某車型玻璃升降系統(tǒng)誤防夾失效原因分析及改進(jìn)

相光海 　成淑儀

摘 要：本文通過對某車型玻璃升降系統(tǒng)誤防夾的故障進(jìn)行分析，提出了相應(yīng)的解決方案，驗證結(jié)果說明解決方案可靠有效，為以后電動防夾玻璃升降系統(tǒng)的設(shè)計總結(jié)了相關(guān)經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：防夾設(shè)計 玻璃升降系統(tǒng) 霍爾傳感器

1 前言

隨著消費者對于汽車舒適性及智能網(wǎng)聯(lián)化要求不斷提高，主機(jī)廠在普通電動車窗基礎(chǔ)上，通過增加控制模塊實現(xiàn)車窗自動化升降功能。為確保電動車窗可靠的關(guān)閉，電動車窗堵轉(zhuǎn)力設(shè)計值一般在220N±50范圍內(nèi)，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(tǒng)簡介

為了保證人身安全，國標(biāo)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(nèi)，必需擁有防夾功能且防夾力不超過100N。主機(jī)廠會進(jìn)行高溫環(huán)境（85°）、常溫環(huán)境（25°）、低溫環(huán)境（-30°）以及耐久試驗靜態(tài)標(biāo)定實驗和道路動態(tài)標(biāo)定實驗，在法規(guī)要求的防夾區(qū)間內(nèi)將防夾力標(biāo)定為70N左右，除此要求外，其余區(qū)域也會有防夾功能，只是防夾標(biāo)定參數(shù)不同，防夾區(qū)域設(shè)定值根據(jù)主機(jī)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(qū)域設(shè)定范圍內(nèi);

（3）車窗上升或啟動過程中，電機(jī)轉(zhuǎn)速跌落幅度超過門限值。

電動車窗防夾系統(tǒng)目前主流技術(shù)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(jī)軸上安裝磁環(huán)，在靠近磁環(huán)附近裝有固定的霍爾傳感器，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，磁環(huán)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)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(nèi)部時鐘模塊的輸入捕捉功能捕捉霍爾信號個數(shù)，從而確定電動車窗的位置，通過對電機(jī)的霍爾信號脈沖寬度進(jìn)行采樣，將前10次采樣值放置在連續(xù)10個存儲單元中，求一個平均值 V0并記錄，之后連續(xù)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(jìn)入防夾區(qū)域后，進(jìn)行V0與V1的比較，若V1-V0>門限值，這時就認(rèn)為滿足防夾要求，否則用V1覆蓋V0，繼續(xù)比較，超出防夾區(qū)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(jī)電刷與換向器切換導(dǎo)致回路阻抗變化，產(chǎn)生電流紋波，且電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生的紋波個數(shù)固定，利用該電機(jī)固有特性可以得到電機(jī)轉(zhuǎn)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(qiáng)的抗干擾能力，比如電流中的干擾毛刺會隨著升降器電機(jī)磨損變得嚴(yán)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(chǎn)生防夾功能失效的類型繁多，根據(jù)誤防夾產(chǎn)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(chǎn)生防夾反轉(zhuǎn)，此故障率較高，常見原因為玻璃入槽軌跡變異、導(dǎo)槽密封條阻力變異、升降器出廠零點位置學(xué)習(xí)錯誤、防夾區(qū)域設(shè)定范圍值偏小、防夾參數(shù)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(qū)間內(nèi)，車窗上升時無法升到頂，產(chǎn)生防夾反轉(zhuǎn)，常見原因為車門系統(tǒng)阻力異常、升降器內(nèi)部自身阻力異常、電機(jī)標(biāo)定參數(shù)不合理等。

第三類為啟動誤防夾：在防夾區(qū)間內(nèi)，車窗在啟動上升時，產(chǎn)生防夾反轉(zhuǎn)，常見原因為標(biāo)定參數(shù)補償值偏小、升降器空行程過大等。

以某車型為例，在開發(fā)階段就出現(xiàn)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(jìn)方案。

3.2 防夾功能失效原因分析

3.2.1 故障現(xiàn)象驗證

總裝車間反饋，左右前門玻璃升到頂時產(chǎn)生防夾反轉(zhuǎn)，車窗無法關(guān)閉。經(jīng)現(xiàn)場確認(rèn)，發(fā)生故障時，玻璃已經(jīng)入槽約4mm但未到上堵轉(zhuǎn)點。在廠內(nèi)通過多輛車固定單一變量，交叉互換驗證，故障與玻璃導(dǎo)槽密封條強(qiáng)關(guān)聯(lián)，但同批次導(dǎo)槽密封條物料，大部分車不會發(fā)生故障，且故障車停放一段時間后，故障消失。

3.2.2 電機(jī)運行參數(shù)分析

如圖3所示，根據(jù)電機(jī)運行參數(shù)顯示，電機(jī)速度跌落位置從63個霍爾位置開始，電機(jī)速度跌落非?？焖?，且在防夾區(qū)域內(nèi)，速度變化率達(dá)到門限值，從而導(dǎo)致在51個霍爾位置產(chǎn)生防夾并開始反轉(zhuǎn)。根據(jù)防夾反轉(zhuǎn)位置的霍爾數(shù)，可以排除防夾區(qū)域設(shè)定范圍問題，且經(jīng)實車驗證，如果增大霍爾數(shù)會導(dǎo)致部分車門存在法規(guī)風(fēng)險。

3.2.3 故障根本原因分析

經(jīng)實車觀察及霍爾參數(shù)顯示，誤防夾發(fā)生位置為A柱斜段（玻璃上升時斜段優(yōu)先入槽）。經(jīng)反復(fù)驗證，故障車用手捋一下導(dǎo)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(xiàn)象重點調(diào)查導(dǎo)槽密封條和車門窗框一致性問題。經(jīng)三坐標(biāo)檢測，故障車門鈑金在公差范圍內(nèi)，排除鈑金影響因子。對故障密封條進(jìn)行十倍投影圖和壓縮負(fù)荷檢測，數(shù)據(jù)顯示外側(cè)唇邊壓縮負(fù)荷為14.85N/100mm，內(nèi)側(cè)唇邊壓縮負(fù)荷為6.634N/100mm，且頂部緩沖唇邊起翹高度嚴(yán)重偏離設(shè)計位置，如圖4所示，在玻璃入槽時內(nèi)側(cè)唇邊在變形過程中與緩沖唇邊產(chǎn)生自接觸，導(dǎo)致玻璃插入力由6.5N/100mm突變?yōu)?0N/100mm，觸發(fā)了防夾反轉(zhuǎn)。

4 某車型玻璃升降器防夾失效的改進(jìn)措施

根據(jù)原因分析，本車型可采用的改進(jìn)措施為：

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

2、整改導(dǎo)槽密封條擠出口模，將外側(cè)唇邊應(yīng)力槽做合設(shè)計，使外側(cè)唇邊壓縮負(fù)荷在設(shè)計位置達(dá)到6±1.5N/100mm，如下圖5所示;

經(jīng)驗證，新狀態(tài)的玻璃導(dǎo)槽密封條在玻璃入斜段的過程中，升降器電機(jī)速度跌落的幅值比舊狀態(tài)膠條有較大程度的減少，新狀態(tài)玻璃導(dǎo)槽密封條小批量裝車100套均未出現(xiàn)故障復(fù)現(xiàn)，且新物料斷點后，該車型上市已經(jīng)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(zhuǎn)故障得以解決。

5 結(jié)束語

本故障車型所出現(xiàn)的玻璃升降誤防夾問題較為復(fù)雜，我們通過對誤防夾影響因素大量的細(xì)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(zhuǎn)問題，滿足了新車型上市的要求，為今后類似產(chǎn)品的問題解決提供了參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬偉澤，孟德東.汽車電動窗防夾技術(shù)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(zhuǎn)化的車窗防夾設(shè)計.廈門理工學(xué)院學(xué)報，2014，22（1）：11-15.