玻璃升降系统设计指南

玻璃升降系统设计指南1 玻璃升降系统概述1.1 玻璃升降系统定义、命名与分类1.1.1 定义玻璃升降系统：汽车车门上，实现提升或降低车窗玻璃的功能，并能将玻璃保持在行程内任意位置的若干零部件组成的系统。

玻璃升降器：是指由电机驱动或手动驱动，通过传动机构驱动汽车车窗玻璃沿玻璃导轨上升或下降，能按要求停留在任意位置，并能控制并保持玻璃在车身内的姿态的装置。

下文简称升降器。

侧门结构件：玻璃升降系统内，用于为系统功能的实现提供强度、刚度的支撑部件，例如车门内板、加强板等。

玻璃滑动导轨：玻璃升降系统内，实现对玻璃边沿的约束，并对玻璃的上升下降的运动方向和位置进行约束的结构件。

下文简称玻璃导轨。

玻璃泥槽：玻璃升降系统内，与玻璃滑动导轨配合，实现对玻璃的约束，并在车窗完全关闭时起密封作用的挤出成型的橡塑件。

下文简称玻璃密封条。

1.1.2 分类按玻璃升降器型式分类：（1）交叉臂式玻璃升降系统；（2）绳轮式玻璃升降系统。

按车门的设计型式分类：（1）无窗框门玻璃升降系统；（2）辊压式窗框玻璃升降系统；（3）冲压式窗框玻璃升降系统。

1.1.3 玻璃升降系统的构成（1）侧门结构件；（2）玻璃升降器；（3）侧门车窗玻璃；（4）侧门窗框/玻璃导轨；（5）侧门窗框密封条/玻璃导轨密封条；（6）内/外水切。

1.2 玻璃升降系统功能要求（1）提升或降低侧门车窗玻璃；（2）保持侧门车窗玻璃位置；（3）通过玻璃运行关闭车窗来分隔车内空间与车外环境；（4）侧门车窗玻璃关闭时能阻止水、灰尘、车外空气等侵入车内空间。

1.3 玻璃升降系统的典型结构1.3.1 叉臂式玻璃升降系统叉臂式玻璃升降器的重要组成是一个由手动小齿轮或电机小齿轮驱动的扇形齿板。

扇形齿板连接在一个冲压成型的主臂上，主臂端部有个滑块或者滚轮，主臂通过它来支撑玻璃安装滑轨。

按驱动臂的型式，叉臂式玻璃升降器可分为交叉臂式玻璃升降器（如图1 所示）和单臂式玻璃升降器（如图 2 所示）。

图1. 叉臂式玻璃升降器结构示意图图2.单臂式玻璃升降器结构示意图1.3.2 交叉臂式玻璃升降器系统的设计特征单臂式和叉臂式玻璃升降器均能用于双曲或者单曲玻璃面的设计中。

尽管如此，因为在交叉臂式玻璃升降器系统的设计中，升降轨迹相对于其主臂旋转平面存在位置上的偏差，随着升降过程中主臂挠度的持续变化，整个系统也承受着持续变化的系统负载。

因此，交叉臂式玻璃升降系统需要更高的玻璃泥槽耐久性能和刚度更好的门内钣金设计。

在玻璃升降系统设计时需要注意的是，交叉臂式玻璃升降器对玻璃升降不提供完整的导引和支撑。

这个特点在避免玻璃升降卡死的同时又要求门框玻璃滑动导轨在整个行程中为玻璃升降提供完整的导向，以控制玻璃在前后方向以及玻璃曲率方向上的运动。

因为交叉臂式玻璃升降器特别的柔性设计，它可以适应车门制造过程中产生的累积公差。

玻璃升降的上止位和下止位约束特征可以在升降器内部实现，并一般来说，上止位可以通过让玻璃堵转在门框顶部的密封条里来实现。

因为交叉臂式玻璃升降器不需要滑块，在门内，玻璃与布置空间的高度比绳轮式玻璃升降器的要大。

也就是说，使用交叉臂式玻璃升降器可以允许玻璃底部在车窗全开位置更靠近车门底部，从而实现更大的玻璃开度。

为安装交叉臂式玻璃升降器设计的门内钣金上的异形孔，可以是扩音器安装孔或者类似尺寸的大孔。

一般来说，较长的玻璃升降器驱动臂尺寸或者较浅的侧门内部深度，会导致较大的安装异形孔要求。

而安装时，在升降器上预装螺栓配合门内钣金上的“钥匙型”孔设计，可以显著提高总装线的装配效率。

1.3.3 绳轮式玻璃升降系统绳轮式玻璃升降器由滑块沿运动轨迹运动对玻璃升降进行控制，滑块通过符合玻璃运动轨迹的导轨进行导向，并与绕绳轮连接，即可由手摇驱动，也通过电机驱动。

滑块与绕绳轮通过柔性的钢丝绳连接，车窗玻璃安装在升降器的滑块上。

根据升降器导轨的数量，绳轮式玻璃升降器可分为双轨绳轮式升降器（如图4 所示）和单轨绳轮式升降器（如图 3 所示）。

其中，双轨绳轮式玻璃升降器的优点是它具备更好的稳定性。

图3. 单轨绳轮式玻璃升降器结构示意图图4.双轨绳轮式玻璃升降器产品示例1.3.4 绳轮式玻璃升降系统的设计特征对于绳轮式玻璃升降器，可以采用多种玻璃运行轨迹的配置，包括螺旋线。

设计合适的滑块导引系统，可以降低玻璃升降在稳定性和导向方面对门框玻璃滑动导轨的依赖。

这意味着，可以缩短门框玻璃滑动导轨的长度，从而节省成本并减少玻璃升降的摩擦力。

升降器的导轨以及它在车门上的安装型式可以增加门内钣金的刚度。

较薄的门内钣金会在电动升降器系统的负载下产生明显可见的变形。

如果玻璃的曲率过大，则需要在升降器导轨的中部增加第三个安装点。

一般来说，单轨绳轮式玻璃升降器更易于安装，同时对于门内钣金上的安装孔尺寸的要求也较小。

除成本外，单轨绳轮式玻璃升降器相对与双轨式的优势还在于更轻的重量和更高的物流效率。

对于较宽的玻璃以及无框车门，双轨绳轮式玻璃升降器能够提供更高的可靠性，但同时需要更大的安装空间以及安装孔。

而且，它的两根导轨也需要更为准确的相对位置，以保证前后滑块不会产生位置冲突。

绳轮式玻璃升降器有着在整个玻璃行程中持续一致的速比，而交叉臂式玻璃升降器的速度类似于正弦变化。

因此，对于手动的玻璃升降系统，绳轮式升降器提供的摇窗手感更为均匀一致。

除以上特点外，绳轮式玻璃升降器的大部分零件基本不受玻璃曲率的影响，也就是说，它们能够被沿用于不同的设计中。

1.4 玻璃升降器型式对比除了功能和性能方面的差异，不同型式的玻璃升降器成本也存在较明显不同。

一般来说，双轨绳轮式升降器成本要显著高于叉臂式升降器，叉臂式升降器的价格较之单轨绳轮式升降器为高，单轨绳轮式升降器又比单臂式升降器成本要高。

综上所述，在性能、功能以及成本等各方面，对各种型式的玻璃升降器对比如表1。

2 玻璃升降系统详细设计2.1 玻璃升降系统的型式选择2.1.1 玻璃升降器选型的输入条件因为玻璃升降器是玻璃升降系统的核心部件，合理选择适用的玻璃升降器型式，对于整个系统设计的稳定性起着至关重要的作用，并同时对整车成本、整车重量有着直接影响。

需要的输入信息包括以下内容，需要设计人员提取出来进行分析。

（1）侧门区域范围内完整的外造型面；（2）玻璃造型的完整工程曲面（单曲面或双曲面）；（3）车窗尺寸；（4）玻璃升降下滑角；（5）玻璃的曲率/曲率半径；（6）玻璃的弦高。

2.1.2 车窗尺寸对玻璃升降器选型的影响车窗尺寸对玻璃升降器选型有着直接影响，总的来说，车窗宽度越大，则越应该采用稳定性更好的玻璃升降器型式，例如双轨绳轮式玻璃升降器或者叉臂式玻璃升降器；车窗的高度越大，则越应该采用对玻璃姿态控制能力强的玻璃升降器型式，例如双轨绳轮式玻璃升降器或者单轨绳轮式玻璃升降器。

在满足玻璃升降性能要求的前提下，综合考虑成本，根据车窗尺寸挑选玻璃升降器型式可遵循如图5所示的原则。

图6 为车窗相关尺寸的说明示意图。

图5. 玻璃升降器选型指导图图6.玻璃升降器选型参考车窗尺寸示意图2.1.3 玻璃升降下滑角对升降器选型的影响玻璃升降下滑角是玻璃升降方向与竖直线在X-Z 平面内投影线的夹角，如图7 所示。

这个夹角对玻璃升降的平顺性有较大影响，尤其对于应用了交叉臂式升降器的系统。

应用了交叉臂式升降器的系统，随着下滑角的增大，玻璃后下角与玻璃泥槽底部接触发生卡滞的概率也随之增高，此现象可通过增大玻璃后下角圆角半径得到改善。

并且下滑角增大到一定程度，理论上也会引起滑动摩擦自锁。

因为玻璃前上角的圆角半径很大，下滑角对玻璃上升的影响较小。

根据经验值，当玻璃升降下滑角θ超过12°时，不宜采用交叉臂式玻璃升降器。

下滑角对绳轮式玻璃升降器也有一些影响，但是程度不如对交叉臂式升降器显著，主要表现在运动学上，在此就不再冗述。

图7. 玻璃升降下滑角θ2.1.4 玻璃的曲率/曲率半径对升降器选型的影响玻璃的曲率对升降系统有着直接影响，一般来说，玻璃的曲率越大，玻璃升降稳定性衰减的概率越大。

当玻璃的曲率特别大的时候，应选用绳轮式玻璃升降器。

对于在造型阶段确定玻璃升降器的选型，可根据下文弦高的推荐值来确定。

2.1.5 玻璃弦高对升降器选型的影响玻璃的弦高（如图8 所示）与玻璃的曲率相对应，对升降系统有着直接影响。

玻璃的曲率越大，则弦高越大，对玻璃边缘形状与玻璃滑动导轨形状配合的要求越高，则实际产品中，玻璃边缘与导轨相对偏差引起平顺性问题的概率越大。

从车身前侧（或者后侧）方向看，将玻璃在上止位的顶点和下止位的最低点连一条直线，平行于这条直线在玻璃的最外侧做切线，则两条直线间的距离就是弦高了。

根据经验值，当弦高超过20mm 时，不宜采用交叉臂式玻璃升降器，而应选用绳轮式玻璃升降器。

图8. 玻璃的弦高2.2 玻璃升降系统的布置设计2.2.1 叉臂式升降器的布置设计交叉臂式玻璃升降器的布置设计需要综合考虑玻璃升降器的偏移量、门内的Y 向空间、门内底部的空间等多种因素。

图12 是交叉臂式玻璃升降器的X 面运动示意图，交叉臂式玻璃升降器未与玻璃连接进行自由运动时，其与玻璃的连接块扫掠出的是一个平面，如下图“升降器自由运动中面”所示。

作出了玻璃升降器自由运动中面后，一般来说，玻璃升降器的扇齿安装面，也就是玻璃升降器的基板，其布置的朝向应平行于中面，如图9 所示。

玻璃升降器基板的Y 向布置应考虑车门的侧向尺寸，还应考虑玻璃升降器内部间隙，一般来说，在玻璃升降器整个运动过程中，其内部各零件之间的间隙应不小于2mm。

玻璃升降器基板在X 方向上的位置受玻璃升降器主臂长短的限制，在布置时应遵循的原则是尽可能将玻璃升降器电机布置在靠门铰链的一侧，且玻璃升降器基板距离们铰链尽可能接近，以减小开关车门时的转动惯量，降低车门钣金疲劳破裂的风险。

玻璃升降器基板在Z 方向上的位置受玻璃升降器主臂长短、升降器扇齿规格和玻璃下止位要求的限制，应按设计输入进行布置。

设计输入包括以下几点：（1）门框范围内的造型面，应能够明确反映门框与玻璃的边界以及段差；（2）完整的玻璃工程曲面，即双曲玻璃面或者单曲玻璃面；（3）与玻璃升降有关的断面；（4）玻璃升降的目标最低位置：出于车辆的人机性考虑，应尽可能完全被水切遮住。

对于后门玻璃，一些车型可能会因为后轮轮罩与后门的相对关系，导致后门内底部空间不足，玻璃无法降至水切以下。

因此，在造型定义初期，就应对门内空间进行校核，通过造型分缝线的更改、C 柱侧窗框位置变动等途径达到后门玻璃降至水切以下的目标。

有时候因为车门内空间的原因，玻璃升降器基板的朝向可能无法平行于中面，而基板的偏转就意味着玻璃升降偏移量的改变。

在需要改变基板布置朝向时，根据经验，建议遵循以下原则：上止位偏移量a 不大于12mm；下止位偏移量 c 不大于12mm，中间偏移量 b 不大于8mm，具体的偏移量设计因为直接关系到交叉臂式玻璃升降器运动臂的挠性和强度，因此需要与具有设计能力的玻璃升降器供应商确认决定。