电动汽车玻璃升降器标准（电动汽车防夹玻璃升降器工作原理分析及故障排除程序）

摘要：本文通过对防夹玻璃升降器的电机解析，较详细的阐明了某款车型驾驶员侧防夹玻璃升降器的防夹功能的原理，上死点自复位原理；分析了常见故障的现象、产生原因、排除方法；提出了防夹功能方面的故障排查的一般程序及防夹玻璃升降器安装及检验的要求。

1 前言

现代轿车门窗玻璃的升降基本已经抛弃了摇把式的手动升降方式，普遍采用按钮式的电动升降方式。随着人们对舒适性、安全性要求的提高，原本仅在高档轿车上装配的电动防夹玻璃升降器，也逐渐被更多的中低档车所采用，成为未来玻璃升降器发展的一种趋势。所谓防夹玻璃升降器，是指当玻璃上升时，如果在上升区域内有人体某部位或物件时会立即反转一段距离后停止，以防止夹伤乘客。

目前，流行的防夹玻璃升降器从防夹功能上分主要有两类：接触式和非接触式。接触式指当电动车窗机构感触到有异物在玻璃上，才会自动停止玻璃上升工作；非接触是指通过一套光学控制系统来检测有无异物在电动车窗移动范围内，从而控制玻璃移动，无需异物直接接触到玻璃。这个光学控制系统主要元件是光学传感器，它由红外线发射器和接收器组成，安装在车窗的内饰件上，能连续精确地扫描指定的区域。

图 1 防夹玻璃升降器的构成

2.1.2 电机部分

一般电动玻璃升降器结构的关键是电机（内置减速器），其中电机采用可逆性永磁直流电机，电动机内有两组绕向不同的磁场线圈，通过开关的控制可做正转和反转来实现升降。而防夹电机是在一般电机的基础上，电机中增加传感器，开关控制部分中添加处理元件来实现防夹功能。通常是在电动机中埋植磁环，感应电机转速，在电子模块中埋植霍尔元件，感应电流，并通过电子模块控制对电动机的过流、过压及过热保护，而且当玻璃上升途中遇到人力障碍时会自动识别而反向运行，防止乘员夹伤。

防夹电机部分主要包含直流电机（内置减速器）和感应器两部分:

一、直流电机：

直流电机的质量直接关系到电动玻璃升降器的正常工作，它一定要具有体积小、重量轻、防护等级高、噪声低、电磁干扰小、运行可靠等特点，并要求有良好的耐久性、水密性、耐热、耐腐蚀、耐振动、阻燃等性能。某2号车防夹玻璃升降器电机的基本参数如表1所表示。

表1 某车直流电动机的基本参数

二、感应器：

为了保证玻璃升降机具有防夹功能，要求 Power Window Swich 中的 ECU必须包含两种功能。

1 、判定玻璃是在防夹区还是非防夹区；

2 、判定玻璃是否遇到障碍物。

如果 ECU 判定玻璃处在非防夹区，并且玻璃遇到障碍物，则 ECU 将发出指令，给电机两端输出反向的电源，促使电机反转，并在反转一段时间内停止。为了能实现ECU 的这两种功能，则电机的感应器必须具备以下功能:

（1） 采集并输出玻璃所处区域的信号；

（2） 采集并输出电机转速的脉冲信号。

因此一般感应器包含两部分，位置感应器和转速感应器。

图 2 为 POWER WINDOW SWICH 的 ECU 局部原理图

图 3 防夹电机控制原理图

2．2 防夹功能原理

2.2.1 玻璃所处区域的信号采集关闭玻璃的过程中，可能遇到障碍物，同时玻璃关闭时最终必然会接触到上侧门框上的玻璃导轨胶条。为了既能实现防夹功能，又可以最终关闭玻璃。一般的在玻璃上升的区间内即从玻璃的上死点到下死点范围内划分为两个区间：

一、非防夹区：从玻璃上死点到以下某一范围（一般玻璃升降机的非防夹区为玻璃上死点到以下10mm 左右）。该区域内即便玻璃上升时遇到障碍物，电机也不会反转，以保证玻璃遇到上侧门框上的玻璃导轨胶条时会停止而不是反转。

二、防夹区：非防夹区以外的区域。该区域内，玻璃上升时遇到障碍物，电机会反转一段距离后（如120-150mm）停止。以确保不会夹伤人体的某部位如手、手臂等。同时也起到自保护作用，不会因过载而损伤电机。

三、防夹区和非防夹区的识别及玻璃所处区域信号采集：

如图4电机旋转，带动1-拨叉齿轮，又通过3-从动齿轮带动2-内齿圈；其传动比位为 36：19，起到减速的作用。5-调整钢圈为开口的钢丝环，两端伸出3mm左右的一段钢丝。调整钢圈套在2-内齿圈外侧，内齿圈旋转时靠与调整钢圈间的摩擦力带动调整钢圈同步转动，调整钢圈两端伸出钢丝又带动定位环套同步旋转；定位环套上部有止动块，下部有突出结构，其作用在于当至动块在接触6-基板限位块前的一段距离内（11.5±2.5mm）触发常闭状态的限位开关断开；这样就可以采集并输出了玻璃已经上升到非防夹区内的信号。

图4 玻璃所处位置的信号采集机构

2.2.2 障碍物的信号采集

障碍物及信号采集及输出是通过固化到电机内部的传感器来实现的。电机顺时针旋转，玻璃上升，此时会在感应器的输出端产生脉冲信号，当玻璃上升过程中遇到障碍物时，电机的转速会变慢，从而改变了感应器输出的脉冲信号，ECU 对脉冲信号判断，如果脉冲信号的频率f 满足以下条件：f ≥ f阀值则ECU 判定玻璃遇到障碍物。

图5 玻璃受到异常阻力前后的脉冲信号示意图

2.2.3 上死点的自修正

当升降机与电机装配成玻璃升降器时会预先设定一个上死点称为假上死点，假上死点通常设定在与车门装配的实际上死点的下方某一位置，如图6 所示。如果假上死点在实际上死点的下方，则在玻璃升降器与车门装配后，通过玻璃升降器作动，假上死点会自动调整到实际上死点的位置。其原理如下：如图3 所表示首先电机顺时针作动，玻璃上升，同时4-定位环套转动，当玻璃进入非防夹区（距离假上死点下方10mm左右）定位环套下部的突出结构会触发常闭状态的限位开关，使之断开；电机继续作动较短的时间后，定位环套上部的止动块会接触到基座，此时，玻璃上升到假上死点，由于初始设定的假上死点位于实际上死点下方。故，虽然玻璃上升到假上死点，但距离上方的玻璃导轨胶条还存在一定距离，因此玻璃会继续上升，由于定位环套的止动块已经接触到基座，无法继续转动，而内齿圈在电机的带动下与调整钢圈发生相对滑动，直至玻璃上升到上方的玻璃导轨胶条而停止。这样装配后的玻璃上死点与电机的定位环套的止动块的位置实现了一致。

图6 假上死点示意图

3．常见故障分析及故障排查的一般程序

3．1假上死点上偏移的故障现象及修正

所谓假上死点上偏移式指防夹玻璃升降器在安装到门上以前的假上死点高于实际的玻璃上死点的现象。由于防夹电机与升夹机组装不当或者在玻璃升降器安装到门上以前对电机通电操作都可能发生假上死点上偏移的问题。

假上死点上偏移可分为两种情况:一是假上死点上偏移量较大 ，实际上死点处于电机设定防夹区内；二是假上死点上偏移量较小，实际上死点仍处于电机设定非防夹区内。

第一种情况下，玻璃升降器与车门装配后，使用AUTO档连续升起玻璃，玻璃将无法关闭，在接触到上方的玻璃导轨胶条后会自动反转一段距离（100mm左右）后停止。造成以上故障的原因在于实际的上死点在防夹区内，玻璃接触到上方的玻璃导轨胶条后，限位开关没有被触发，依就处于导通状态。

因此电机接触到玻璃导轨胶条后由于速度减慢导致输出的脉冲信号发生变化。ECU在同时到接受限位开关导通和脉冲信号变化的信号后，将发出指令使电机端子电源电极互换而反转。对于以上故障，可以通过调节复为开关（如图7所示）来消除。具体操作如下：

图7 防夹玻璃升降器电机的复位开关

1）利用Power Window Swich 按钮的寸动档按闭合玻璃；

2）按住复位开关后，再使玻璃降下。

重复1）-2）步骤1 到3 次，可以实现电机设定的假上死点与实际上死点的重合。

其原理也是通过利用了调整钢圈与定位环套的相对滑动类实现的：首先利用寸动的操作闭合玻璃，此时定位环套的止动块与基板的限位块的距离最短，设其相对转角为α，此时按下后面的复位开关在降下玻璃时，定位环套及调整钢圈在复位开关的作用下不再随内齿圈转动，即调整钢圈与内齿圈发生相对转动。如此反复几次，会导致定位环套与内齿圈的相对滑动的转角β>α，即造成在玻璃接触到导轨胶条前，定位环套的止动块就已经到达基板的限位块位置，这样电机继续转动直到玻璃接触到导轨胶条停止。从而实现了玻璃的上死点与定位环套的止动块的一致。

第二种情况，玻璃升降器装配后仍可以正常作动，不影响正常使用，仅仅是实际的非防夹区缩小了。但值得一提的是当玻璃导轨胶条逐步老化，弹性降低，玻璃的上死点位置将逐步下降，可能会使玻璃的上死点位置从非防夹区跃入防夹区，导致玻璃无法关闭。第二种情况在初期不易察觉，由于不影响正常使用，可以在发生无法关闭玻璃时，通过调节复位开关来修正。

3．2 限位开关不良的故障分析

升降玻璃每升夹器一次，限位开关作动两次。因此如果限位开关的耐久性能不良，设计寿命偏低，将直接影响玻璃升降器的防夹功能。正常情况下限位开关是常闭开关，只有玻璃进入非防夹区后，限位开关才会断开。如果限位开关失效，限位开关断开可能会一直断开，ECU 将所有区域当作非防夹区处理，这样无论玻璃在防夹区还是不防夹区，遇到障碍物都不会反转。相反，如果限位开关一直导通，ECU 将所有区域当作防夹区处理。这将发生玻璃无法正常关闭的故障。限位开关能否正常工作，可以通过测量图3 中e 与f 端子间的通断情况来判定。如果限位开关失效一般只能通过更换电机或相关零件来消除故障。

3．3防夹功能故障排查的一般程序

防夹功能方面的故障是防假玻璃升降器的常见故障，相对一般玻璃升降机要复杂的多。因此制定出合理的程序进行入厂抽检，最大可能的避免不良品的流入，以及分析故障原因具有实际意义。依据防夹原理，结合生产实际出现的常见故障，本文编制了玻璃升降器的入厂检验及常见故障的排查流程图。如图8 所示。

图 8 防夹玻璃升降器入厂检验及常见故障的排查流程图

4．防夹玻璃升降器对安装的要求

在装配防夹玻璃升降器时遵循合理的操作和检验方法，可以有效的避免不良品流入。依据防夹原理，本文总结了防夹玻璃升降器的装配及一般检验要求。

1 、确保玻璃处于导轨胶条的合理位置

先把防夹玻璃升降器、玻璃装入车门内，紧固螺钉不要旋紧，接通电源，反复作动几次，以保证玻璃处于导轨胶条较均匀的位置上，然后玻璃升到顶端，依次旋紧螺钉。

2、防止假上死点上偏

在防夹玻璃升降机安装到门上后使用专用的检测线路及开关系统进行作动检查。不可以直接使用蓄电池检测作动情况。更不可以在防夹在玻璃升降机安装到门上前进行作动检查。

3 检查项目应包含：

1）通过控制按钮测试向上寸动，向下寸动 ，向上连续作动，向下连续作动是否能 正常进行。要求作动平稳、流畅，无异音。

2）用专用治具对防夹区检查：

把专用治具放到门框下并与门框接触，使升降机向上连续作动，接触后，要求玻璃反转规定距离。

3）如果发现玻璃上升接触到门框后又发生反转（既不能用向上连续作动关闭玻璃）等问题，可以尝试是否可以通过调节复位开关来修正。

图9 防夹功能检验位置

5 结论

1、接触式防夹玻璃升降器的防夹功能是玻璃升降器与车窗控制开关相配合，通过识别处理玻璃的位置信号和电机转速信号来实现的。

2、借助内置感应器的调整钢圈与定位环套的相对滑动，可以有效的实现夹上死点上偏移和下偏移时的修正。

3、依据防夹功能原理，解释了防夹功能失效和无法关闭车窗等故障产成原因、提出了解决方法。

4、所提出的防夹玻璃升降器入厂检验及常见故障的排查流程图，防夹玻璃升降器的安装要求，可以较好的应用于生产中，解决实际问题。

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