電動玻璃升降器的研究與設計

摘 要：隨著社會經濟水平和科學技術的不斷提高，汽車成為人們交通出行必不可少的工具，電動玻璃升降器作為汽車車門系統中使用頻繁的重要配件之一，能夠保證玻璃的平穩升降，并且停留在乘客需要的任意位置。本文簡單介紹了玻璃升降器的分類，并以繩輪式電動玻璃升降器為研究對象，闡述了其設計流程，為構建三維模型及仿真提供理論支撐。

關鍵詞：汽車電動玻璃;繩輪式;升降器

1 引言

玻璃升降器是車門系統的關鍵部件，保證車門的玻璃能夠根據司機和乘客的需求自由調整。玻璃升降器的操縱性能直接影響到駕乘體驗，是衡量汽車性能的重要指標之一。玻璃升降器安裝位置較窄，難以對其維護維修，而且使用頻率較高，是汽車中易發生故障的部件之一[1]。本文通過對玻璃升降器的研究，介紹了目前市場中主流玻璃升降器的分類及其工作原理，針對性能良好的繩輪式電動玻璃升降器，闡述了其設計規程，為后續三維模型的構建和仿真提供了一定的理論支撐。

2 玻璃升降器的分類

玻璃升降器可分為手動和電動兩大類。因為電動玻璃升降器調節便捷、運行穩定、安全系數較高，所以占據了絕大多數的市場份額，手動玻璃升降器逐漸面臨淘汰。

目前，電動玻璃升降器主要分為臂式玻璃升降器、繩輪式玻璃升降器、軟軸式玻璃升降器三大類[2]。

（1）臂式玻璃升降器。臂式玻璃升降器主要由電機及其座板、扇形齒板、叉臂、玻璃夾、導軌、齒輪等組成。

當電機轉動時，輸出軸驅動小齒輪旋轉，帶動扇形齒板轉動，從而帶動叉臂旋轉，叉臂帶動導軌上下運動。導軌上固定安裝的玻璃也隨之運動，達到了玻璃升降的目的。

（2）繩輪式玻璃升降器。繩輪式玻璃升降器主要由電機及其座板、繞絲機構、導軌、繩索結構、滑動支座等組成。

當電機轉動時，輸出軸帶動繞絲輪旋轉，繞絲輪拉動繩索機構，帶動與繩索機構相連的滑動支座沿導軌上下運動，滑動支座上固定安裝的玻璃也隨之運動，達到了玻璃升降的目的[3]。

（3）軟軸式玻璃升降器。軟軸式玻璃升降器主要由電機、減速器、軟軸、軟軸導向管和滑動支座等組成。當電機轉動時，輸出軸帶動軟軸在軟軸導向管內移動，從而帶動滑動支座沿著支架機構上下運動，支座上固定安裝的玻璃也隨之運動，達到了玻璃升降的目的[4]。

3 玻璃升降器的設計

本章以繩輪式電動玻璃升降器為研究對象，闡述了其設計規程。

（1）升降器外部設計。升降器的外部設計與車門系統息息相關，其中最為關鍵的是升降器與車門內板和車門玻璃間的配合，在設計中需要保證部件間沒有干涉和較大的作用力。

1）玻璃升降器與車門內板。通常電機座板、上、下兩個支架安裝在車門內板上。在設計過程中需要確定以上零部件的二維安裝位置，然后通過三維模型仿真保證其安裝高度，同時保證不出現干涉現象。

2）玻璃升降器與車門玻璃。在設計中保證升降器導軌曲率與車門玻璃曲率的一致性，才能保證車門玻璃在上下運動過程中能夠穩定運行，受力均勻，不會發生較大幅度的擺動或者玻璃升降時摩擦阻力較大等現象[5]。

（2）升降器內部設計。升降器的內部設計主要包括導軌空間位置、導軌曲率、導軌長度、導軌支架、電機座板、電機、繞絲機構、鋼絲繩等的設計。

1）導軌空間位置的設計。確定導軌的空間位置包括確定導軌中心線在玻璃面上的投影位置和導軌中心線距離玻璃面的高度。

確定導軌中心線在玻璃面上的投影位置時需要盡量保證導軌位于車門內板上安裝位置的正上方，同時需要盡量保證導軌的中心線通過車門玻璃的質心。

確定導軌中心線距離玻璃面的高度時通常使導軌上、下兩面分別到車門內板和玻璃下表面的垂直距離為12.5±2.5 mm。

2）導軌曲率的設計。升降器導軌的曲率取決于車門玻璃的曲率。通常利用車門玻璃造型數據通過方程法計算或者利用車門玻璃的三維數模通過幾何法計算。

3）導軌長度的設計。導軌長度的涉及通常按照以下步驟完成：①確定車門玻璃行程，導軌長度必須大于這個行程;②導軌長度要滿足滑板、滑輪架、滑繩架等零部件的安裝要求;③留有一定的余量。

4）導軌支架的設計。導軌支架包與導軌直接配合，主要用于支撐導軌。在設計中需要注意以下兩個方面：①支架與車門內板配合的部位，主要由車門內板的安裝位置確定，保證穩定的支撐導軌;②支架支撐部位，主要由導軌的空間位置確定，即高度位置。

5）電機座板的設計。電機座板通過螺柱安裝于車門內板上，座板上固定有電機和繞絲盒。電機座板的設計，在設計中需要注意以下三個方面：①保證座板不與其他部件發生干涉;②外形滿足安裝孔的定位和起到支撐作用;③保持與滑輪架和滑繩架同高，減少額外的作用力。

6）繞絲機構的設計。繞絲機構包括繞絲輪、繞絲盒等，其中繞絲盒用于固定繞絲輪。設計中需要保證以下三個方面：①繞絲輪的安裝，不能與其他部件干涉;②繞絲盒的安裝，不能與其他部件干涉;③繞絲盒的側面開口角度應與滑繩架和滑輪架的安裝角度匹配[6]。

7）鋼絲繩的設計。升降器運行時，電機帶動繞絲輪轉動，帶動鋼絲繩運動，滑板在鋼絲繩的拉力作用下完成升降運動[7]。在設計中需要注意以下四個方面：①出線角度合適;②保證鋼絲繩垂直于出線處的平面;③鋼絲繩與繞絲輪相切;④其他零部件不發生干涉。

4 總結

本文同時針對繩輪式電動玻璃升降器分析了零部件的作用，確定相關的設計規程，為后續完善設計和三維建模及仿真打下扎實的基礎。

參考文獻：

[1]張慧.汽車電動玻璃升降器結構設計與仿真[D].長沙理工大學，2017.

[2]田澤彪.汽車電動玻璃升降器設計[D].湖南大學，2017.

[3]張世中，路向前，蘭天亮.淺議電動玻璃升降器的設計及布置[J].價值工程，2015，34（14）：79-82.

[4]秦偉昌.繩輪式轎車電動玻璃升降器機構及設計要點分析[J].北京汽車，2013（06）：27-31.

[5]吳世洋.電動玻璃升降器快速開發系統研究[D].武漢理工大學，2013.

[6]韓杰. 繩輪式電動汽車玻璃升降器的設計與開發[D].山東大學，2012.

[7]曹云翔.電動玻璃升降器及其發展概況[J].汽車電器，2001（04）：3-6.

作者簡介：肖軍（1984-），男，河南人，本科，從事汽車玻璃升降器、門模板、拉索生產工作。