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单导轨汽车车门玻璃升降系统CAE分析介绍
2020-01-02 21:02:24· 来源：上汽安全与CAE技术
单导轨汽车车门玻璃升降系统简介1、前言电动玻璃升降系统安装在车门内外板之间，既提供了玻璃升降的功能，又不影响车门的美观已经成为汽车车门的标配。它与车门
单导轨汽车车门玻璃升降系统简介
1、前言
电动玻璃升降系统安装在车门内外板之间，既提供了玻璃升降的功能，又不影响车门的美观已经成为汽车车门的标配。它与车门钣金、顶盖和车身侧空间的匹配，构成了独立的车内环境。根据升降机构工作原理的差异，玻璃升降器可以分为叉臂式、绳轮式和软轴式。高档家用汽车多采用零件少、质量轻、便于加工、所占空间小的绳轮式玻璃升降系统。由于车门跨距差异，绳轮式玻璃升降系统又演化为单导轨玻璃升降系统和双导轨升降系统。
图1 电动玻璃升降系统分类
随着汽车行业的发展，玻璃升降系统的开发不仅仅是考虑功能上的需求，更多地在意消费者的主观感受。本文以单导轨玻璃升降系统为例，对玻璃升降系统的构成、工作原理、性能需求、仿真分析简单介绍。
2、玻璃升降系统的构成
玻璃升降系统包含玻璃升降器、车窗密封条、车窗玻璃、密封条导槽等零部件。
图2 玻璃升降系统结构示意
1）玻璃升降器：由电机驱动，通过钢丝绳传导到玻璃托架上，带动车窗玻璃沿左右两侧导轨运动。主要结构：电机，钢丝绳，滑块，玻璃托架，导轨。
2）车窗密封条：超弹性橡胶材料，依靠弹性唇边挤压车窗，起到导向、密封、防水、防尘、降噪作用。主要构成：前后导槽密封条，腰部水切密封条，顶部导槽密封条。
3）车窗玻璃：玻璃升降系统的主要运动部件，分为夹层玻璃和钢化玻璃等，满足车内采光、通风及驾乘人员的视野需求。
3、玻璃升降系统的工作原理和性能需求
玻璃的升降运动可以分解为启动-上升-入槽-堵转-下降五个步骤。
图3 玻璃升降的运动
1）启动：电机扭矩逐渐增大至克服玻璃重力、玻璃静摩擦阻力。
2）上升&下降：玻璃近似匀速运动，电机扭矩提供的钢丝绳拉力与玻璃重力、钢丝绳拉力、密封条滑动摩擦阻力是相互平衡的力矩，保证玻璃运动的平稳性。
3）冲顶过程中：玻璃逐步上升到顶端后，与顶部导槽密封条接触，运动阻力增加，行程较短。
4）堵转：窗框或导轨对玻璃的运动起到限位作用，导致运动阻力不断增大，驱动电机扭矩增加直至功率达到设计值，形成堵转现象。一定的设计堵转力保证玻璃顺利入槽并压缩顶部密封条形成封闭空间。
玻璃升降系统性能从使用功能上说应当满足高低温下的正常运行；有自锁性，可以按要求停止在任意位置；有防夹功能，保证使用的安全性；有耐腐蚀、抗粉尘性，并满足反复长久使用的耐久性能等。从提升用户体验方面，单导轨玻璃升降器在运行过程中不应出现明显的卡滞，玻璃运行平稳，没有摩擦或冲顶异响，下雨天水切密封条起到刮水作用等。
4、玻璃升降系统的仿真分析
玻璃升降系统设计复杂，玻璃的平顺升降要考虑多方面的因素，难以通过一次设计完成，需要优化迭代。
从运动学角度说，弧面的玻璃在沿设定的轨迹运行时不能与周边件产生干涉，需要在catia或其它设计软件中进行运动校核。
从动力学角度说，玻璃在上升过程中既有钢丝绳的拉力又有密封条的阻力，力矩处于时时变化的状态，难以通过一个力学公式对实际状态进行模拟。通过Adams运动学仿真或者有限元仿真分析可以在设计阶段模拟玻璃运行状态，提取相应的参数为玻璃升降系统的正向开发提供参考。下图为一种有限元仿真的研究思路。
图4 玻璃升降仿真的思路
5、结语
车窗升降顺畅性及高速静音性等性能目前研究手段多样，仍未有统一的方法可以在设计阶段较全面地进行预测和模拟，很多性能仍然需要依靠试验的方法在产品上进行验证测试。
参考文献
[1] 朱文峰,黎鹏,周辉. 基于非线性约束的电动车窗动力学建模. 制造业自动化.2016(1)：71-74.
[2] 刘彬. 汽车玻璃升降器仿真分析. 武汉理工大学,2012.
1、前言
电动玻璃升降系统安装在车门内外板之间，既提供了玻璃升降的功能，又不影响车门的美观已经成为汽车车门的标配。它与车门钣金、顶盖和车身侧空间的匹配，构成了独立的车内环境。根据升降机构工作原理的差异，玻璃升降器可以分为叉臂式、绳轮式和软轴式。高档家用汽车多采用零件少、质量轻、便于加工、所占空间小的绳轮式玻璃升降系统。由于车门跨距差异，绳轮式玻璃升降系统又演化为单导轨玻璃升降系统和双导轨升降系统。
图1 电动玻璃升降系统分类
随着汽车行业的发展，玻璃升降系统的开发不仅仅是考虑功能上的需求，更多地在意消费者的主观感受。本文以单导轨玻璃升降系统为例，对玻璃升降系统的构成、工作原理、性能需求、仿真分析简单介绍。
2、玻璃升降系统的构成
玻璃升降系统包含玻璃升降器、车窗密封条、车窗玻璃、密封条导槽等零部件。
图2 玻璃升降系统结构示意
1）玻璃升降器：由电机驱动，通过钢丝绳传导到玻璃托架上，带动车窗玻璃沿左右两侧导轨运动。主要结构：电机，钢丝绳，滑块，玻璃托架，导轨。
2）车窗密封条：超弹性橡胶材料，依靠弹性唇边挤压车窗，起到导向、密封、防水、防尘、降噪作用。主要构成：前后导槽密封条，腰部水切密封条，顶部导槽密封条。
3）车窗玻璃：玻璃升降系统的主要运动部件，分为夹层玻璃和钢化玻璃等，满足车内采光、通风及驾乘人员的视野需求。
3、玻璃升降系统的工作原理和性能需求
玻璃的升降运动可以分解为启动-上升-入槽-堵转-下降五个步骤。
图3 玻璃升降的运动
1）启动：电机扭矩逐渐增大至克服玻璃重力、玻璃静摩擦阻力。
2）上升&下降：玻璃近似匀速运动，电机扭矩提供的钢丝绳拉力与玻璃重力、钢丝绳拉力、密封条滑动摩擦阻力是相互平衡的力矩，保证玻璃运动的平稳性。
3）冲顶过程中：玻璃逐步上升到顶端后，与顶部导槽密封条接触，运动阻力增加，行程较短。
4）堵转：窗框或导轨对玻璃的运动起到限位作用，导致运动阻力不断增大，驱动电机扭矩增加直至功率达到设计值，形成堵转现象。一定的设计堵转力保证玻璃顺利入槽并压缩顶部密封条形成封闭空间。
玻璃升降系统性能从使用功能上说应当满足高低温下的正常运行；有自锁性，可以按要求停止在任意位置；有防夹功能，保证使用的安全性；有耐腐蚀、抗粉尘性，并满足反复长久使用的耐久性能等。从提升用户体验方面，单导轨玻璃升降器在运行过程中不应出现明显的卡滞，玻璃运行平稳，没有摩擦或冲顶异响，下雨天水切密封条起到刮水作用等。
4、玻璃升降系统的仿真分析
玻璃升降系统设计复杂，玻璃的平顺升降要考虑多方面的因素，难以通过一次设计完成，需要优化迭代。
从运动学角度说，弧面的玻璃在沿设定的轨迹运行时不能与周边件产生干涉，需要在catia或其它设计软件中进行运动校核。
从动力学角度说，玻璃在上升过程中既有钢丝绳的拉力又有密封条的阻力，力矩处于时时变化的状态，难以通过一个力学公式对实际状态进行模拟。通过Adams运动学仿真或者有限元仿真分析可以在设计阶段模拟玻璃运行状态，提取相应的参数为玻璃升降系统的正向开发提供参考。下图为一种有限元仿真的研究思路。
图4 玻璃升降仿真的思路
5、结语
车窗升降顺畅性及高速静音性等性能目前研究手段多样，仍未有统一的方法可以在设计阶段较全面地进行预测和模拟，很多性能仍然需要依靠试验的方法在产品上进行验证测试。
参考文献
[1] 朱文峰,黎鹏,周辉. 基于非线性约束的电动车窗动力学建模. 制造业自动化.2016(1)：71-74.
[2] 刘彬. 汽车玻璃升降器仿真分析. 武汉理工大学,2012.
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