汽车玻璃升降系统失效原因解析

2018-05-31成淑仪肖强韦思意

时代汽车 2018年2期

成淑仪肖强韦思意

上汽通用五菱汽车股份有限公司广西柳州市 545007

1 引言

玻璃升降系统作为重要功能件，如失效将直接影响到车身的密封性及客户的驾驶环境，造成客户严重抱怨，从其与驾乘人员接触的密切性方面考虑，研究汽车玻璃升降系统具有相当重要的实际意义。某车型前门玻璃升降系统售后频繁出现升降缓慢、升降卡滞、升降歪斜等故障，影响了客户的正常使用，需要迅速分析故障原因并制定解决方案，降低玻璃升降器及胶条售后维修频次。

2 玻璃升降系统概述

2.1 玻璃升降系统定义和组成

玻璃升降系统是指汽车车门上，实现提升或降低车窗玻璃的功能，并能将玻璃保持在行程内任意位置的若干零部件组成的系统。玻璃升降系统的组成主要包括：侧门结构件，玻璃升降器，侧门车窗玻璃，侧门窗框/玻璃导槽，玻璃导槽密封条/玻璃胶条，内/外水切及其支持件。

2.2 玻璃升降系统功能要求

汽车玻璃升降系统是整车的重要组成部分，对开闭件系统乃至整车的质量起着重要的作用。玻璃升降系统功能要求如下：

（1）灵活平顺的提升或降低侧门车窗玻璃；

（2）保持侧门车窗玻璃位置；

（3）通过玻璃运行关闭车窗来分隔车内空间与车外环境；

（4）侧门车窗玻璃关闭时能阻止水、灰尘、车外空气等侵入车内空间。

2.3 玻璃升降系统的分类

按玻璃升降器型式可分为叉臂式玻璃升降系统、绳轮式玻璃升降系统，按照车门的设计类型可分为无窗框门玻璃升降系统、辊压式窗框玻璃升降系统、冲压式窗框玻璃升降系统。绳轮式玻璃升降系统优点是总体刚度好，对玻璃支撑区域宽，异响问题少，成本较低，空间布置容易，升降过程中速度一致，对玻璃姿态的控制能力较强。根据升降器导轨的数量，绳轮式玻璃升降器可分为双导轨绳轮式升降器和单导轨绳轮式升降器，在玻璃宽度不超过810mm的前提下，可选用单导轨绳轮式升降器。本文的主要研究对象是单导轨绳轮式升降系统，如图1所示。

2.4 绳轮式玻璃升降系统基本结构与工作原理

绳轮式玻璃升降器由滑块沿玻璃运动轨迹运动对玻璃升降进行控制，滑块通过符合玻璃运动轨迹的导轨进行导向，并与绕丝轮连接，即可由手摇驱动，也可通过电机驱动。滑块与绕丝轮通过柔性的钢丝绳连接，车窗玻璃安装在升降器滑块上。以电动升降器为例，电机接受控制系统传递的信号做正或反转，使绕丝轮旋转，收缩或放长钢丝绳，使滑块沿导轨总成上下运动，从而带动车窗玻璃沿前后玻璃导槽作上下运动。

对于绳轮式玻璃升降器，可以采用螺旋线作为玻璃运行轨迹。设计合适的滑块导引系统，可以降低玻璃升降在稳定性和导向方面对门框玻璃滑动导轨的依赖。这意味着，可以缩短门框玻璃滑动导轨的长度，从而节省成本并减少玻璃升降的阻力。

单导轨绳轮式升降器更易于安装，有着更轻的重量和更高的物流效率，大部分零件能够被沿用于不同的设计中，缺点是运行稳定性一般，车门制造过程中产生的累积公差对性能的影响较大，对系统X向与Y向偏差较敏感。

3 问题定义

2015年4月某车型前门玻璃升降器12MIS IPTV（Incidents Per Thousand Vehicles每千辆车的故障总数）预测为10.21，前门玻璃导槽密封条12MIS IPTV 预测为7.94，前门玻璃升降器售后维修量排名第六名，玻璃导槽密封条售后维修量排名第十名。

图1 单导轨绳轮式玻璃升降系统结构示意图

通过对这些售后问题车辆及售后维修记录进行分析，发现2014年11月至2015年6月制造月的维修记录464次，售后反馈的主要故障模式为升不起/升降卡滞/玻璃歪斜/升降缓慢（60%）和异响（29%），如图2所示。由于升不起/升降卡滞/玻璃歪斜/升降缓慢出现频次多，客户抱怨较大，故将该失效模式作为重点进行攻关。

图2 2014年11月至2015年6月制造月的维修记录

4 原因分析

4.1 前门玻璃升降器退赔件分析

为了快速找到问题产生原因，对升降器售后退赔件共280件进行实车门装配验证分析，发现18.2%的故障升降器失效模式为缓冲块胀大导致摩擦异响,3.21%的失效模式为缓冲块开裂导致下降到底异响，32.5%的失效模式为导轨被缓冲块污染且上升缓慢，37.1%的退赔件故障不重现。

调查缓冲块材料，发现设计要求为丁腈橡胶，供应商私自更改缓冲块材料为氯丁胶，氯丁胶耐油性差，在使用过程中与润滑脂接触胀大，导致缓冲块与导轨接触摩擦，产生异响、升降阻力增大问题，并将导轨污染成黑色。

小结：升降器缓冲块材料不符合设计是升降抖动/异响、升降缓慢的主要原因。

4.2 玻璃导槽密封条退赔件分析

随机选取玻璃导槽密封条退赔件进行分析，发现胶条底部磨损严重，同时，售后服务站反馈故障车胶条A柱侧段胶条底面磨损严重，主要失效模式为升降卡滞、玻璃前倾、升不起，这几个故障从根本上来说其实是一个问题，主要原因是升降阻力变大。

4.3 因果图系统原因分析

从绳轮式玻璃升降系统的工作原理出发，分析可能导致升不起/升降卡滞/玻璃歪斜/升降缓慢的原因列举如下图：

该项目设计阶段对玻璃升降运动偏转力矩进行过校核，理论上玻璃上升过程中偏转力矩向B柱2～3N.M，根据玻璃升降系统运动过程简化数学模型，产生玻璃前倾的原因是玻璃升降系统偏转力矩不平衡，即上升过程中A柱对玻璃摩擦阻力较大，致使玻璃向A柱倾斜、升降卡滞，严重时产生玻璃升不起问题。

经过以上分析，下一步工作重点是调查组成升降系统的零部件质量，重点查找升不起/升降卡滞/玻璃歪斜的根本原因。

5 零部件质量的调查

5.1 玻璃导槽密封条总装质量调查

对某车型前门玻璃导槽密封条总装质量进行抽查，发现约80%前门玻璃胶条都不同程度存在装配不到位的情况，如图4所示。前门A柱胶条装配不到位，会导致升降阻力变大，产生升降卡滞、玻璃前倾问题。

图4 某车型胶条质量问题图片

5.2 侧门窗框/玻璃导槽制造问题调查

在厦门漳州服务站分析两辆升降卡滞/玻璃歪斜的故障车，发现前门焊接前导槽与后导槽距离小，前导槽底面至后导槽底面的距离设计值为811.4 ± 1mm ，测量前导槽至后导槽底面的距离为809mm，设计状态下前门前后导槽是平行的，而故障车前后导槽上端窄下端宽（倒V字形），导致升降阻力变大。

为保证玻璃在导槽中的平稳运行，弥补玻璃运动中在前后方向的偏差，玻璃边界与胶条的最小距离设计值为2.0mm，所以焊接前导槽的X向超差直接导致A柱摩擦阻力增大，导致玻璃胶条底面磨损严重，与玻璃导槽密封条退赔件表现一致。

此外，玻璃导槽宽度设计值为17.9 ±0.5mm，故障车测得前导槽宽度最小的有16.3mm，且焊接前导槽存在变形问题（如图5所示），导致A柱对玻璃摩擦阻力增大。

同时，制造区域发现前门内外板窗台加强板存在间隙变小问题，内外板开口尺寸设计值为27.9 ± 1mm，实际测量最小值为26.0mm，导致水切对玻璃的阻力变大。

小结：前门钣金制造质量差，焊接前导槽与后导槽距离超差、导槽宽度超差、导槽焊接变形，会导致升降卡滞、玻璃歪斜、升不起问题。

图3 玻璃升不起/升降卡滞/玻璃歪斜/升降缓慢问题因果图

图5 导槽变形质量问题图片

5.3 玻璃导槽宽度变小问题调查

2015年8月调查发现，部分外后视镜基座可以从安装孔穿出，打紧螺栓后会将内外板间隙拉小，A柱玻璃导槽开口宽度变小（如表1所示），导致A柱摩擦阻力增大。

设计要求外后视镜基座应该顶在内板加强板上，但2号模具外后视镜基座加强筋尺寸超差导致后视镜基座穿出内板安装孔（如图6所示），另外，1号模具外后视镜尺寸满足设计要求，但三个安装点安装扭力均达到10N.M时，后视镜基座明显损坏（如图7所示）。总装车间下线验证发现故障车升到外后视镜处玻璃前倾，到顶后玻璃后端有缝隙。

小结：外后视镜基座可以从内板安装孔穿出，会导致升降卡滞、玻璃歪斜、升不起问题。

5.4 侧门车窗玻璃制造问题调查

通过对玻璃以及玻璃检具进行检测，发现玻璃的制造精度是满足技术要求的，玻璃厚度满足图纸要求，玻璃型面、玻璃托块位置符合检具要求，不存在制造超差的情况。

5.5 玻璃升降器制造问题调查

图6 外后视镜加强筋尺寸超差

图7 外后视镜质量问题图片

通过对玻璃升降器及升降器检具进行检测，发现玻璃升降器关键控制性能是满足技术要求的，但升降器缓冲块材料不符合设计是升降抖动/异响、升降缓慢的主要原因；

滑块自身有一定的自由度，但如果与导轨之间的活动间隙太大，在升降器启动的瞬间滑块将左右晃动，程度严重将造成固定在滑块上的车窗玻璃发生大幅度前倾，所以滑块与导轨之间的距离做严格要求，设计要求≤0.3mm，调查发现玻璃升降器是满足此要求的。

但由于A柱摩擦阻力较大，升降系统偏转力矩不平衡，玻璃前倾导致升降器滑块与导轨的摩擦变大，使玻璃升降器在上升过程中逐步向A柱倾斜，升降器滑板与导轨间隙变大,更换售后故障车玻璃导槽密封条后可以改善前倾及卡滞问题。

表1 外后视镜安装前后导槽宽度对比

5.6 内外水切制造质量调查

通过对内外水切关键控制项进行检测，发现十倍放大投影图、压缩负荷、滑动阻力、植绒磨耗性是满足技术要求的。

5.7 玻璃导槽密封条制造质量调查

通过对玻璃导槽密封条关键控制项进行检测，发现存在以下问题：

（1）A断面十倍放大投影图不符合图纸要求，胶条底部偏厚1.2mm，导致玻璃导槽密封条底部磨损严重，滑动阻力增大，升降缓慢、卡滞；

（2）调查实车升降阻力，拆除玻璃升降器后，用测力计感应头对准玻璃的平衡点推动玻璃上升，发现上升阻力较设计值大，但玻璃重力与其他车型相差不大。调查玻璃导槽密封条，发现胶条压缩负荷偏大，涂层厚度偏小，导致滑动阻力大。

小结：玻璃导槽密封条滑动阻力大，是升降卡滞、升降缓慢的主要原因。

5.8 玻璃上升偏转力矩调查

通过三坐标扫描挑选符合设计状态的车门钣金，通过实车台架验证，升降器施力点的布置可以保证玻璃升降运行平稳，但侧门窗框/玻璃导槽及玻璃导槽密封条制造超差，直接导致玻璃上升偏转力矩不平衡，致使玻璃前倾，玻璃前倾会导致玻璃胶条A柱底面异常磨损，与玻璃导槽密封条退赔件表现一致。

通过以上调查，充分验证了车门制造过程及零部件质量问题对单导轨绳轮式升降系统性能的影响，系统阐述了问题产生的根本原因，体现了问题定义的准确性、分析过程的逻辑严密性。

产生异响的根本原因是升降器缓冲块材料不符合设计，导致升降抖动/异响、升降缓慢，产生升不起/升降卡滞/玻璃歪斜/升降缓慢的根本原因如下：

（1）前门玻璃导槽密封条装配不到位；

（2）前门钣金制造质量差，焊接前导槽与后导槽距离超差、玻璃导槽宽度超差、导槽焊接变形、内外板窗台加强板开口尺寸超差；

（3）安装外后视镜后导致前门A柱玻璃导槽宽度变小；

（4）玻璃胶条底部偏厚，不符合图纸要求，导致升降卡滞；

（5）玻璃胶条压缩负荷偏大、涂层厚度偏小，滑动阻力大，导致升降缓慢。

6 解决措施

根据分析的原因，制定相应的解决措施，具体如下：

（1）控制玻璃导槽密封条装配质量，培训并要求员工将胶条装配到位。（2）控制前门钣金制造质量，车身车间使用通止规检查。前导槽底面至后导槽底面的距离为811.4 ±1mm ；导槽宽度17.9 ± 0.5mm ；解决焊接导槽变形问题；内外板窗台加强板间隙27.9 ±1mm。（3）隔离外后视镜2号模具旧状态尺寸超差零件。（4）安装外后视镜扭力工艺改进，使用6N.m的定扭枪。（5）玻璃胶条A断面底部厚度做合图纸要求。（6）减小玻璃胶条竖直段A断面压缩负荷，以减小胶条滑动阻力。（7）在玻璃胶条挤出过程中增加喷枪数量，使每个面的涂层厚度都达到10um以上。（8）整改升降器缓冲块材料符合图纸要求。

7 效果验证

7.1 试验验证

逐一落实上述各个整改措施，对断点后的零件进行升降系统台架耐久试验，要求环境温度6000个工作循环，-30℃环境2000个工作循环，+80℃环境2000个工作循环，此为一个循环，共进行两个循环共20000次试验。经验证证明升降系统台架耐久试验后未发现升降卡滞、玻璃歪斜、异响等故障，高低温环境下升降器工作电流均满足技术要求，可证明解决措施的有效性。