某車型玻璃升降系統誤防夾失效原因分析及改進

相光海 　成淑儀

摘 要：本文通過對某車型玻璃升降系統誤防夾的故障進行分析，提出了相應的解決方案，驗證結果說明解決方案可靠有效，為以后電動防夾玻璃升降系統的設計總結了相關經驗。

關鍵詞：防夾設計 玻璃升降系統 霍爾傳感器

1 前言

隨著消費者對于汽車舒適性及智能網聯化要求不斷提高，主機廠在普通電動車窗基礎上，通過增加控制模塊實現車窗自動化升降功能。為確保電動車窗可靠的關閉，電動車窗堵轉力設計值一般在220N±50范圍內，但同時也存在車窗在自動上升時有夾傷乘客的危險。因此，電動車窗在具有自動上升功能時必須要具備防夾功能。

2 電動車窗防夾系統簡介

為了保證人身安全，國標GB11552要求：如果電動車窗含一鍵上升功能時，距離車窗頂端開口從200mm到4mm范圍內，必需擁有防夾功能且防夾力不超過100N。主機廠會進行高溫環境（85°）、常溫環境（25°）、低溫環境（-30°）以及耐久試驗靜態標定實驗和道路動態標定實驗，在法規要求的防夾區間內將防夾力標定為70N左右，除此要求外，其余區域也會有防夾功能，只是防夾標定參數不同，防夾區域設定值根據主機廠要求不同。電動車窗要啟動防夾功能，必須滿足以下條件：

（1）電動車窗處于自動上升過程中;

（2）電動車窗處于防夾區域設定范圍內;

（3）車窗上升或啟動過程中，電機轉速跌落幅度超過門限值。

電動車窗防夾系統目前主流技術路線為霍爾防夾和紋波防夾兩種解決方案。霍爾防夾方案是在玻璃升降器電機軸上安裝磁環，在靠近磁環附近裝有固定的霍爾傳感器，當電機轉動時，磁環旋轉產生交變磁場，使霍爾傳感器輸出方波脈沖信號，利用MCU（micro controller unit）內部時鐘模塊的輸入捕捉功能捕捉霍爾信號個數，從而確定電動車窗的位置，通過對電機的霍爾信號脈沖寬度進行采樣，將前10次采樣值放置在連續10個存儲單元中，求一個平均值 V0并記錄，之后連續10個采樣得到的霍爾信號脈沖寬度的平均值記為V1，如果升降器進入防夾區域后，進行V0與V1的比較，若V1-V0>門限值，這時就認為滿足防夾要求，否則用V1覆蓋V0，繼續比較，超出防夾區后停止比較[1]，如下圖1所示。

紋波防夾方案是利用玻璃升降器電機電刷與換向器切換導致回路阻抗變化，產生電流紋波，且電機每旋轉一周產生的紋波個數固定，利用該電機固有特性可以得到電機轉速、車窗位置等信息，用來判斷是否啟動防夾功能，如下圖2所示，但紋波防夾方案需要電路具有較強的抗干擾能力，比如電流中的干擾毛刺會隨著升降器電機磨損變得嚴重[2]。

3 電動玻璃升降器防夾失效常見類型及原因分析

3.1 防夾功能失效類型

電動玻璃升降器產生防夾功能失效的類型繁多，根據誤防夾產生位置和影響因素，可分為3類升降防夾功能失效。

第一類為頂段誤防夾：玻璃升到頂部或即將入槽時，車窗產生防夾反轉，此故障率較高，常見原因為玻璃入槽軌跡變異、導槽密封條阻力變異、升降器出廠零點位置學習錯誤、防夾區域設定范圍值偏小、防夾參數補償值偏小、控制模塊丟失信號、升降器未初始化等。

第二類為中段誤防夾：在防夾區間內，車窗上升時無法升到頂，產生防夾反轉，常見原因為車門系統阻力異常、升降器內部自身阻力異常、電機標定參數不合理等。

第三類為啟動誤防夾：在防夾區間內，車窗在啟動上升時，產生防夾反轉，常見原因為標定參數補償值偏小、升降器空行程過大等。

以某車型為例，在開發階段就出現了以上三種類型的誤防夾故障，本文主要介紹第一類防夾功能失效的原因分析及改進方案。

3.2 防夾功能失效原因分析

3.2.1 故障現象驗證

總裝車間反饋，左右前門玻璃升到頂時產生防夾反轉，車窗無法關閉。經現場確認，發生故障時，玻璃已經入槽約4mm但未到上堵轉點。在廠內通過多輛車固定單一變量，交叉互換驗證，故障與玻璃導槽密封條強關聯，但同批次導槽密封條物料，大部分車不會發生故障，且故障車停放一段時間后，故障消失。

3.2.2 電機運行參數分析

如圖3所示，根據電機運行參數顯示，電機速度跌落位置從63個霍爾位置開始，電機速度跌落非常快速，且在防夾區域內，速度變化率達到門限值，從而導致在51個霍爾位置產生防夾并開始反轉。根據防夾反轉位置的霍爾數，可以排除防夾區域設定范圍問題，且經實車驗證，如果增大霍爾數會導致部分車門存在法規風險。

3.2.3 故障根本原因分析

經實車觀察及霍爾參數顯示，誤防夾發生位置為A柱斜段（玻璃上升時斜段優先入槽）。經反復驗證，故障車用手捋一下導槽密封條或者將車窗手動升到頂然后停留一天，誤防夾問題即可解決，我們針對該現象重點調查導槽密封條和車門窗框一致性問題。經三坐標檢測，故障車門鈑金在公差范圍內，排除鈑金影響因子。對故障密封條進行十倍投影圖和壓縮負荷檢測，數據顯示外側唇邊壓縮負荷為14.85N/100mm，內側唇邊壓縮負荷為6.634N/100mm，且頂部緩沖唇邊起翹高度嚴重偏離設計位置，如圖4所示，在玻璃入槽時內側唇邊在變形過程中與緩沖唇邊產生自接觸，導致玻璃插入力由6.5N/100mm突變為20N/100mm，觸發了防夾反轉。

4 某車型玻璃升降器防夾失效的改進措施

根據原因分析，本車型可采用的改進措施為：

1、整改導槽密封條定型模具，使頂部緩沖唇邊角度符合設計要求，避免出現玻璃入槽時密封膠條唇邊產生自接觸;

2、整改導槽密封條擠出口模，將外側唇邊應力槽做合設計，使外側唇邊壓縮負荷在設計位置達到6±1.5N/100mm，如下圖5所示;

經驗證，新狀態的玻璃導槽密封條在玻璃入斜段的過程中，升降器電機速度跌落的幅值比舊狀態膠條有較大程度的減少，新狀態玻璃導槽密封條小批量裝車100套均未出現故障復現，且新物料斷點后，該車型上市已經接近一年時間，售后未收到此故障投訴，通過以上系列措施實施后，玻璃上升到頂防夾反轉故障得以解決。

5 結束語

本故障車型所出現的玻璃升降誤防夾問題較為復雜，我們通過對誤防夾影響因素大量的細致深入分析找到了根本原因及解決措施，徹底解決了該車型玻璃升到頂防夾反轉問題，滿足了新車型上市的要求，為今后類似產品的問題解決提供了參考。

參考文獻：

[1]馬偉澤，孟德東.汽車電動窗防夾技術的探討.天津汽車，2008，（10）.

[2]許師中.基于電流紋波純硬件波形轉化的車窗防夾設計.廈門理工學院學報，2014，22（1）：11-15.