摘要：本文通過對防夾玻璃升降器的電機解析，較詳細的闡明了某款車型駕駛員側防夾玻璃升降器的防夾功能的原理，上死點自複位原理；分析了常見故障的現象、産生原因、排除方法；提出了防夾功能方面的故障排查的一般程序及防夾玻璃升降器安裝及檢驗的要求。

1 前言

現代轎車門窗玻璃的升降基本已經抛棄了搖把式的手動升降方式，普遍采用按鈕式的電動升降方式。随着人們對舒适性、安全性要求的提高，原本僅在高檔轎車上裝配的電動防夾玻璃升降器，也逐漸被更多的中低檔車所采用，成為未來玻璃升降器發展的一種趨勢。所謂防夾玻璃升降器，是指當玻璃上升時，如果在上升區域内有人體某部位或物件時會立即反轉一段距離後停止，以防止夾傷乘客。

目前，流行的防夾玻璃升降器從防夾功能上分主要有兩類：接觸式和非接觸式。接觸式指當電動車窗機構感觸到有異物在玻璃上，才會自動停止玻璃上升工作；非接觸是指通過一套光學控制系統來檢測有無異物在電動車窗移動範圍内，從而控制玻璃移動，無需異物直接接觸到玻璃。這個光學控制系統主要元件是光學傳感器，它由紅外線發射器和接收器組成，安裝在車窗的内飾件上，能連續精确地掃描指定的區域。

圖 1 防夾玻璃升降器的構成

2.1.2 電機部分

一般電動玻璃升降器結構的關鍵是電機（内置減速器），其中電機采用可逆性永磁直流電機，電動機内有兩組繞向不同的磁場線圈，通過開關的控制可做正轉和反轉來實現升降。而防夾電機是在一般電機的基礎上，電機中增加傳感器，開關控制部分中添加處理元件來實現防夾功能。通常是在電動機中埋植磁環，感應電機轉速，在電子模塊中埋植霍爾元件，感應電流，并通過電子模塊控制對電動機的過流、過壓及過熱保護，而且當玻璃上升途中遇到人力障礙時會自動識别而反向運行，防止乘員夾傷。

防夾電機部分主要包含直流電機（内置減速器）和感應器兩部分:

一、直流電機：

直流電機的質量直接關系到電動玻璃升降器的正常工作，它一定要具有體積小、重量輕、防護等級高、噪聲低、電磁幹擾小、運行可靠等特點，并要求有良好的耐久性、水密性、耐熱、耐腐蝕、耐振動、阻燃等性能。某2号車防夾玻璃升降器電機的基本參數如表1所表示。

表1 某車直流電動機的基本參數

二、感應器：

為了保證玻璃升降機具有防夾功能，要求 Power Window Swich 中的 ECU必須包含兩種功能。

1 、判定玻璃是在防夾區還是非防夾區；

2 、判定玻璃是否遇到障礙物。

如果 ECU 判定玻璃處在非防夾區，并且玻璃遇到障礙物，則 ECU 将發出指令，給電機兩端輸出反向的電源，促使電機反轉，并在反轉一段時間内停止。為了能實現ECU 的這兩種功能，則電機的感應器必須具備以下功能:

（1） 采集并輸出玻璃所處區域的信号；

（2） 采集并輸出電機轉速的脈沖信号。

因此一般感應器包含兩部分，位置感應器和轉速感應器。

圖 2 為 POWER WINDOW SWICH 的 ECU 局部原理圖

圖 3 防夾電機控制原理圖

2．2 防夾功能原理

2.2.1 玻璃所處區域的信号采集關閉玻璃的過程中，可能遇到障礙物，同時玻璃關閉時最終必然會接觸到上側門框上的玻璃導軌膠條。為了既能實現防夾功能，又可以最終關閉玻璃。一般的在玻璃上升的區間内即從玻璃的上死點到下死點範圍内劃分為兩個區間：

一、非防夾區：從玻璃上死點到以下某一範圍（一般玻璃升降機的非防夾區為玻璃上死點到以下10mm 左右）。該區域内即便玻璃上升時遇到障礙物，電機也不會反轉，以保證玻璃遇到上側門框上的玻璃導軌膠條時會停止而不是反轉。

二、防夾區：非防夾區以外的區域。該區域内，玻璃上升時遇到障礙物，電機會反轉一段距離後（如120-150mm）停止。以确保不會夾傷人體的某部位如手、手臂等。同時也起到自保護作用，不會因過載而損傷電機。

三、防夾區和非防夾區的識别及玻璃所處區域信号采集：

如圖4電機旋轉，帶動1-撥叉齒輪，又通過3-從動齒輪帶動2-内齒圈；其傳動比位為 36：19，起到減速的作用。5-調整鋼圈為開口的鋼絲環，兩端伸出3mm左右的一段鋼絲。調整鋼圈套在2-内齒圈外側，内齒圈旋轉時靠與調整鋼圈間的摩擦力帶動調整鋼圈同步轉動，調整鋼圈兩端伸出鋼絲又帶動定位環套同步旋轉；定位環套上部有止動塊，下部有突出結構，其作用在于當至動塊在接觸6-基闆限位塊前的一段距離内（11.5±2.5mm）觸發常閉狀态的限位開關斷開；這樣就可以采集并輸出了玻璃已經上升到非防夾區内的信号。

圖4 玻璃所處位置的信号采集機構

2.2.2 障礙物的信号采集

障礙物及信号采集及輸出是通過固化到電機内部的傳感器來實現的。電機順時針旋轉，玻璃上升，此時會在感應器的輸出端産生脈沖信号，當玻璃上升過程中遇到障礙物時，電機的轉速會變慢，從而改變了感應器輸出的脈沖信号，ECU 對脈沖信号判斷，如果脈沖信号的頻率f 滿足以下條件：f ≥ f閥值則ECU 判定玻璃遇到障礙物。

圖5 玻璃受到異常阻力前後的脈沖信号示意圖

2.2.3 上死點的自修正

當升降機與電機裝配成玻璃升降器時會預先設定一個上死點稱為假上死點，假上死點通常設定在與車門裝配的實際上死點的下方某一位置，如圖6 所示。如果假上死點在實際上死點的下方，則在玻璃升降器與車門裝配後，通過玻璃升降器作動，假上死點會自動調整到實際上死點的位置。其原理如下：如圖3 所表示首先電機順時針作動，玻璃上升，同時4-定位環套轉動，當玻璃進入非防夾區（距離假上死點下方10mm左右）定位環套下部的突出結構會觸發常閉狀态的限位開關，使之斷開；電機繼續作動較短的時間後，定位環套上部的止動塊會接觸到基座，此時，玻璃上升到假上死點，由于初始設定的假上死點位于實際上死點下方。故，雖然玻璃上升到假上死點，但距離上方的玻璃導軌膠條還存在一定距離，因此玻璃會繼續上升，由于定位環套的止動塊已經接觸到基座，無法繼續轉動，而内齒圈在電機的帶動下與調整鋼圈發生相對滑動，直至玻璃上升到上方的玻璃導軌膠條而停止。這樣裝配後的玻璃上死點與電機的定位環套的止動塊的位置實現了一緻。

圖6 假上死點示意圖

3．常見故障分析及故障排查的一般程序

3．1假上死點上偏移的故障現象及修正

所謂假上死點上偏移式指防夾玻璃升降器在安裝到門上以前的假上死點高于實際的玻璃上死點的現象。由于防夾電機與升夾機組裝不當或者在玻璃升降器安裝到門上以前對電機通電操作都可能發生假上死點上偏移的問題。

假上死點上偏移可分為兩種情況:一是假上死點上偏移量較大 ，實際上死點處于電機設定防夾區内；二是假上死點上偏移量較小，實際上死點仍處于電機設定非防夾區内。

第一種情況下，玻璃升降器與車門裝配後，使用AUTO檔連續升起玻璃，玻璃将無法關閉，在接觸到上方的玻璃導軌膠條後會自動反轉一段距離（100mm左右）後停止。造成以上故障的原因在于實際的上死點在防夾區内，玻璃接觸到上方的玻璃導軌膠條後，限位開關沒有被觸發，依就處于導通狀态。

因此電機接觸到玻璃導軌膠條後由于速度減慢導緻輸出的脈沖信号發生變化。ECU在同時到接受限位開關導通和脈沖信号變化的信号後，将發出指令使電機端子電源電極互換而反轉。對于以上故障，可以通過調節複為開關（如圖7所示）來消除。具體操作如下：

圖7 防夾玻璃升降器電機的複位開關

1）利用Power Window Swich 按鈕的寸動檔按閉合玻璃；

2）按住複位開關後，再使玻璃降下。

重複1）-2）步驟1 到3 次，可以實現電機設定的假上死點與實際上死點的重合。

其原理也是通過利用了調整鋼圈與定位環套的相對滑動類實現的：首先利用寸動的操作閉合玻璃，此時定位環套的止動塊與基闆的限位塊的距離最短，設其相對轉角為α，此時按下後面的複位開關在降下玻璃時，定位環套及調整鋼圈在複位開關的作用下不再随内齒圈轉動，即調整鋼圈與内齒圈發生相對轉動。如此反複幾次，會導緻定位環套與内齒圈的相對滑動的轉角β>α，即造成在玻璃接觸到導軌膠條前，定位環套的止動塊就已經到達基闆的限位塊位置，這樣電機繼續轉動直到玻璃接觸到導軌膠條停止。從而實現了玻璃的上死點與定位環套的止動塊的一緻。

第二種情況，玻璃升降器裝配後仍可以正常作動，不影響正常使用，僅僅是實際的非防夾區縮小了。但值得一提的是當玻璃導軌膠條逐步老化，彈性降低，玻璃的上死點位置将逐步下降，可能會使玻璃的上死點位置從非防夾區躍入防夾區，導緻玻璃無法關閉。第二種情況在初期不易察覺，由于不影響正常使用，可以在發生無法關閉玻璃時，通過調節複位開關來修正。

3．2 限位開關不良的故障分析

升降玻璃每升夾器一次，限位開關作動兩次。因此如果限位開關的耐久性能不良，設計壽命偏低，将直接影響玻璃升降器的防夾功能。正常情況下限位開關是常閉開關，隻有玻璃進入非防夾區後，限位開關才會斷開。如果限位開關失效，限位開關斷開可能會一直斷開，ECU 将所有區域當作非防夾區處理，這樣無論玻璃在防夾區還是不防夾區，遇到障礙物都不會反轉。相反，如果限位開關一直導通，ECU 将所有區域當作防夾區處理。這将發生玻璃無法正常關閉的故障。限位開關能否正常工作，可以通過測量圖3 中e 與f 端子間的通斷情況來判定。如果限位開關失效一般隻能通過更換電機或相關零件來消除故障。

3．3防夾功能故障排查的一般程序

防夾功能方面的故障是防假玻璃升降器的常見故障，相對一般玻璃升降機要複雜的多。因此制定出合理的程序進行入廠抽檢，最大可能的避免不良品的流入，以及分析故障原因具有實際意義。依據防夾原理，結合生産實際出現的常見故障，本文編制了玻璃升降器的入廠檢驗及常見故障的排查流程圖。如圖8 所示。

圖 8 防夾玻璃升降器入廠檢驗及常見故障的排查流程圖

4．防夾玻璃升降器對安裝的要求

在裝配防夾玻璃升降器時遵循合理的操作和檢驗方法，可以有效的避免不良品流入。依據防夾原理，本文總結了防夾玻璃升降器的裝配及一般檢驗要求。

1 、确保玻璃處于導軌膠條的合理位置

先把防夾玻璃升降器、玻璃裝入車門内，緊固螺釘不要旋緊，接通電源，反複作動幾次，以保證玻璃處于導軌膠條較均勻的位置上，然後玻璃升到頂端，依次旋緊螺釘。

2、防止假上死點上偏

在防夾玻璃升降機安裝到門上後使用專用的檢測線路及開關系統進行作動檢查。不可以直接使用蓄電池檢測作動情況。更不可以在防夾在玻璃升降機安裝到門上前進行作動檢查。

3 檢查項目應包含：

1）通過控制按鈕測試向上寸動，向下寸動 ，向上連續作動，向下連續作動是否能 正常進行。要求作動平穩、流暢，無異音。

2）用專用治具對防夾區檢查：

把專用治具放到門框下并與門框接觸，使升降機向上連續作動，接觸後，要求玻璃反轉規定距離。

3）如果發現玻璃上升接觸到門框後又發生反轉（既不能用向上連續作動關閉玻璃）等問題，可以嘗試是否可以通過調節複位開關來修正。

圖9 防夾功能檢驗位置

5 結論

1、接觸式防夾玻璃升降器的防夾功能是玻璃升降器與車窗控制開關相配合，通過識别處理玻璃的位置信号和電機轉速信号來實現的。

2、借助内置感應器的調整鋼圈與定位環套的相對滑動，可以有效的實現夾上死點上偏移和下偏移時的修正。

3、依據防夾功能原理，解釋了防夾功能失效和無法關閉車窗等故障産成原因、提出了解決方法。

4、所提出的防夾玻璃升降器入廠檢驗及常見故障的排查流程圖，防夾玻璃升降器的安裝要求，可以較好的應用于生産中，解決實際問題。

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