環境溫度對汽車玻璃升降器運行速度的影響

董濤

(上海實業交通電器有限公司,上海 200030)

0 引言

汽車玻璃升降器的功能是實現車窗玻璃上升與下降，同時實現將汽車玻璃固定在車窗的任意位置。針對環境溫度對汽車玻璃升降系統載荷和電機性能的影響，主機廠會對玻璃升降器的運行速度制定不同的標準要求。本文作者通過對不同環境溫度下玻璃升降系統載荷和電機性能的變化進行相關研究，在設計階段有效規避低溫環境下玻璃升降器運行緩慢的現象。

1 玻璃升降器的介紹

汽車玻璃升降器的種類包含臂式玻璃升降器和繩輪式玻璃升降器。臂式玻璃升降器可分為叉臂式玻璃升降器與單臂式玻璃升降器，而繩輪式玻璃升降器又分為雙導軌繩輪式玻璃升降器和單導軌繩輪式玻璃升降器。文中采用單導軌繩輪式玻璃升降器，整個玻璃升降器組成部分如圖1所示。當電機通電時，電機的扭矩通過卷絲筒帶動鋼絲繩收放，鋼絲繩通過滑輪換向，從而帶動玻璃托架沿著導軌上下運動[1]。

圖1 繩輪式升降器結構圖

2 汽車玻璃升降系統載荷計算[2-3]

2.1 玻璃升降系統載荷的構成

以某品牌汽車的前門為例，玻璃上升時的系統阻力如圖2所示。

圖2 玻璃上升時的受力分析圖

由圖2可以看出，玻璃上升時，升降器系統載荷為：

F0=f1+f2+f3+Gcosθ

其中：f1、f2，f3分別為玻璃A柱、玻璃B柱、內外水切的阻力，N；

L1、L2、L3分別為玻璃A柱、玻璃B柱、內外水切的長度，100 mm；

G為玻璃的重力，N；

θ為玻璃與重力垂直方向的傾斜角，(°)。

提拉力

式中：η為升降器機構的效率。

2.2 玻璃上升速度的計算

玻璃升降器的運行速度主要由電機的轉速和卷絲筒的半徑決定，即

式中:v為玻璃運行速度，mm/s；n為電機的轉速，r/min；R為卷絲筒半徑，mm。

電機的輸出扭矩M=F·R，利用計算出的電機輸出扭矩，再根據該工況下的電機性能曲線圖，即可得出該電機的轉速，根據玻璃升降器的運行速度公式即可得出該工況下的玻璃上升速度，圖3為升降器電機與卷絲筒的連接方式。

圖3 升降器電機與卷絲筒連接方式

3 不同環境溫度下玻璃的上升速度研究[4-5]

針對環境溫度對汽車玻璃升降系統載荷和電機性能的影響，主機廠會對升降器的運行速度制定不同的標準要求，表1為某主機廠對不同環境溫度下的升降器運行速度要求。

表1 不同環境溫度下升降器運行速度要求

汽車玻璃升降器在每種環境溫度下的運行速度是否能夠滿足主機廠的要求，設計前期就需要知道以下幾點：(1)汽車玻璃系統載荷F0隨環境溫度的變化，即膠條和水切的壓縮載荷和摩擦因數隨溫度的變化；(2)直流電機不同環境溫度下的性能曲線；(3)升降器機構在不同環境溫度下的運行效率。

表2為某主機廠玻璃升降系統載荷在不同環境溫度下的具體數值。

表2 玻璃升降系統載荷在不同環境溫度下的數值

由表2可知，玻璃升降系統載荷隨溫度的變化如圖4所示。

圖4 玻璃升降系統載荷隨溫度的變化

升降器運行效率隨環境溫度的變化如圖5所示。

圖5 升降器運行效率隨溫度的變化

圖6 提拉力隨溫度的變化

根據電機的輸出扭矩公式M=F·R，設計階段選擇半徑R=23.5 mm的卷絲筒，則不同環境溫度下，需要電機提供的輸出扭矩M隨環境溫度的變化如圖7所示。

圖7 電機輸出扭矩隨溫度的變化

圖8 環境溫度0 ℃時電機性能曲線

圖9 環境溫度-10 ℃時電機性能曲線

圖10 環境溫度-20 ℃時電機性能曲線

圖11 環境溫度-30 ℃時電機性能曲線

4 結論

(1)文中通過對不同環境溫度下膠條和水切的壓縮載荷和摩擦因數進行了相關的實驗研究，得出玻璃升降系統載荷隨溫度的變化曲線。

(2)通過對不同環境溫度下電機的性能研究，得出玻璃升降器在不同環境溫度下的運行速度，在設計階段電機選型時，有效避免了在低溫環境下，玻璃上升緩慢問題，滿足在低溫環境工況下主機廠對玻璃升降器運行速度的設計要求。