环境温度对汽车玻璃升降器运行速度的影响

董涛

(上海实业交通电器有限公司,上海 200030)

0 引言

汽车玻璃升降器的功能是实现车窗玻璃上升与下降，同时实现将汽车玻璃固定在车窗的任意位置。针对环境温度对汽车玻璃升降系统载荷和电机性能的影响，主机厂会对玻璃升降器的运行速度制定不同的标准要求。本文作者通过对不同环境温度下玻璃升降系统载荷和电机性能的变化进行相关研究，在设计阶段有效规避低温环境下玻璃升降器运行缓慢的现象。

1 玻璃升降器的介绍

汽车玻璃升降器的种类包含臂式玻璃升降器和绳轮式玻璃升降器。臂式玻璃升降器可分为叉臂式玻璃升降器与单臂式玻璃升降器，而绳轮式玻璃升降器又分为双导轨绳轮式玻璃升降器和单导轨绳轮式玻璃升降器。文中采用单导轨绳轮式玻璃升降器，整个玻璃升降器组成部分如图1所示。当电机通电时，电机的扭矩通过卷丝筒带动钢丝绳收放，钢丝绳通过滑轮换向，从而带动玻璃托架沿着导轨上下运动[1]。

图1 绳轮式升降器结构图

2 汽车玻璃升降系统载荷计算[2-3]

2.1 玻璃升降系统载荷的构成

以某品牌汽车的前门为例，玻璃上升时的系统阻力如图2所示。

图2 玻璃上升时的受力分析图

由图2可以看出，玻璃上升时，升降器系统载荷为：

F0=f1+f2+f3+Gcosθ

其中：f1、f2，f3分别为玻璃A柱、玻璃B柱、内外水切的阻力，N；

L1、L2、L3分别为玻璃A柱、玻璃B柱、内外水切的长度，100 mm；

G为玻璃的重力，N；

θ为玻璃与重力垂直方向的倾斜角，(°)。

提拉力

式中：η为升降器机构的效率。

2.2 玻璃上升速度的计算

玻璃升降器的运行速度主要由电机的转速和卷丝筒的半径决定，即

式中:v为玻璃运行速度，mm/s；n为电机的转速，r/min；R为卷丝筒半径，mm。

电机的输出扭矩M=F·R，利用计算出的电机输出扭矩，再根据该工况下的电机性能曲线图，即可得出该电机的转速，根据玻璃升降器的运行速度公式即可得出该工况下的玻璃上升速度，图3为升降器电机与卷丝筒的连接方式。

图3 升降器电机与卷丝筒连接方式

3 不同环境温度下玻璃的上升速度研究[4-5]

针对环境温度对汽车玻璃升降系统载荷和电机性能的影响，主机厂会对升降器的运行速度制定不同的标准要求，表1为某主机厂对不同环境温度下的升降器运行速度要求。

表1 不同环境温度下升降器运行速度要求

汽车玻璃升降器在每种环境温度下的运行速度是否能够满足主机厂的要求，设计前期就需要知道以下几点：(1)汽车玻璃系统载荷F0随环境温度的变化，即胶条和水切的压缩载荷和摩擦因数随温度的变化；(2)直流电机不同环境温度下的性能曲线；(3)升降器机构在不同环境温度下的运行效率。

表2为某主机厂玻璃升降系统载荷在不同环境温度下的具体数值。

表2 玻璃升降系统载荷在不同环境温度下的数值

由表2可知，玻璃升降系统载荷随温度的变化如图4所示。

图4 玻璃升降系统载荷随温度的变化

升降器运行效率随环境温度的变化如图5所示。

图5 升降器运行效率随温度的变化

图6 提拉力随温度的变化

根据电机的输出扭矩公式M=F·R，设计阶段选择半径R=23.5 mm的卷丝筒，则不同环境温度下，需要电机提供的输出扭矩M随环境温度的变化如图7所示。

图7 电机输出扭矩随温度的变化

图8 环境温度0 ℃时电机性能曲线

图9 环境温度-10 ℃时电机性能曲线

图10 环境温度-20 ℃时电机性能曲线

图11 环境温度-30 ℃时电机性能曲线

4 结论

(1)文中通过对不同环境温度下胶条和水切的压缩载荷和摩擦因数进行了相关的实验研究，得出玻璃升降系统载荷随温度的变化曲线。

(2)通过对不同环境温度下电机的性能研究，得出玻璃升降器在不同环境温度下的运行速度，在设计阶段电机选型时，有效避免了在低温环境下，玻璃上升缓慢问题，满足在低温环境工况下主机厂对玻璃升降器运行速度的设计要求。