電動玻璃升降器運行限制電流的計算研究

李瑞生，李超帥，李偉，林森，于波

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

電動玻璃升降器運行限制電流的計算研究

李瑞生，李超帥，李偉，林森，于波

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

為解決電動玻璃升降器因電機選型不合理或運行限制電流定義不合理導致的玻璃升降失效問題，通過建立玻璃升降運行的受力分析，建立了玻璃運行阻力與電機扭矩的計算關系，為電機選型提供了理論依據；并通過電機特性曲線準確定義了玻璃升降運行限制電流， 為電動玻璃升降運行限制電流的標定提供了理論依據。

玻璃升降器；電機；限制電流；計算

Abstract:In order to solve the problem of the glass running failure caused by the unreasonable selection of the motor or the unreasonable current definition of the electric glass regulator, the relationship between the running resistance of the glass and the torque of the motor was established by force analysis of the glass running operation. A theoretical basis was provided for motor selection. The limiting current of the glass running was defined by the characteristic curve of the motor. And a theoretical basis for calibration of the limiting current of the electric glass regulator was provided.

Keywords: Glass regulator; Motor; Limiting current; Calculation

CLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-10-03

前言

在玻璃升降器設計過程中，需通過玻璃升降器系統運行阻力對升降器運行電流、限制電流與堵轉電流進行計算匹配，并作為電機選型的依據，避免車型開發后期因運行限制電流定義不合理或電機選型不合理造成更改，影響項目開發進度。[1]本文從玻璃升降運行的系統阻力入手進行分析，建立了玻璃運行阻力與電機扭矩的數值關系，通過電機特性曲線準確定義了玻璃升降運行限制電流， 為電動玻璃升降器運行限制電流的標定提供了理論依據。

1 玻璃升降運行阻力分析

1.1 玻璃上升運行阻力分析

圖1 玻璃上升運行受力分析

如圖1所示，為玻璃上升運行受力分析，在玻璃未接觸車門上框密封條之前，其上升阻力有前端導槽密封條摩擦力、后端導槽密封條摩擦力、內外水切密封條摩擦力與玻璃重力；當玻璃上升運行至上框入槽瞬間，玻璃上邊緣受到上框密封條的入槽反力，因此在玻璃上升過程中，玻璃在運行方向所需的電機輸出力如圖2所示。

圖2 玻璃上升運行所需電機輸出力曲線

在玻璃未入槽運行階段，沿運行方向保持玻璃平穩上升所需的電機輸出力為：

式中α為玻璃B柱傾角角度。其中：

式中：f1為單位長度導槽密封條摩擦阻力，f2為單位長度內外水切摩擦阻力合力，11為玻璃前端與導槽密封條接觸長度，12為玻璃后端與導槽密封條接觸長度，13為玻璃與內外水切密封條接觸長度。

當玻璃上升運行至上框入槽瞬間，玻璃上邊緣受到上框密封條的入槽反力為：

式中fe為單位長度上框密封條入槽反力，1e為玻璃上邊緣的入槽長度。

因此，保證玻璃順利入槽所需的電機輸出力為：

式中yF 為玻璃運行的剩余關閉力，其作用是保證玻璃可靠入槽。

1.2 玻璃下降運行阻力分析

圖3 玻璃下降運行受力分析

圖4 玻璃下降運行所需電機輸出力曲線

如圖3所示，為玻璃下降運行受力分析，在玻璃下降出槽瞬間，其下降阻力有前端導槽密封條摩擦力F1、后端導槽密封條摩擦力 F2、內外水切密封條摩擦力 F3與玻璃上邊緣受到上框密封條的出槽反力Fe；在玻璃頂端出槽后平穩下降階段，上框密封條的出槽反力Fe消失。在下降全過程中，玻璃重力G均為玻璃下降的動力，因此在玻璃下降過程中，在玻璃運行方向所需的電機輸出力如圖4所示。

在玻璃頂端出槽后平穩下降階段，沿運行方向保持玻璃平穩下降所需的電機輸出力為：

保證玻璃順利出槽所需的電機輸出力為：

2 電機最大輸出扭矩計算分析

2.1 繩輪式玻璃升降器電機輸出扭矩計算

圖5 繩輪式玻璃升降器電機扭矩分析

如圖5所示，繩輪式玻璃升降器電機通過帶動繞線輪轉動從而帶動鋼絲繩拉動玻璃升降，則玻璃運行過程中所需電機扭矩為：

式中R為繩輪式玻璃升降器繞線輪半徑，η為繩輪式玻璃升降器的機械效率。

2.2 叉臂式玻璃升降器電機輸出扭矩計算

圖6 叉臂式玻璃升降器電機扭矩分析

如圖6所示，叉臂式玻璃升降器電機通過齒輪傳動帶動主臂繞鉚接軸旋轉，進而帶動玻璃上升或下降，則玻璃運行過程中所需電機扭矩為：

式中L為升降器主臂長度，β為主臂旋轉運行過程中與水平方向的夾角，n為升降器主臂齒輪與電機小齒輪的傳動比，η為叉臂式玻璃升降器的機械效率。

通過上述計算分析，可以得到玻璃升降器電機運行扭矩與玻璃升降運行阻力的數值關系，在玻璃升降器設計階段系統阻力確定后，即可計算電機扭矩進行電機選型。

3 玻璃升降器運行限制電流的定義分析

玻璃升降器的開關控制策略通常為：按動玻璃升降器升降開關開始供電，釋放玻璃升降器升降開關停止供電，在玻璃上升或下降至上下止點位置后，若持續按動升降器開關，玻璃運行電流增大至開關限制電流后，開關斷電。

為防止持續按動升降器開關情況下開關持續給升降器供電至電機熱保護斷電的情況發生，升降器運行限制電流Ib的設定需小于電機固有堵轉電流Imax，即Ib＜Imax。此外，考慮帶有一鍵下降功能的玻璃升降器控制，一鍵下降命令觸發后，開關持續給升降器電機供電至玻璃運行至下止點堵轉，堵轉電流大于運行限制電流則開關斷電。如果限制電流定義Ib＜Imax，則玻璃運行至下止點堵轉后電流仍小于限制電流，開關持續供電指定時間后斷電，電機堵轉狀態下持續供電可能造成電機熱保護后短暫失效情況出現，并影響電機的使用壽命。

因玻璃升降阻力浮動可能導致玻璃升降器運行電流Iv大小浮動，若玻璃升降器運行電流上限值(Iv)max超過升降器運行限制電流Ib，則會出現玻璃運行不到指定位置而斷電停止的情況，因此升降器運行限制電流定義需滿足Ib＜(Iv)max。

從玻璃運行關閉力方面分析，若(Te+ Tv)過大，在玻璃上升關閉過程中夾到乘客時，可能導致乘客夾傷，此外，也會導致玻璃上升過程對車門上框沖擊力過大，聲音品質不佳。若(Te+ Tv)過小，可能出現玻璃上升入槽力不足導致玻璃無法完全上升至頂端，因此，設計時通常采用 Fe+Fv=220N的自由關閉力對應的(Te+ Tv)進行限制電流計算。

此外，QC/T 636-2014《汽車電動玻璃升降器》中對玻璃升降器的電流特性要求為：升降器的工作電流不大于12A，堵轉電流不大于 28A。[2]因此電機選型過程中需滿足堵轉電流 Imax≤28A，運行扭矩上限值(Tv)max對應的最大運行電流(Iv)max≤12A。

綜合上述幾個方面的限制計算，即可準確定義出玻璃升降器的運行限制電流Ib如圖7所示。

圖7 玻璃升降器運行限制電流定義分析

4 結論

通過建立玻璃升降運行的受力分析，得到了玻璃運行阻力與電機扭矩的數值關系，為玻璃升降器電機選型提供了理論依據；并通過電機特性曲線準確定義了玻璃升降器運行限制電流， 為電動玻璃升降器運行限制電流的標定提供了理論依據。

[1] 趙匡.汽車玻璃升降器電機選型問題研究[J].企業科技與發展,2015(408)：14~17.

[2] QC/T 636-2014 汽車電動玻璃升降器[S]. 2014:2.

Calculation Of Operating Limiting Current Of Electric Window Regulator

Li Ruisheng, Li Chaoshuai, Li Wei, Lin Sen, Yu Bo
（Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110141）

U467 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)18-10-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.004

李瑞生，就職于華晨汽車工程研究院。