车门电动玻璃升降器试验台设计

陈勇强 郜晗 张小芳

上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心 广西柳州市 545005

1 前言

汽车车门电动玻璃升降器是汽车的重要的汽车零部件之一，它的主要功能：（1）驱动汽车门窗的打开与关闭；（2）使玻璃停留在导轨上的任意位置，乘客可根据自身需要使用升降器调整车窗的高度，（3）保证车门玻璃升降平稳，门窗能随时顺利开启和关闭，（4）解决了乘客观察车外情况需求与确保车门人物的安全的两者之间存在的矛盾[1]。电动玻璃升降器是客户在选择汽车时的重要参考，其性能的好坏直接影响到客户对汽车产品的选择。而电动升降器相关试验，是所有设计与研发的数据重要来源，试验数据直接决定了新产品的研发方向。所以试验数据的准确性在产品研发阶段是极其关键的；而当前汽车行业，针对电动玻璃升降器展开相关性能测试均是在实车车门上完成，车门及其附件生产制造机装配的差异对于升降器产生的干扰极大，导致所测量的数据准确度不高，对产品设计与研发带来极大的负面影响。本文针对当前试验中遇到的问题提出一套解决方案。

2 台架设计要求

电动玻璃升降器系统是由玻璃升降器，玻璃，玻璃导槽密封条，导轨，内外水切以及固定螺栓螺母组成的子系统，将玻璃升降器系统安装在车门钣金上组成车门。在平时的试验过程中，由于车门制造尺寸的偏差，玻璃导槽密封条的摩擦力的大小差异以及导轨，水切的制造压缩负荷大小差别以及整个系统各零件的安装工艺的差异对玻璃升降器的试验整体性能影响甚大；本次设计要求即是设计一套试验装置，该试验装置能够满足排除车门玻璃导槽密封条等附件对电动玻璃升降器的影响，测量电动玻璃升降器的堵转电流、对应对应不同位置上下堵转时的堵转力值大小及玻璃升降器的刚度值大小，同时还能够测量玻璃升降器的不同输入电压和最大输出力值的对应关系，测量不同载荷情况下对应玻璃运行电流大小的曲线关系。

3 试验台架设计

3.1 基架材料的选择

试验基架，即整个试验台架的基础，试验过程中的样件、测试工装、仪器等均安装固定在基架上，并在基架上完成试验的开展；针对试验台架基架材料的选择，对比了几种原材料的优缺点后，选择了铝型材作为台架的基架材料，主要因为：（1）铝型材是铝制品，在与空气，水，石油化学体系中以及高温高低等恶劣环境下，具有良好的抗腐蚀性；（2）铝型材上自带有专门的T型槽，方便台架的拆装；（3）铝型材耐脏，且易处理，保养工作简单（4）铝型材轻巧，搬运方便[2]。

3.2 动力源的选择

本次试验台架的试验要求是：在试验过程中需要能够实时测量显示玻璃升降器电机的运行电流，电压值大小，同时还需要为玻璃升降器的运行提供电能来源，在标定电压与玻璃升降器堵转力值时还需要多组不同输入电压，所以要求动力源的电压能够大小实现可调；综合各方面考虑因素，选择直流开关稳压电源作为玻璃升降器的能量来源。主要是因为：（1）开关稳压电源不仅能够提供电压输入，同时还能够实时测量电路中的电流值；（2）测试过程中需要调节对玻璃升降器的电机端电压大小，开关稳压电源上有电压调节旋钮，可满足试验要求；（3）开关稳压电源稳压范围宽，稳压效果好。同时直流开关稳压电源内置变压器，可直接从外部220V交流电压转换成为所需的直流电压，中间无需增加变压器，简化试验台架。

3.3 测试设备的选择

试验过程中，还需要满足对升降器堵转力值大小的测量，同时还要能够实现对玻璃升降器刚度的测量，测试的试验项目主要有拉力和压力，经多次分析筛选，采用拉压力传感器，拉压力传感器安装方便，测试精度高，弹性变形小，对测试位移的影响小等优点，对后续的刚度测量的计算过程不会产生极大的影响；在展开对电动玻璃升降器刚度测试时，根据刚度的计算公式：

式中：k为刚度值；P为作用于结构的恒力；S为由于力而产生的形变位移

式中所需的P值可由力传感器直接读出，而位移形变值的测量选用位移传感器，对比其他距离测量工具，位移传感器读数精度高，安装方便，安装完之后读数能够实时显示等优势，与试验台的需求相吻合。

3.4 台架设计过程

台架设计效果下图所示：

图1 台架设计效果图

图2 限位器示意图

①利用铝合金型材将台架基架搭建完成，根据试验样件的大小以及试验过程操作便利性、低成本性以及现场管理要求确定基架材料的尺寸；

②将玻璃升降器、模拟玻璃按照实车安装固定方式安装在升降器安装板上，安装之前先确定玻璃的质量M；

③将选用气缸，拉压力传感器与刚性杆直线连接起来固定在基架上，刚性杆上安装有上下限位器，限位器的安装位置可调；

④在模拟玻璃对称与刚性感的左右两个位置安装两个位移传感器，之所以使用两个位移传感器，主要原因是在测试过程中，模拟玻璃不能实现完全平行运动，使用两个位移传感器，然后去两者的代数平均值可降低由于运动的不平行造成的误差；

⑤使用开关稳压电源给玻璃升降器电机供电，调试台架直至满足试验条件；

4 试验实施过程

台架在使用之前先把力传感器，位移传感器置零，稳压电源的输出电压调到所需电压，同时调试试验台架直至满足开始试验的要求后才可开展试验。

4.1 测试玻璃升降器上下堵转力与升降器位置的关系

首先将气缸调节至不会因为拉伸而伸长的位置，然后启动稳压电源给玻璃升降器供电，驱动玻璃上升到指定位置；再调节上限位器的位置到玻璃上沿，固定牢固后，继续接通电机电路给电机持续供电，让玻璃保持继续上升的趋势，因为限位器的作用，电机处于堵转状态，堵转力值通过限位器、刚性感作用到力传感器上，此时力传感器的显示值和玻璃重量之后即为上堵转力大小值F1。

测试玻璃升降器不同位置下堵转力值跟测试上堵转力值方法类似。

在使用该台架开展不同位置堵转力值时，可同时通过调节对应位置的不同输入电压，测试该位置不同电压所对应的堵转力值大小。

4.2 测试玻璃升降器的刚度值

首先断开电源电路，调节气缸使其有足够的行程，再调整上限位器至玻璃上边沿，试验之前先将位移传感器与力传感示数清零，然后给气缸供气，推动气缸伸出或回收，玻璃升降器在受到推力作用产生形变和反作用与力传感器，此时的力传感器的示值即为玻璃升降器受到的作用力大小与玻璃重力大小代数和，第一位移传感器和第二位移传感器的示值平均值即为玻璃升降器受到作用后产生对应的位移形变，根据公式（1）及以下公式可知玻璃升降器刚度大小：

表1 电流大小记载荷对应关系

式中：S为形变位移；S1、S2为对应第一第二位移传感器的形变位移；P为玻璃升降器受到的作用合力；其中当气缸伸出，P为F与G之和，反之为差；G1为模拟玻璃重力，G2为拉力传感器及刚性杆重力，g为重力加速度；

4.3 测试玻璃升降器运行电流及载荷的关系

使用该装置测试玻璃升降器运行电流及载荷的关系时，需要用到砝码，同时要先确定刚性杆的重量大小；测试方法是：调节上限位器与模拟玻璃上边沿接触，将气缸和拉力传感器拆下，在刚性杆端分别挂上一定规格型号的砝码，然后给电机通电，使玻璃升降器带动玻璃、刚性杆及砝码实现上升与下降运动，记录运动过程中的电流值（第一次试验可直接让玻璃升降器空载运行，同时记录运行过程中的电流值大小），再对应砝码的重量示值绘制曲线，即可得到玻璃升降器运行载荷及电流的对应关系。所用砝码的规格型号的最大值不超出玻璃升降器运行载荷最大值，砝码的数量越多，产生的数据两越大，对应关系曲线越清晰。

示例，见表1：

以上为玻璃升降器试验台架的设计与实施过程，使用该台架，可排除车门、胶条、水切等车门附件对玻璃升降器的干扰测量电动玻璃升降器的运行电流，堵转电流及对应对应不同位置上下堵转时的堵转力值大小，同时还能够测量玻璃升降器的刚度值大小和标定玻璃升降器的输入电压及最大输出力值的对应关系，结合试验标准评价玻璃升降器的性能好坏，为产品设计提供试验数据依据。

5 结论

通过对电动玻璃升降器试验台架的研究，结合现场试验的实际需求，成功设计出来汽车车门电动玻璃升降器试验台。该台架经过多次试验验证之后，试验台的可靠性能极高，试验数据精确，试验结果与专业试验设备的试验结果相比的误差在合理的范围内。目前该试验台架已应用到多项电动玻璃升降器性能试验项目中，并很好的履行试验台架的测试功能，为项目的设计研发提供了准确的数据支持。目前该台架已申请了国家专利，并纳入标准化管理项目中，后续会建立整改机制持续改进，相信会在玻璃升降器试验领域中将发挥越来越举足轻重的作用。