汽車玻璃升降系統(tǒng)失效原因解析

成淑儀 肖強(qiáng) 韋思意

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

1 引言

玻璃升降系統(tǒng)作為重要功能件，如失效將直接影響到車身的密封性及客戶的駕駛環(huán)境，造成客戶嚴(yán)重抱怨，從其與駕乘人員接觸的密切性方面考慮，研究汽車玻璃升降系統(tǒng)具有相當(dāng)重要的實(shí)際意義。某車型前門玻璃升降系統(tǒng)售后頻繁出現(xiàn)升降緩慢、升降卡滯、升降歪斜等故障，影響了客戶的正常使用，需要迅速分析故障原因并制定解決方案，降低玻璃升降器及膠條售后維修頻次。

2 玻璃升降系統(tǒng)概述

2.1 玻璃升降系統(tǒng)定義和組成

玻璃升降系統(tǒng)是指汽車車門上，實(shí)現(xiàn)提升或降低車窗玻璃的功能，并能將玻璃保持在行程內(nèi)任意位置的若干零部件組成的系統(tǒng)。玻璃升降系統(tǒng)的組成主要包括：側(cè)門結(jié)構(gòu)件，玻璃升降器，側(cè)門車窗玻璃，側(cè)門窗框/玻璃導(dǎo)槽，玻璃導(dǎo)槽密封條/玻璃膠條，內(nèi)/外水切及其支持件。

2.2 玻璃升降系統(tǒng)功能要求

汽車玻璃升降系統(tǒng)是整車的重要組成部分，對(duì)開閉件系統(tǒng)乃至整車的質(zhì)量起著重要的作用。玻璃升降系統(tǒng)功能要求如下：

（1）靈活平順的提升或降低側(cè)門車窗玻璃；

（2）保持側(cè)門車窗玻璃位置；

（3）通過玻璃運(yùn)行關(guān)閉車窗來分隔車內(nèi)空間與車外環(huán)境；

（4）側(cè)門車窗玻璃關(guān)閉時(shí)能阻止水、灰塵、車外空氣等侵入車內(nèi)空間。

2.3 玻璃升降系統(tǒng)的分類

按玻璃升降器型式可分為叉臂式玻璃升降系統(tǒng)、繩輪式玻璃升降系統(tǒng)，按照車門的設(shè)計(jì)類型可分為無窗框門玻璃升降系統(tǒng)、輥壓式窗框玻璃升降系統(tǒng)、沖壓式窗框玻璃升降系統(tǒng)。繩輪式玻璃升降系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是總體剛度好，對(duì)玻璃支撐區(qū)域?qū)挘愴憜栴}少，成本較低，空間布置容易，升降過程中速度一致，對(duì)玻璃姿態(tài)的控制能力較強(qiáng)。根據(jù)升降器導(dǎo)軌的數(shù)量，繩輪式玻璃升降器可分為雙導(dǎo)軌繩輪式升降器和單導(dǎo)軌繩輪式升降器，在玻璃寬度不超過810mm的前提下，可選用單導(dǎo)軌繩輪式升降器。本文的主要研究對(duì)象是單導(dǎo)軌繩輪式升降系統(tǒng)，如圖1所示。

2.4 繩輪式玻璃升降系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與工作原理

繩輪式玻璃升降器由滑塊沿玻璃運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)對(duì)玻璃升降進(jìn)行控制，滑塊通過符合玻璃運(yùn)動(dòng)軌跡的導(dǎo)軌進(jìn)行導(dǎo)向，并與繞絲輪連接，即可由手搖驅(qū)動(dòng)，也可通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)。滑塊與繞絲輪通過柔性的鋼絲繩連接，車窗玻璃安裝在升降器滑塊上。以電動(dòng)升降器為例，電機(jī)接受控制系統(tǒng)傳遞的信號(hào)做正或反轉(zhuǎn)，使繞絲輪旋轉(zhuǎn)，收縮或放長鋼絲繩，使滑塊沿導(dǎo)軌總成上下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)車窗玻璃沿前后玻璃導(dǎo)槽作上下運(yùn)動(dòng)。

對(duì)于繩輪式玻璃升降器，可以采用螺旋線作為玻璃運(yùn)行軌跡。設(shè)計(jì)合適的滑塊導(dǎo)引系統(tǒng)，可以降低玻璃升降在穩(wěn)定性和導(dǎo)向方面對(duì)門框玻璃滑動(dòng)導(dǎo)軌的依賴。這意味著，可以縮短門框玻璃滑動(dòng)導(dǎo)軌的長度，從而節(jié)省成本并減少玻璃升降的阻力。

單導(dǎo)軌繩輪式升降器更易于安裝，有著更輕的重量和更高的物流效率，大部分零件能夠被沿用于不同的設(shè)計(jì)中，缺點(diǎn)是運(yùn)行穩(wěn)定性一般，車門制造過程中產(chǎn)生的累積公差對(duì)性能的影響較大，對(duì)系統(tǒng)X向與Y向偏差較敏感。

3 問題定義

2015年4月某車型前門玻璃升降器12MIS IPTV（Incidents Per Thousand Vehicles每千輛車的故障總數(shù)）預(yù)測為10.21，前門玻璃導(dǎo)槽密封條12MIS IPTV 預(yù)測為7.94，前門玻璃升降器售后維修量排名第六名，玻璃導(dǎo)槽密封條售后維修量排名第十名。

圖1 單導(dǎo)軌繩輪式玻璃升降系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

通過對(duì)這些售后問題車輛及售后維修記錄進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)2014年11月至2015年6月制造月的維修記錄464次，售后反饋的主要故障模式為升不起/升降卡滯/玻璃歪斜/升降緩慢（60%）和異響（29%），如圖2所示。由于升不起/升降卡滯/玻璃歪斜/升降緩慢出現(xiàn)頻次多，客戶抱怨較大，故將該失效模式作為重點(diǎn)進(jìn)行攻關(guān)。

圖2 2014年11月至2015年6月制造月的維修記錄

4 原因分析

4.1 前門玻璃升降器退賠件分析

為了快速找到問題產(chǎn)生原因，對(duì)升降器售后退賠件共280件進(jìn)行實(shí)車門裝配驗(yàn)證分析，發(fā)現(xiàn)18.2%的故障升降器失效模式為緩沖塊脹大導(dǎo)致摩擦異響,3.21%的失效模式為緩沖塊開裂導(dǎo)致下降到底異響，32.5%的失效模式為導(dǎo)軌被緩沖塊污染且上升緩慢，37.1%的退賠件故障不重現(xiàn)。

調(diào)查緩沖塊材料，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求為丁腈橡膠，供應(yīng)商私自更改緩沖塊材料為氯丁膠，氯丁膠耐油性差，在使用過程中與潤滑脂接觸脹大，導(dǎo)致緩沖塊與導(dǎo)軌接觸摩擦，產(chǎn)生異響、升降阻力增大問題，并將導(dǎo)軌污染成黑色。

小結(jié)：升降器緩沖塊材料不符合設(shè)計(jì)是升降抖動(dòng)/異響、升降緩慢的主要原因。

4.2 玻璃導(dǎo)槽密封條退賠件分析

隨機(jī)選取玻璃導(dǎo)槽密封條退賠件進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)膠條底部磨損嚴(yán)重，同時(shí)，售后服務(wù)站反饋故障車膠條A柱側(cè)段膠條底面磨損嚴(yán)重，主要失效模式為升降卡滯、玻璃前傾、升不起，這幾個(gè)故障從根本上來說其實(shí)是一個(gè)問題，主要原因是升降阻力變大。

4.3 因果圖系統(tǒng)原因分析

從繩輪式玻璃升降系統(tǒng)的工作原理出發(fā)，分析可能導(dǎo)致升不起/升降卡滯/玻璃歪斜/升降緩慢的原因列舉如下圖：

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段對(duì)玻璃升降運(yùn)動(dòng)偏轉(zhuǎn)力矩進(jìn)行過校核，理論上玻璃上升過程中偏轉(zhuǎn)力矩向B柱2～3N.M，根據(jù)玻璃升降系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過程簡化數(shù)學(xué)模型，產(chǎn)生玻璃前傾的原因是玻璃升降系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)力矩不平衡，即上升過程中A柱對(duì)玻璃摩擦阻力較大，致使玻璃向A柱傾斜、升降卡滯，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生玻璃升不起問題。

經(jīng)過以上分析，下一步工作重點(diǎn)是調(diào)查組成升降系統(tǒng)的零部件質(zhì)量，重點(diǎn)查找升不起/升降卡滯/玻璃歪斜的根本原因。

5 零部件質(zhì)量的調(diào)查

5.1 玻璃導(dǎo)槽密封條總裝質(zhì)量調(diào)查

對(duì)某車型前門玻璃導(dǎo)槽密封條總裝質(zhì)量進(jìn)行抽查，發(fā)現(xiàn)約80%前門玻璃膠條都不同程度存在裝配不到位的情況，如圖4所示。前門A柱膠條裝配不到位，會(huì)導(dǎo)致升降阻力變大，產(chǎn)生升降卡滯、玻璃前傾問題。

圖4 某車型膠條質(zhì)量問題圖片

5.2 側(cè)門窗框/玻璃導(dǎo)槽制造問題調(diào)查

在廈門漳州服務(wù)站分析兩輛升降卡滯/玻璃歪斜的故障車，發(fā)現(xiàn)前門焊接前導(dǎo)槽與后導(dǎo)槽距離小，前導(dǎo)槽底面至后導(dǎo)槽底面的距離設(shè)計(jì)值為811.4 ± 1mm ，測量前導(dǎo)槽至后導(dǎo)槽底面的距離為809mm，設(shè)計(jì)狀態(tài)下前門前后導(dǎo)槽是平行的，而故障車前后導(dǎo)槽上端窄下端寬（倒V字形），導(dǎo)致升降阻力變大。

為保證玻璃在導(dǎo)槽中的平穩(wěn)運(yùn)行，彌補(bǔ)玻璃運(yùn)動(dòng)中在前后方向的偏差，玻璃邊界與膠條的最小距離設(shè)計(jì)值為2.0mm，所以焊接前導(dǎo)槽的X向超差直接導(dǎo)致A柱摩擦阻力增大，導(dǎo)致玻璃膠條底面磨損嚴(yán)重，與玻璃導(dǎo)槽密封條退賠件表現(xiàn)一致。

此外，玻璃導(dǎo)槽寬度設(shè)計(jì)值為17.9 ±0.5mm，故障車測得前導(dǎo)槽寬度最小的有16.3mm，且焊接前導(dǎo)槽存在變形問題（如圖5所示），導(dǎo)致A柱對(duì)玻璃摩擦阻力增大。

同時(shí)，制造區(qū)域發(fā)現(xiàn)前門內(nèi)外板窗臺(tái)加強(qiáng)板存在間隙變小問題，內(nèi)外板開口尺寸設(shè)計(jì)值為27.9 ± 1mm，實(shí)際測量最小值為26.0mm，導(dǎo)致水切對(duì)玻璃的阻力變大。

小結(jié)：前門鈑金制造質(zhì)量差，焊接前導(dǎo)槽與后導(dǎo)槽距離超差、導(dǎo)槽寬度超差、導(dǎo)槽焊接變形，會(huì)導(dǎo)致升降卡滯、玻璃歪斜、升不起問題。

圖3 玻璃升不起/升降卡滯/玻璃歪斜/升降緩慢問題因果圖

圖5 導(dǎo)槽變形質(zhì)量問題圖片

5.3 玻璃導(dǎo)槽寬度變小問題調(diào)查

2015年8月調(diào)查發(fā)現(xiàn)，部分外后視鏡基座可以從安裝孔穿出，打緊螺栓后會(huì)將內(nèi)外板間隙拉小，A柱玻璃導(dǎo)槽開口寬度變小（如表1所示），導(dǎo)致A柱摩擦阻力增大。

設(shè)計(jì)要求外后視鏡基座應(yīng)該頂在內(nèi)板加強(qiáng)板上，但2號(hào)模具外后視鏡基座加強(qiáng)筋尺寸超差導(dǎo)致后視鏡基座穿出內(nèi)板安裝孔（如圖6所示），另外，1號(hào)模具外后視鏡尺寸滿足設(shè)計(jì)要求，但三個(gè)安裝點(diǎn)安裝扭力均達(dá)到10N.M時(shí)，后視鏡基座明顯損壞（如圖7所示）。總裝車間下線驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)故障車升到外后視鏡處玻璃前傾，到頂后玻璃后端有縫隙。

小結(jié)：外后視鏡基座可以從內(nèi)板安裝孔穿出，會(huì)導(dǎo)致升降卡滯、玻璃歪斜、升不起問題。

5.4 側(cè)門車窗玻璃制造問題調(diào)查

通過對(duì)玻璃以及玻璃檢具進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)玻璃的制造精度是滿足技術(shù)要求的，玻璃厚度滿足圖紙要求，玻璃型面、玻璃托塊位置符合檢具要求，不存在制造超差的情況。

5.5 玻璃升降器制造問題調(diào)查

圖6 外后視鏡加強(qiáng)筋尺寸超差

圖7 外后視鏡質(zhì)量問題圖片

通過對(duì)玻璃升降器及升降器檢具進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)玻璃升降器關(guān)鍵控制性能是滿足技術(shù)要求的，但升降器緩沖塊材料不符合設(shè)計(jì)是升降抖動(dòng)/異響、升降緩慢的主要原因；

滑塊自身有一定的自由度，但如果與導(dǎo)軌之間的活動(dòng)間隙太大，在升降器啟動(dòng)的瞬間滑塊將左右晃動(dòng)，程度嚴(yán)重將造成固定在滑塊上的車窗玻璃發(fā)生大幅度前傾，所以滑塊與導(dǎo)軌之間的距離做嚴(yán)格要求，設(shè)計(jì)要求≤0.3mm，調(diào)查發(fā)現(xiàn)玻璃升降器是滿足此要求的。

但由于A柱摩擦阻力較大，升降系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)力矩不平衡，玻璃前傾導(dǎo)致升降器滑塊與導(dǎo)軌的摩擦變大，使玻璃升降器在上升過程中逐步向A柱傾斜，升降器滑板與導(dǎo)軌間隙變大,更換售后故障車玻璃導(dǎo)槽密封條后可以改善前傾及卡滯問題。

表1 外后視鏡安裝前后導(dǎo)槽寬度對(duì)比

5.6 內(nèi)外水切制造質(zhì)量調(diào)查

通過對(duì)內(nèi)外水切關(guān)鍵控制項(xiàng)進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)十倍放大投影圖、壓縮負(fù)荷、滑動(dòng)阻力、植絨磨耗性是滿足技術(shù)要求的。

5.7 玻璃導(dǎo)槽密封條制造質(zhì)量調(diào)查

通過對(duì)玻璃導(dǎo)槽密封條關(guān)鍵控制項(xiàng)進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)存在以下問題：

（1）A斷面十倍放大投影圖不符合圖紙要求，膠條底部偏厚1.2mm，導(dǎo)致玻璃導(dǎo)槽密封條底部磨損嚴(yán)重，滑動(dòng)阻力增大，升降緩慢、卡滯；

（2）調(diào)查實(shí)車升降阻力，拆除玻璃升降器后，用測力計(jì)感應(yīng)頭對(duì)準(zhǔn)玻璃的平衡點(diǎn)推動(dòng)玻璃上升，發(fā)現(xiàn)上升阻力較設(shè)計(jì)值大，但玻璃重力與其他車型相差不大。調(diào)查玻璃導(dǎo)槽密封條，發(fā)現(xiàn)膠條壓縮負(fù)荷偏大，涂層厚度偏小，導(dǎo)致滑動(dòng)阻力大。

小結(jié)：玻璃導(dǎo)槽密封條滑動(dòng)阻力大，是升降卡滯、升降緩慢的主要原因。

5.8 玻璃上升偏轉(zhuǎn)力矩調(diào)查

通過三坐標(biāo)掃描挑選符合設(shè)計(jì)狀態(tài)的車門鈑金，通過實(shí)車臺(tái)架驗(yàn)證，升降器施力點(diǎn)的布置可以保證玻璃升降運(yùn)行平穩(wěn)，但側(cè)門窗框/玻璃導(dǎo)槽及玻璃導(dǎo)槽密封條制造超差，直接導(dǎo)致玻璃上升偏轉(zhuǎn)力矩不平衡，致使玻璃前傾，玻璃前傾會(huì)導(dǎo)致玻璃膠條A柱底面異常磨損，與玻璃導(dǎo)槽密封條退賠件表現(xiàn)一致。

通過以上調(diào)查，充分驗(yàn)證了車門制造過程及零部件質(zhì)量問題對(duì)單導(dǎo)軌繩輪式升降系統(tǒng)性能的影響，系統(tǒng)闡述了問題產(chǎn)生的根本原因，體現(xiàn)了問題定義的準(zhǔn)確性、分析過程的邏輯嚴(yán)密性。

產(chǎn)生異響的根本原因是升降器緩沖塊材料不符合設(shè)計(jì)，導(dǎo)致升降抖動(dòng)/異響、升降緩慢，產(chǎn)生升不起/升降卡滯/玻璃歪斜/升降緩慢的根本原因如下：

（1）前門玻璃導(dǎo)槽密封條裝配不到位；

（2）前門鈑金制造質(zhì)量差，焊接前導(dǎo)槽與后導(dǎo)槽距離超差、玻璃導(dǎo)槽寬度超差、導(dǎo)槽焊接變形、內(nèi)外板窗臺(tái)加強(qiáng)板開口尺寸超差；

（3）安裝外后視鏡后導(dǎo)致前門A柱玻璃導(dǎo)槽寬度變小；

（4）玻璃膠條底部偏厚，不符合圖紙要求，導(dǎo)致升降卡滯；

（5）玻璃膠條壓縮負(fù)荷偏大、涂層厚度偏小，滑動(dòng)阻力大，導(dǎo)致升降緩慢。

6 解決措施

根據(jù)分析的原因，制定相應(yīng)的解決措施，具體如下：

（1）控制玻璃導(dǎo)槽密封條裝配質(zhì)量，培訓(xùn)并要求員工將膠條裝配到位。（2）控制前門鈑金制造質(zhì)量，車身車間使用通止規(guī)檢查。前導(dǎo)槽底面至后導(dǎo)槽底面的距離為811.4 ±1mm ；導(dǎo)槽寬度17.9 ± 0.5mm ；解決焊接導(dǎo)槽變形問題 ；內(nèi)外板窗臺(tái)加強(qiáng)板間隙27.9 ±1mm。（3）隔離外后視鏡2號(hào)模具舊狀態(tài)尺寸超差零件。 （4）安裝外后視鏡扭力工藝改進(jìn)，使用6N.m的定扭槍。（5）玻璃膠條A斷面底部厚度做合圖紙要求。（6）減小玻璃膠條豎直段A斷面壓縮負(fù)荷，以減小膠條滑動(dòng)阻力。（7）在玻璃膠條擠出過程中增加噴槍數(shù)量，使每個(gè)面的涂層厚度都達(dá)到10um以上。（8）整改升降器緩沖塊材料符合圖紙要求。

7 效果驗(yàn)證

7.1 試驗(yàn)驗(yàn)證

逐一落實(shí)上述各個(gè)整改措施，對(duì)斷點(diǎn)后的零件進(jìn)行升降系統(tǒng)臺(tái)架耐久試驗(yàn)，要求環(huán)境溫度6000個(gè)工作循環(huán)，-30℃環(huán)境2000個(gè)工作循環(huán)，+80℃環(huán)境2000個(gè)工作循環(huán)，此為一個(gè)循環(huán)，共進(jìn)行兩個(gè)循環(huán)共20000次試驗(yàn)。經(jīng)驗(yàn)證證明升降系統(tǒng)臺(tái)架耐久試驗(yàn)后未發(fā)現(xiàn)升降卡滯、玻璃歪斜、異響等故障，高低溫環(huán)境下升降器工作電流均滿足技術(shù)要求，可證明解決措施的有效性。

7.2 市場驗(yàn)證

2015年12月25日所有實(shí)施措施斷點(diǎn)后，經(jīng)售后市場驗(yàn)證跟蹤，玻璃升降器及膠條失效IPTV值開始下降，2017年1月該車型前門玻璃升降器12MIS IPTV 為3.14，前門膠條12MIS IPTV 為2.97，可證明解決措施的效果相當(dāng)明顯。

8 結(jié)語

車門制造過程及零部件質(zhì)量問題對(duì)單導(dǎo)軌繩輪式升降系統(tǒng)性能的影響較大，考慮到整個(gè)車門玻璃升降系統(tǒng)中的任何變異都會(huì)對(duì)玻璃升降器產(chǎn)生影響，導(dǎo)致玻璃升降器運(yùn)行不平穩(wěn)，所以制定了玻璃升降系統(tǒng)關(guān)鍵控制項(xiàng)，進(jìn)行零件質(zhì)量監(jiān)控。通過提高車門總成升降系統(tǒng)關(guān)鍵控制項(xiàng)的合格率，極大地降低了售后維修頻次。