汽車升降系統(tǒng)誤防夾故障分析

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007）

0 引言

汽車升降系統(tǒng)是車門附件區(qū)域重要組成部分，日常用車過程中使用頻次高，屬于高頻次使用功能性零件。隨著用戶功能需求升級，一鍵升降式電動升降器在乘用車領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，同時其使用范圍正在日益擴(kuò)大，未來可能成為汽車門窗升降的標(biāo)準(zhǔn)配置。

一鍵升降式電動升降系統(tǒng)的誤防夾故障為開發(fā)過程中的常見故障[1]。誤防夾故障表現(xiàn)為在防夾區(qū)域內(nèi)，無外力作用，因自身系統(tǒng)原因出現(xiàn)車窗防夾，涉及門系統(tǒng)、過程控制和軟件標(biāo)定等相關(guān)工作，系統(tǒng)復(fù)雜、關(guān)聯(lián)區(qū)域多，增加原因分析和措施制定的難度。本文主要對一鍵升降式電動升降系統(tǒng)中誤防夾故障進(jìn)行系統(tǒng)分析，從設(shè)計(jì)、制造和過程控制等方面對潛在原因進(jìn)行識別分析，為開發(fā)過程中如何提升升降系統(tǒng)穩(wěn)定性，降低誤防夾故障率提供系統(tǒng)指導(dǎo)建議。

1 車窗誤防夾機(jī)理分析

目前市場上常見的車窗防夾方案有霍爾防夾和紋波防夾?；魻柗缞A是基于霍爾傳感器輸出脈沖來獲取車窗位置及行程的電動車窗防夾系統(tǒng)，為市場主流方案；紋波防夾是基于車窗電機(jī)的轉(zhuǎn)動過程中炭刷與換向片之間的電流波紋，來獲取車窗位置及行程的電動車窗防夾系統(tǒng)。紋波防夾成本較低，可靠性較霍爾防夾低。本文相關(guān)誤防夾機(jī)理分析是基于霍爾防夾，紋波防夾可選擇性參考。

車窗防夾的直接原因是在設(shè)定的防夾區(qū)域內(nèi)速度變化率跌落達(dá)到了門限值，觸發(fā)了防夾。如圖1所示，車窗玻璃上升過程中，當(dāng)圖示藍(lán)色線與綠色線相交時，判斷防夾發(fā)生，車窗升降電機(jī)反轉(zhuǎn)帶動玻璃下降。如整個過程中無外力干預(yù)，均為自身系統(tǒng)導(dǎo)致，則判斷為車窗誤防夾。

圖1 車窗誤防夾時的速度和位置曲線

結(jié)合以上分析，車窗誤防夾的機(jī)理為車窗升降過程中，在防夾區(qū)域內(nèi)無外作用力干預(yù)，因自身系統(tǒng)原因，導(dǎo)致車窗速度變化率跌落達(dá)到了門限值，觸發(fā)了防夾。所以解決車窗誤防夾問題的關(guān)鍵點(diǎn)在于，降低車窗在上升過程中的速度變化，盡量使車窗上升過程速度平穩(wěn)。

2 車窗誤防夾潛在原因分析

車窗升降系統(tǒng)相對復(fù)雜，車窗誤防夾的潛在原因也很多。本文基于輥壓窗框結(jié)構(gòu)，按照零部件關(guān)聯(lián)性進(jìn)行系統(tǒng)分析，將車窗誤防夾相關(guān)的零件分為6個子零件系統(tǒng)，分別為車門鈑金、玻璃導(dǎo)槽密封條、內(nèi)外水切、車門玻璃、總裝導(dǎo)槽和升降器總成（圖2）。

結(jié)合車窗誤防夾的機(jī)理，應(yīng)用DFSS工具對6個子系統(tǒng)進(jìn)行故障模擬分析，對可能導(dǎo)致車窗誤防夾的潛在因子進(jìn)行的關(guān)聯(lián)性強(qiáng)弱分析，根據(jù)關(guān)聯(lián)性的強(qiáng)弱來制定生產(chǎn)制造過程中的的控制策略。對于強(qiáng)關(guān)聯(lián)項(xiàng)需要進(jìn)行關(guān)鍵控制，對于弱關(guān)聯(lián)項(xiàng)進(jìn)行一般常規(guī)控制，以滿足精益生產(chǎn)要求。

2.1 車身鈑金對車窗誤防夾故障的影響

車門鈑金是車窗升降系統(tǒng)的重要組成部分。車窗玻璃需要沿著前窗框?qū)к?、后窗框?qū)к壣舷逻\(yùn)動；在玻璃到頂時，由上窗框?qū)к夁M(jìn)行限位（圖3）。因車窗誤防夾發(fā)生在車窗玻璃上升過程中，所以車門鈑金影響車門誤防夾的潛在因素為前后窗框?qū)к壠叫卸群烷_口尺寸，因窗框?qū)к墳檩亯撼尚?，尺寸精度一般在?.5 mm以內(nèi)，對誤防夾影響較小，故導(dǎo)軌的開口尺寸為弱關(guān)聯(lián)項(xiàng)。

圖2 車門附件各子系統(tǒng)圖示

圖3 車門鈑金與車窗玻璃關(guān)系示意圖

前后窗框?qū)к壠叫卸仍跈z具上無法直接測量，故將平行度轉(zhuǎn)化為前后窗框?qū)к塜、Y向的尺寸偏差。前后導(dǎo)軌尺寸偏差直接影響車窗玻璃的升降阻力，容易導(dǎo)致玻璃升降加速度的突變，對誤防夾影響較大，因此前后窗框?qū)к塜、Y向的尺寸偏差為強(qiáng)關(guān)聯(lián)項(xiàng)。

2.2 玻璃導(dǎo)槽密封條對車窗誤防夾故障的影響

玻璃導(dǎo)槽密封條安裝在窗框?qū)к壓蛙嚧安Ａеg，在車窗玻璃沿窗框?qū)к夁\(yùn)行過程中，為車窗玻璃提供緩沖和夾持作用，結(jié)構(gòu)如圖4所示。玻璃導(dǎo)槽密封條一般使用EPDM或TPV材料，常用十倍放大圖來檢測零件尺寸符合性。零件十倍放大圖與設(shè)計(jì)的符合性，對誤防夾故障的發(fā)生影響較大，為強(qiáng)關(guān)聯(lián)項(xiàng)。

車窗玻璃與導(dǎo)槽密封條配合結(jié)構(gòu)如圖5所示，玻璃導(dǎo)槽密封條通過內(nèi)外側(cè)唇邊對玻璃進(jìn)行夾持。如內(nèi)外側(cè)唇邊壓縮負(fù)荷增大，會導(dǎo)致玻璃導(dǎo)槽密封條對玻璃的夾持力增大，會增加車窗誤防夾的概率，故內(nèi)外側(cè)唇邊的壓縮負(fù)荷為強(qiáng)關(guān)聯(lián)項(xiàng)。

玻璃導(dǎo)槽密封條較軟，整個零件的裝配路徑較長，如安裝不到位，可能會導(dǎo)致玻璃升降卡死或誤防夾發(fā)生，所以玻璃導(dǎo)槽密封條的裝配質(zhì)量為強(qiáng)關(guān)聯(lián)項(xiàng)。玻璃導(dǎo)槽密封條的插入力和滑動阻力，這2個特性主要與材料有關(guān)，對車窗誤防夾的影響較小，為弱關(guān)聯(lián)項(xiàng)。

圖4 車窗玻璃、升降器和密封條裝配示意圖

圖5 車窗玻璃與密封條配合示意圖

2.3 升降器總成對車窗誤防夾故障的影響

升降器總成為車窗升降的動力來源，包含升降器本體和防夾模塊，如圖4所示。防夾模塊為一鍵升降式電動升降器的核心零部件，為實(shí)現(xiàn)一鍵升降功能，需要實(shí)車對防夾模塊進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定和動態(tài)標(biāo)定，根據(jù)標(biāo)定結(jié)果完成軟件。標(biāo)定過程中的三大要素：防夾區(qū)域設(shè)定、防夾力的設(shè)定和補(bǔ)償值的設(shè)定對系統(tǒng)容差至關(guān)重要，系統(tǒng)容差不夠會導(dǎo)致車窗誤防夾概率的增加，所有防夾模塊的防夾區(qū)域設(shè)定、防夾力的設(shè)定和補(bǔ)償值的設(shè)定為強(qiáng)關(guān)聯(lián)項(xiàng)[2]。另外升降器本身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性對誤防夾也有一定影響，基于目前升降器結(jié)構(gòu)比較成熟，導(dǎo)致誤防夾的概率較低，故升降器本身結(jié)構(gòu)尺寸為弱相關(guān)項(xiàng)。

2.4 內(nèi)外水切對車窗誤防夾故障的影響

內(nèi)外水切主要為車窗玻璃提供Y向夾持，同時外水切還起刮凈玻璃的作用（圖6）。內(nèi)外水切通過唇邊對玻璃進(jìn)行夾持，與玻璃導(dǎo)槽密封條結(jié)構(gòu)上類似，但內(nèi)外水切對車窗誤防夾的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于玻璃導(dǎo)槽密封條。主要原因是在防夾區(qū)域內(nèi)，水切對玻璃的夾持距離變化較小且為切向夾持受力，造成玻璃升降阻力突變的概率較小，而玻璃導(dǎo)槽密封條對玻璃夾持變化范圍較大且橫向夾持受力，容易造成玻璃升降阻力的突變。綜合以上分析，內(nèi)外水切對車窗誤防夾影響較小，故內(nèi)外水切的產(chǎn)品特性為弱關(guān)聯(lián)項(xiàng)。

2.5 車窗玻璃對車窗誤防夾故障的影響

圖6 內(nèi)外水切和玻璃配合示意圖

車門玻璃為車窗升降系統(tǒng)重要組成零件，與升降器總成、玻璃導(dǎo)槽密封條、窗框?qū)к墶④囬T鈑金和內(nèi)外水切均存在配合關(guān)系。目前車門玻璃的制造工藝和尺寸控制成熟，切邊公差可控制在±0.5 mm以內(nèi)，面輪廓度公差可控制在±1 mm以內(nèi)，車門玻璃的尺寸偏差較小，對車窗誤防夾影響較小，為弱關(guān)聯(lián)項(xiàng)。

圖7 總裝導(dǎo)槽安裝位置示意圖

2.6 總裝導(dǎo)槽對車窗誤防夾故障的影響

總裝導(dǎo)槽作為車門窗框?qū)к壍难由?，主要為保證車窗降到底時，對玻璃還有一定的夾持，以防止開關(guān)門或者壞路工況時玻璃抖動異響?？傃b導(dǎo)槽與車門窗框?qū)к壱粯?，均采用輥壓工藝，零件本體尺寸精度較好[3]。通過焊接支架與車門內(nèi)板連接（圖7），如總裝導(dǎo)槽安裝不到位，會造成與窗框?qū)к塜向、Y向偏差。玻璃導(dǎo)槽密封條裝配后在此區(qū)域形成截面突變，容易造成升降阻力突變從未到導(dǎo)致誤防夾發(fā)生，所有總裝導(dǎo)槽的裝配質(zhì)量為強(qiáng)關(guān)聯(lián)項(xiàng)。

圖8 車窗誤防夾相關(guān)因子結(jié)構(gòu)樹圖

圖9 車窗誤防夾關(guān)鍵控制清單

通過對車窗升降系統(tǒng)6個子系統(tǒng)進(jìn)行故障模擬分析，整理潛在導(dǎo)致車窗誤防夾相關(guān)因子結(jié)構(gòu)樹圖（圖8），合計(jì)關(guān)聯(lián)項(xiàng)21項(xiàng)，強(qiáng)關(guān)聯(lián)項(xiàng)10項(xiàng)，弱關(guān)聯(lián)項(xiàng)11項(xiàng)。

3 車窗誤防夾關(guān)鍵控制

針對分析識別出來的潛在因子進(jìn)行關(guān)鍵控制分析，形成關(guān)鍵控制文件，對零部件設(shè)計(jì)、制造、過程控制和軟件標(biāo)定進(jìn)行指導(dǎo)約束，將潛在風(fēng)險在開發(fā)過程中逐一控制解決，才能有效降低車窗誤防夾問題出現(xiàn)的概率。將潛在因子進(jìn)行關(guān)鍵控制形成關(guān)鍵控制文件，并落實(shí)負(fù)責(zé)區(qū)域（圖9）。

4 結(jié)束語

一鍵升降式電動升降器使用的普及率越來越高，也為客戶提供了很大的便利性。車窗升降系統(tǒng)是一個復(fù)雜、關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的系統(tǒng)，而車窗誤防夾故障恰恰是此復(fù)雜系統(tǒng)中的典型問題，關(guān)聯(lián)因子多，排查分析困難。本文對一鍵升降式電動升降器的防夾法規(guī)要求進(jìn)行了解析，同時對誤防夾故障的機(jī)理、潛在原因分析和控制措施進(jìn)行了深入的分析。尤其是使用故障模擬分析的方法，通過6個子系統(tǒng)充分識別潛在因子，并結(jié)合機(jī)理和故障分析，對潛在因子進(jìn)行強(qiáng)弱關(guān)聯(lián)性分類。本文在解決車窗誤防夾技術(shù)問題上，采用先總后分，先全面后重點(diǎn)的思路，在解決典型問題上，思路和技術(shù)能力同樣重要。