降器工作原理比较简单，主要是通过电机的齿轮驱动齿板与主动臂旋转，带动动导轨实现上下运动的功能。叉臂式玻璃升降器的运动是平面运动，而车门的玻璃面往往都是根据造型设计成具有一定弧度的（单曲或者双曲），其运动轨迹也随之具有一定弧度，叉臂式玻璃升降器在实际工作时，其主动臂和从动臂会存在一定的挠度变形，怎么合理的设计分配其上止点、下至点和运动过程的挠度，这也是臂式玻璃升降器的布置设计关键点。

1.2.3 叉臂式玻璃升降器的优缺点介绍

优点：

1）零部件通用化程度较高，开发成本低；

2）玻璃升降运行较平稳，玻璃无前后倾斜；

3）运动过程自身 Y向有挠度变形，对车门钣金精度要求不高，容差能力较强；

4）使用寿命长，不易出现功能性故障。

缺点：

1）运动过程自身Y向有挠度变形，运动过程阻力不均，呢槽局部易磨损；

2）对玻璃造型（弧度）要求较高，适用范围有限；

3）运行过程噪音较大，品质感稍差。

2 叉臂式玻璃升降器布置设计

2.1 玻璃大面反求及应用可行性分析

根据玻璃的造型面反求玻璃大面确定玻璃的弧度，是单曲率还是双曲率，其曲率半径是多少。叉臂式玻璃升降器一般推荐用于玻璃曲率半径≥1600mm（不同的升降行程存在差异），玻璃宽度≥750mm的车型。

2.2 挠度分配

升降器挠度分配的合理性直接关系到整个升降系统的品质，但其又不是一成不变的，这需要结合整车的内外造型，根据自身的设计经验来确定，一般来说上止点、下至点和运动过程的任意位置的挠度最大可做到 12mm，但这对呢槽的质量要求比较高，所以推荐将任意位置的挠度控制在 8mm以内。挠度分配示意图如下图6。

图6 挠度分配

从理论上讲挠度的分配最好是上、下止点和过程最大挠度均相等，这样可以把运动过程中的最大挠度减到最小，如此可有效降低升降器在实际升降过程中由于挠度变形而产生阻力不均对整个升降系统的影响，但是实际的情况往往受内外造型的约束，无法按照理论值进行分配。这样我们就要有个取舍，推荐按照如下原则进行分配：

1）将挠度尽量分配到下止点，此时在下止点时升降器自身的内应力较大，可有效避免玻璃在降到底时，用力关门产生的晃动异响。

2）当玻璃曲率半径较大，其上止点挠度方向可相反设计，务必将挠度零点位置布置下部，以保证玻璃的安装方便性，详见后文2.4升降器初始位置设计。

2.3 安装基准面确定

叉臂式玻璃升降器根据其自身的运动特点，其安装基准面与其理论运行轨迹平行，其定导轨的安装面亦是如此，安装基准面与整车坐标系的角度可根据车门系统内外造型，门锁、限位器等周边零部件的位置约束进行调整，安装基准面与理论运行轨迹面的距离越小越好，一般可以控制到 60mm以内，这样可以降低升降器的最大轮廓尺寸和重量，其强度也更容易保证，但也要同时考虑动导轨运动过程与升降器自身其他零部件的安全间隙。

2.4 升降器主从动臂轴心与玻璃质心之间的布置关系

玻璃与叉臂式升降器的安装点一般设计为两个，其两点距离较大，所以升降器的主臂旋转中心区域与玻璃的质心位置关系不是十分的敏感。一般由于造型因素，玻璃升降过程中与A柱呢槽有效配合区域较短，与B柱有效配合区域较长，其运动摩擦阻力也是A柱较小，B柱较大，所以可以将升降器的主臂旋转中心区域偏向B柱进行布置，以抵消A、B柱运动摩擦阻力的差异。

2.5 升降器初始位置设计

升降器初始位置即是玻璃升降器出厂时动导轨所处的位置，此位置的设计主要考虑玻璃升降器安装以及玻璃安装的方便性，玻璃升降器自身的安装方便性较容易实现，而玻璃的安装方便性需要考虑的因素很多，与升降器相关的有如下两个考虑因素：

1）玻璃一般都是从车门内外水切的位置自上而下的安装，所以升降器初始位置距下止点的距离越小最好，一般控制在整个行程的1/3之内，有利于玻璃安装。

2）玻璃在与升降器之间的安装时，升降器最好无需受力变形，此时操作最为方便容易，所以升降器初始位置最好选择挠度零点位置。

综上，升降器的初始位置最好设定为上图 6“下部挠度零点位置”。

2.6 电机位置确定

电机作为升降器重量的主要贡献者，其布置位置在考虑升降器系统自身的需求之外及与其他周边条件的安全间隙，应尽量的靠近铰链轴线进行布置以降低开关车门时的转动惯量。同时考虑电机线束接插件的对插操作方便性。

3 结论

本论文概述车门玻璃升降系统在车门系统中的重要地位及其组成，简述了玻璃升降器在升降系统中的作用、种类，详细的介绍了叉臂式玻璃升降的主要零部件组、工作原理及其优缺点着重的阐述了叉臂式玻璃升降器的选用原则及其布置要点，文中部分数值为经验值，需要结合具体情况进行分析设定，设计本身就是一个反复的过程，在设计过程中反复推敲，寻求各项指标最佳的设计平衡点，希望此文能够对大家有所助益。

在本次论文中，借助了应用软件CATIA。

参考文献

[1] 郭竹亭.汽车车身设计.吉林科学技术出版社.

[2] 张小虞,叶平.汽车工程手册.人民交通出版社.

[3] 莫建伟,韦乐侠.汽车交叉臂式玻璃升降器设计要点讨论.汽车技术2009年第04期.

[4] 唐小燕,雷学明.交叉臂式玻璃升降器布置设计.汽车实用技术2016年第09期.