基于汽車車窗玻璃升降噪聲問題及其解決方案研究

薛現(xiàn)龍

（中國第一汽車股份有限公司技術(shù)中心，吉林 長春 130011）

基于汽車車窗玻璃升降噪聲問題及其解決方案研究

薛現(xiàn)龍

（中國第一汽車股份有限公司技術(shù)中心，吉林 長春 130011）

從車窗升降系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲影響因素進(jìn)行分析，并針對(duì)噪聲源分別從機(jī)械結(jié)構(gòu)和邏輯控制方面提出合理的解決方案。通過實(shí)際應(yīng)用和測試，有效降低車窗升降系統(tǒng)的噪聲，提高產(chǎn)品使用壽命。

噪聲；車窗升降系統(tǒng)；軟停止；初始化；自學(xué)習(xí)

隨著汽車電氣化程度的不斷提升，普通汽車基本已具備電動(dòng)升降車窗玻璃功能，甚至很多車型基本都具備自動(dòng)電動(dòng)升降車窗功能，即一鍵升降窗功能。但是，隨著對(duì)汽車發(fā)展的需求，用戶不僅僅滿足于能夠電動(dòng)升降車窗，更苛求于在升降窗過程中對(duì)車窗噪聲的控制，因而升降車窗產(chǎn)生的撞擊噪聲的大小，以及對(duì)噪聲控制的水平，也漸漸成為用戶評(píng)價(jià)一輛汽車高檔性、精致性的重要指標(biāo)。據(jù)研究，電動(dòng)車窗關(guān)閉過程中，向上推動(dòng)的力量最強(qiáng)可達(dá)56.2 kg，最弱的也有16.6 kg，尤其是有窗框的電動(dòng)車窗，力量通常較大，約在32.2～52.6 kg之間［1］。而目前來看，很多汽車車窗在上升至車窗頂端或者降至車窗底部時(shí)均出現(xiàn)較大的撞擊聲，另外對(duì)電機(jī)使用壽命也有一定的影響。因此，提出采用一種新型的車窗控制邏輯，結(jié)合車窗升降系統(tǒng)部件的精細(xì)控制，達(dá)到降低或消除升降至終端產(chǎn)生的噪聲，同時(shí)對(duì)提高電機(jī)使用壽命有著非常重要的意義。

圖1 車窗控制系統(tǒng)示意圖

車窗噪聲一般來源于玻璃升至車窗頂部。這是由于電機(jī)堵轉(zhuǎn)，使得玻璃與窗框頂部接觸產(chǎn)生的撞擊聲，以及車窗下降到底時(shí)玻璃托架與升降器支架的撞擊聲造成的。

1 車窗玻璃升降噪聲來源

如圖1所示，車窗玻璃升降機(jī)構(gòu)由車窗電機(jī)、升降器支架、玻璃托架、玻璃導(dǎo)槽、裝飾條、鋼絲繩、密封圈等組成［2］。車窗電機(jī)通過齒輪齒條減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)鋼絲繩運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)的玻璃托架及玻璃進(jìn)行上下移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)升降車窗功能。

2 解決噪聲方案分析

2.1 改善車窗升降控制邏輯

2.1.1 車窗升降控制方法

車窗升降控制系統(tǒng)包括車門控制器（集成車窗控制模塊）、車窗升降電機(jī)、車窗升降器、車窗玻璃、霍爾傳感器［3］、必要的線束及電源等組成，如圖2所示。

車門控制器根據(jù)車窗升降開關(guān)操作信號(hào)輸入，判斷操作升降意圖，驅(qū)動(dòng)車窗電機(jī)正反向運(yùn)動(dòng)。圖3為車窗控制系統(tǒng)框圖。車窗控制模塊自外部采集電壓信號(hào)、溫度信號(hào)、車速信號(hào)、霍爾信號(hào)等，并運(yùn)用邏輯控制模塊來分析驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)或停止。通過防夾算法模塊計(jì)算升降特性，計(jì)算霍爾的脈沖數(shù)判斷玻璃的升降位置。在升降過程中如果判斷車窗進(jìn)入防夾保護(hù)區(qū)域，遇到障礙物，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)防夾保護(hù)程序。當(dāng)車窗上升阻力超過防夾閾值時(shí)，車窗反轉(zhuǎn)回退，以保護(hù)人員安全。

圖2 車窗升降控制示意圖

由于電機(jī)堵轉(zhuǎn)產(chǎn)生撞擊聲，所以特別為車窗控制增加上部及下部的軟停止功能。不同于傳統(tǒng)的通過電機(jī)堵轉(zhuǎn)若干時(shí)間的軟停止方法，本控制是通過計(jì)算全行程的霍爾脈沖數(shù)據(jù)，監(jiān)控車窗玻璃在距離上下止點(diǎn)一定距離下，便斷開電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過電機(jī)慣性再運(yùn)動(dòng)一定距離（具體需要標(biāo)定），確保車窗玻璃進(jìn)入車窗密封條內(nèi)，且未到達(dá)車窗上下止點(diǎn)處，如圖4所示。

圖3 車窗控制系統(tǒng)框圖

圖4 軟停止位置示意圖

車窗到達(dá)軟停止點(diǎn)后，如果松開開關(guān)后，再次操作自動(dòng)/手動(dòng)開關(guān)，均以手動(dòng)操作模式到達(dá)門窗對(duì)應(yīng)的止點(diǎn)堵轉(zhuǎn)。因此，圖4中dup和ddown需要通過標(biāo)定才能得到。

2.1.2 車窗初始化流程

持續(xù)上拉各車窗升降開關(guān)手動(dòng)上升并保持，車窗玻璃運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)并堵轉(zhuǎn)，然后運(yùn)動(dòng)到下端軟停止點(diǎn)，最后車窗玻璃運(yùn)動(dòng)到上端軟停止點(diǎn)停止，即可完成初始化。整個(gè)過程不要松開車窗升降開關(guān)直到初始化完成。圖5所示為車窗初始化流程。

圖5 車窗初始化流程圖

2.1.3 車窗零點(diǎn)學(xué)習(xí)補(bǔ)償策略

在實(shí)際使用過程，考慮電磁干擾、車窗附件老化等原因，可能導(dǎo)致霍爾脈沖數(shù)的丟失，因此需要車窗玻璃通過自學(xué)習(xí)過程尋找零點(diǎn)，補(bǔ)償防夾行程的累積誤差。具體方法如下。

1）設(shè)定車窗開關(guān)達(dá)到一定的次數(shù)后，車窗玻璃會(huì)在關(guān)閉過程中自動(dòng)運(yùn)行到上止點(diǎn)進(jìn)行堵轉(zhuǎn)并重新學(xué)習(xí)零點(diǎn)。

2）規(guī)定車窗從下端軟停止點(diǎn)連續(xù)關(guān)閉至上端軟停止點(diǎn)被認(rèn)為是門窗的一次開關(guān)操作。如果在車窗關(guān)閉過程中因?yàn)槿魏卧虮淮驍啵敬芜\(yùn)行將不會(huì)被記為一次開關(guān)操作；如果車窗從非下端軟停止點(diǎn)的任意位置運(yùn)行至上端軟停止點(diǎn)，本次運(yùn)行將不會(huì)被記為一次開關(guān)操作。

3）自學(xué)習(xí)的開關(guān)次數(shù)閾值暫定100次，具體需要標(biāo)定后確定。

4）為了防止車窗的位置在開關(guān)數(shù)到達(dá)自學(xué)習(xí)的開關(guān)次數(shù)閾值之前出現(xiàn)較大的累計(jì)誤差，需要設(shè)置特殊邏輯保證門窗能夠重新學(xué)習(xí)零點(diǎn)。即每次運(yùn)動(dòng)到上端軟停止點(diǎn)后，如果松開開關(guān)后再次按下手動(dòng)/自動(dòng)上升開關(guān)，則車窗繼續(xù)向上止點(diǎn)位置運(yùn)動(dòng)直到發(fā)生堵轉(zhuǎn)，維持開關(guān)有效5 s，則堵轉(zhuǎn)點(diǎn)被設(shè)置為新的門窗零點(diǎn)。

5）車窗零點(diǎn)自學(xué)習(xí)過程不會(huì)觸發(fā)初始化流程，僅更新零點(diǎn)位置，不會(huì)丟失防夾特性數(shù)據(jù)。

2.2 優(yōu)化玻璃托架及緩沖墊結(jié)構(gòu)

如圖6所示，緩沖墊通過溝槽結(jié)構(gòu)卡接至玻璃托架部件上，當(dāng)車窗玻璃運(yùn)行至車窗底部時(shí)，發(fā)生撞擊的2個(gè)部件是緩沖墊和升降器支架。設(shè)計(jì)過程中要考慮緩沖墊發(fā)生變形后的凸起高度，要確保緩沖墊受壓變形后凸起的高度高于玻璃托架的底平面，避免托架與車窗玻璃升降支架接觸產(chǎn)生噪聲。

圖6 玻璃托架及緩沖墊結(jié)構(gòu)示意圖

另外，合理選擇緩沖墊材料，確保其低溫狀態(tài)下的彈性及高溫狀態(tài)下的韌性。若低溫狀態(tài)材料偏硬，則噪聲增大；高溫狀態(tài)偏軟，將可能使玻璃托架與升降器支架直接接觸，產(chǎn)生噪聲。

2.3 控制車窗玻璃導(dǎo)槽及裝飾件精度

車窗玻璃沿兩側(cè)玻璃導(dǎo)槽運(yùn)動(dòng)至車窗頂部玻璃導(dǎo)槽內(nèi)，至玻璃導(dǎo)槽頂部后，車窗玻璃進(jìn)入到導(dǎo)槽內(nèi)深度6.1 mm，玻璃側(cè)面距離裝飾條約3.2 mm，如圖7所示。根據(jù)前面所述車窗初始化流程，如果裝飾條制造精度不滿足要求，導(dǎo)致車窗玻璃側(cè)面距離裝飾條間隙偏小，使得車窗玻璃受擠壓未能達(dá)到玻璃導(dǎo)槽頂部即停止，這時(shí)控制器將記下此位置作為車窗全行程的零點(diǎn)，那么軟停止點(diǎn)即回退一定脈沖數(shù)后停止。而回退的脈沖數(shù)是通過實(shí)際標(biāo)定的數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在EEPROM中，適用于全系車輛。正常學(xué)習(xí)零點(diǎn)，計(jì)算軟停止點(diǎn)后，車窗玻璃進(jìn)入玻璃導(dǎo)槽的深度將會(huì)大于3.5 mm。而個(gè)別出現(xiàn)以上情況的車窗，由于車窗未學(xué)習(xí)到真正的零點(diǎn)位置，在正常使用中將會(huì)出現(xiàn)車窗玻璃進(jìn)入玻璃導(dǎo)槽的深度減少，導(dǎo)致密封不嚴(yán)，出現(xiàn)漏雨、進(jìn)風(fēng)等現(xiàn)象，使車內(nèi)風(fēng)噪增加。

圖7 車窗上端斷面圖

3 總結(jié)

本文通過對(duì)車窗升降電機(jī)噪聲源的分析，分別從車窗升降控制邏輯以及車窗升降機(jī)構(gòu)等方面提出切實(shí)可行的技術(shù)方案，并重點(diǎn)針對(duì)車窗控制邏輯變化帶來的風(fēng)險(xiǎn)，提出詳細(xì)的彌補(bǔ)方案，避免產(chǎn)生車窗關(guān)不到位現(xiàn)象。此設(shè)計(jì)方案已成功應(yīng)用于已量產(chǎn)車型近2年，有效提升了車窗升降的品質(zhì)。

［1］ 王義，章俊華，邱云峰.一種低成本汽車電動(dòng)車窗防夾控制系統(tǒng)［J］.測控技術(shù)，2011，30（8）：45-47.

［2］ 王曉明，韓陽，任少義，等.車窗升降控制器的防夾測控算法［J］.中國科技論文在線，2010，5（8）：615-618.

［3］ 吳蓮英，唐昭輝，周杰.大客車電磁兼容性淺析［J］.客車技術(shù)與研究，2005，27 （5）： 18-19．

Vehicle Window Glass Lifter Noise Problem and Solution

XUE Xian-long
（First Automobile Workshop Technology Centre，Changchun 130011，China）

This paper mainly analyzes influencing factors of the noise produced by the window lifting system. Reasonable solutions based on the mechanical structure and logic control are proposed. Through practical application and testing，they can effectively reduce the noise and improve the product life-span.

noise；window lifting system；soft stop；initialization；self-learning

U463.85

A

1003-8639（2017）11-0037-03

2016-12-11

薛現(xiàn)龍（1983-），男，工程師，碩士，主要從事電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，曾參與開發(fā)紅旗H7、紅旗EV、A級(jí)車等車型項(xiàng)目。

（編輯 凌 波）