CN110206443A - 一种用于特殊环境下的车辆玻璃升降器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于特殊环境下的车辆玻璃升降器，包括交叉臂机构的上端为两个自由端，两个自由端同时连接于车辆的窗玻璃，并能相对于车辆的窗玻璃发生水平移动；交叉臂机构的下端具有一铰接端与一自由端；一铰接端铰接式安装于支撑台上；一自由端能相对于支撑台发生水平运动，并带动交叉臂机构的上端发生直上/直下运动；设有铰接端的摇臂在临近铰接端处固定有扇形齿轮，扇形齿轮能在外部动力机构的带动下转动以使交叉臂机构发生直上/直下运动；支撑台的表面设有一供交叉臂机构下端的自由端发生水平运动的滑轨。其具有抗振力强，具有较好的自锁能力，能有效提高玻璃升降器的使用寿命。

Description

一种用于特殊环境下的车辆玻璃升降器

技术领域

本发明涉及玻璃升降器技术领域，具体涉及一种用于特殊环境下的车辆玻璃升降器。

背景技术

特种车辆玻璃升降器主要应用在特殊场合车辆上，以满足防撞等特殊性能。不同于普通的商用车，特种车辆的车窗对玻璃质量要求很高，而且其重量远高于商用车，因此玻璃升降器的负载能力相较商用车要大很多。特种车辆的工作环境较恶劣，经常在颠簸路面行驶，对玻璃升降器的自锁能力以及减振带来难度。

现有商用电动玻璃升降器大致可分为臂式玻璃升降器和柔式玻璃升降器。其中臂式玻璃升降器包括单臂式玻璃升降器和多臂式玻璃升降器，而多臂式玻璃升降器又可分为平行臂式玻璃升降器和交叉臂式玻璃升降器图2所示。柔式玻璃升降器则包括绳轮式玻璃升降器、带式玻璃升降器图1所示和软轴式玻璃升降器。

这些升降器所用零件少、质量小、结构简单、成本低，用于普通的轿车上较为普遍，但是其负载能力较低，低于厚重的特种玻璃承载有限。对于特殊环境下用车，则抗振动能力弱、自锁差、寿命较小的特点尤其突出。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本申请提供一种用于特殊环境下的车辆玻璃升降器，其具有抗振力强，具有较好的自锁能力，能有效提高玻璃升降器的使用寿命。

为实现上述技术目的，本申请采取的技术方案为，一种用于特殊环境下的车辆玻璃升降器，包括：

两个摇臂交叉设置形成的交叉臂机构；交叉臂机构的上端为两个自由端，两个自由端同时连接于车辆的窗玻璃，并能相对于车辆的窗玻璃发生水平移动，车辆的窗玻璃能随两个自由端发生直上/直下运动；

交叉臂机构的下端具有一铰接端与一自由端；一铰接端铰接式安装于支撑台上；一自由端能相对于支撑台发生水平运动，并带动交叉臂机构的上端发生直上/直下运动；设有铰接端的摇臂在临近铰接端处固定有扇形齿轮，扇形齿轮能在外部动力机构的带动下转动以使交叉臂机构发生直上/直下运动；

支撑台的表面设有一供交叉臂机构下端的自由端发生水平运动的滑轨。

作为本发明改进的技术方案，交叉臂机构的交叉处点安装有涡卷弹簧，涡卷弹簧的两个自由端各固定连接于一摇臂。

作为本发明改进的技术方案，在交叉臂机构的上端直上到最高位置时，涡卷弹簧的初始预紧力矩能够支撑负载不下降；涡卷弹簧在交叉臂机构的上端直下至最低位置时，涡卷弹簧的总力矩不高于外部动力机构对主摇臂输出扭矩。

作为本发明改进的技术方案，支撑台在滑轨的端头与铰接端间留有供扇形齿轮转动的间隙。

作为本发明改进的技术方案，外部动力机构包括用于输出动力的电机，设于电机的输出端并将电机的输出动力传递于涡轮的涡杆，与涡轮同轴安装的直齿轮副、以及传动连接直齿轮副与扇形齿轮的辅助齿轮。

作为本发明改进的技术方案，交叉臂机构上端的两自由端均设有滑块A，滑块A用于安装车辆的窗玻璃。

作为本发明改进的技术方案，交叉臂机构下端的一自由端设有滑块B，滑块B能沿滑轨发生滑动。

本发明还提供基于上述车辆玻璃升降器的自锁控制方法，设定涡卷弹簧参数是预紧力矩T₀、刚度K，

所述涡卷弹簧满足以下几个条件：

θ₁等于时，

T₁≤0

即涡卷弹簧在升到最高位置时，能够保证弹簧初始预紧力矩能够支撑负载不下降；

θ₁等于时，

T₁≤T_电机

即涡卷弹簧在最低位置时，弹簧的力矩减小电机负载，但是不高于电机对主动摇臂处的扭矩；

T₂＝T₀+Kθ

通过调整T₀与K值，保证涡卷弹簧处于允许使用范围；上述公式中，升降器的上升角度为θ₁，涡卷弹簧的扭转角度为θ₂，θ＝θ₂。

有益效果

本发明可以明显减小电机的力矩要求，在本发明的样机中，根据本方法设计的涡卷弹簧，电机的力矩大约是现有升降器电机力矩的10％。

本发明可以通过涡卷弹簧使玻璃在闭合状态下自锁，减少涡轮涡杆的自锁磨损。

本发明可以起到减振作用，延长升降器和车窗的使用寿命。

附图说明

图1是现有带式玻璃升降器结构示意图；

图2是现有交叉臂式玻璃升降器结构示意图；

图3是本申请玻璃升降器的结构示意图；图中，1、交叉臂机构；2、滑块A；3、涡卷弹簧；4、滑块B；5、铰接端；6、扇形齿轮；7、支撑台；8、直齿轮副；9、涡杆；10、电机；11、滑轨；12、辅助齿轮；

图4玻璃升降器数学模型；图中a、交接端；b、交叉臂机构下端的一自由端；c与d分别为交叉臂机构上端的自由端；e、涡卷弹簧；

图5涡卷弹簧函数曲线；

图6本申请升降器电机与现有技术升降器电机输出扭矩对比图，bush涡卷弹簧；nonbush无涡卷弹簧。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

如图3所示，一种用于特殊环境下的车辆玻璃升降器，包括：两个摇臂交叉设置形成的交叉臂机构1；

交叉臂机构的上端为两个自由端，两个自由端同时连接于车辆的窗玻璃，并能相对于车辆的窗玻璃发生水平移动，车辆的窗玻璃能随两个自由端发生直上/直下运动；交叉臂机构上端的两自由端均设有滑块A2，滑块A用于安装车辆的窗玻璃。

交叉臂机构的下端具有一铰接端与一自由端；一铰接端5铰接式安装于支撑台上；一自由端能相对于支撑台发生水平运动，并带动交叉臂机构的上端发生直上/直下运动；设有铰接端的摇臂在临近铰接端处固定有扇形齿轮6，扇形齿轮能在外部动力机构的带动下转动以使交叉臂机构发生直上/直下运动；交叉臂机构下端的一自由端设有滑块B4，滑块B能沿滑轨发生滑动。

支撑台7的表面设有一供交叉臂机构下端的自由端发生水平运动的滑轨11；为了精简结构，支撑台在滑轨的端头与铰接端间留有供扇形齿轮转动的间隙。

外部动力机构包括用于输出动力的电机10，设于电机的输出端并将电机的输出动力传递于涡轮的涡杆9，与涡轮同轴安装的直齿轮副、以及传动连接直齿轮副8与扇形齿轮的辅助齿轮12。

为了加强自锁，降低电机输出功率，提高电机使用寿命，交叉臂机构的交叉处点安装有涡卷弹簧3，涡卷弹簧的两个自由端各固定连接于一摇臂。在交叉臂机构的上端直上到最高位置时，涡卷弹簧的初始预紧力矩能够支撑负载不下降；涡卷弹簧在交叉臂机构的上端直下至最低位置时，涡卷弹簧的总力矩不高于外部动力机构对主摇臂输出扭矩。

涡卷弹簧设计原理如图4-5所示。涡卷弹簧设计的数学模型简化为图4所示。a点为铰接端，为摇臂的铰接端，b点为平移端，即交叉臂机构下端的一自由端，c点为铰接端，交叉臂机构上端的一自由端，d点为平移端，交叉臂机构上端的一自由端，e点为铰接端，即涡卷弹簧。ad与bc为摇臂，均分为两部分，长度分别为L₁与L₂。ad摇臂为主动臂，驱动力矩为T₁，e点处为涡卷弹簧，力矩为T₂。升降器的上升角度∠dab为θ₁，涡卷弹簧的扭转角度为θ₂。

负载m在垂直方向的位移为

Y₃＝Y₄＝(L₁+L₂)sinθ₁

虚位移为

δ₄＝(L₁+L₂)cosθ₁δθ₁

负载块所做虚功为

δ_wm＝mgδ₄＝mg(L₁+L₂)cosθ1₁δθ₁

驱动力矩T₁所做虚功为

δ_WT1＝T₁δθ₁

涡卷弹簧所做虚功为

δ_WT2＝2T₁δθ₁

外力所做虚功之和为0，

T₁＝mg(L₁+L₂)cosθ₁-2T₂

涡卷弹簧力矩T₂设为

T₂＝T₀+Kθ

θ＝θ₂，为涡卷弹簧的扭转角度；

T₀为涡卷弹簧在最高位置时的预紧力矩。

θ₂＝π-2θ₁

分别为升降器的起始、终止角的取值；

θ₁等于时，

T₁≤0

涡卷弹簧参数主要是预紧力矩T₀、刚度K，

需满足几个条件：

θ₁等于时，

T₁≤0

即涡卷弹簧在升到最高位置时，能够保证弹簧初始预紧力矩能够支撑负载不下降。上图中T₀值为T₁＝0时的值。

θ₁等于时，

T₁≤T_电机

即涡卷弹簧在最低位置时，弹簧的力矩能够减小电机负载，但是不能高于电机对主动摇臂处的扭矩。

通过调整T₀与K值，即图5中曲线的斜率与Y轴截距，保证X轴截距在弹簧许用范围，Y轴截距在T₀与T₁之间。

工作原理：电机10带动涡杆9，涡杆9与涡轮形成一级减速，涡轮与直齿轮副8同轴，直齿轮副8与辅助齿轮啮合行程二级减速，辅助齿轮(直齿轮)与扇形齿轮5啮合行程三级减速。扇形齿轮固定在主摇臂(设有交接端的摇臂)上，经过三级减速，电机转动传递到摇臂上，摇臂顶端的滑块做垂直运动。涡卷弹簧连接两个摇臂，起到预紧与锁紧作用，涡轮涡杆同样可以自锁。

涡卷弹簧在此机构中起到了辅助自锁与减振作用。在玻璃升降器到达顶端时，玻璃推升到最高位置，此时玻璃闭合需要自锁。此时主要是两方面实现自锁功能，一是涡轮涡杆的自锁，二是涡卷弹簧的预紧力矩。由于特种车辆行驶过程中，路面振动量级很高，只有涡轮涡杆的自锁，经过一定时间后，车窗会开启一定宽度，自锁失效。涡卷弹簧经过特殊设计可以使车辆在振动环境下，车窗仍然保持锁定。同时，控制电机的力矩，如图6所示。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于特殊环境下的车辆玻璃升降器，其特征在于，包括：

两个摇臂交叉设置形成的交叉臂机构；所述交叉臂机构的上端为两个自由端，两个自由端同时连接于车辆的窗玻璃，并能相对于车辆的窗玻璃发生水平移动，车辆的窗玻璃在自由端的牵引下发生直上或直下运动；

所述交叉臂机构的下端为一铰接端与一自由端；所述铰接端铰接式安装于支撑台上；所述自由端连接于支撑台上，能相对于支撑台水平运动，并带动交叉臂机构的上端发生直上或直下运动；

设有铰接端的摇臂在临近铰接端处固定有扇形齿轮，所述扇形齿轮在外部动力机构的带动下转动以使交叉臂机构发生直上或直下运动；

所述支撑台的表面设有滑轨，所述自由端连接于滑轨内的滑块上，自由端通过滑轨在支撑台上水平移动。

2.根据权利要求1所述的一种用于特殊环境下的车辆玻璃升降器，其特征在于，所述扇形齿轮的圆心固接在支撑台的一端，其边缘设有齿结构，所述外部动力机构的输出使扇形齿轮围绕其圆心向上或向下移动；所述扇形齿轮的上部连接在设有铰接端的摇臂上。

3.根据权利要求1所述的一种用于特殊环境下的车辆玻璃升降器，其特征在于，所述交叉臂机构的交叉处点安装有涡卷弹簧。

4.根据权利要求3所述的一种用于特殊环境下的车辆玻璃升降器，其特征在于，在交叉臂机构的上端直上到最高位置时，涡卷弹簧的初始预紧力矩能够支撑负载不下降；涡卷弹簧在交叉臂机构的上端直下至最低位置时，涡卷弹簧的总力矩不高于外部动力机构对主摇臂输出扭矩。

5.根据权利要求2所述的一种用于特殊环境下的车辆玻璃升降器，其特征在于，支撑台在滑轨的端头与铰接端间留有供扇形齿轮转动的间隙。

6.根据权利要求4所述的一种用于特殊环境下的车辆玻璃升降器，其特征在于，所述外部动力机构包括用于输出动力的电机，设于电机的输出端并将电机的输出动力传递于涡轮的涡杆，与涡轮同轴安装的直齿轮副、以及传动连接直齿轮副与扇形齿轮的辅助齿轮。

7.根据权利要求1至6任一项所述的一种用于特殊环境下的车辆玻璃升降器，其特征在于，交叉臂机构上端的两自由端均设有滑块A，滑块A用于安装车辆的窗玻璃。

8.根据权利要求1至6任一项所述的一种用于特殊环境下的车辆玻璃升降器，其特征在于，交叉臂机构下端的一自由端设有滑块B，滑块B能沿滑轨发生滑动。

9.根据权利要求4所述的一种用于特殊环境下的车辆玻璃升降器的自锁控制方法，其特征在于，设定涡卷弹簧参数是预紧力矩T₀、刚度K，

所述涡卷弹簧满足以下几个条件：

θ₁等于时，

T₁≤0

即涡卷弹簧在升到最高位置时，能够保证弹簧初始预紧力矩能够支撑负载不下降；

θ₁等于时，

T₁≤T_电机

即涡卷弹簧在最低位置时，弹簧的力矩减小电机负载，但是不高于电机对主动摇臂处的扭矩；

T₂＝T₀+Kθ

通过调整T₀与K值，保证涡卷弹簧处于允许使用范围；上述公式中，升降器的上升角度为θ₁，涡卷弹簧的扭转角度为θ₂，θ＝θ₂。