汽車四門兩蓋耐久性試驗裝置研發(fā)

項肇宏, 曹建永, 倪 佳

Xiang Zhaohong, Cao Jianyong, Ni Jia

（國家機動車產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，上海 201805）

0 引 言

車門、發(fā)動機蓋和行李箱罩蓋是汽車車身的重要組成部分，汽車車門的疲勞壽命關(guān)系到車內(nèi)乘員和車外行人的生命安全。如果行駛過程中車門自動打開，后果不堪設(shè)想，即使車門沒有自動打開的現(xiàn)象，但在使用過程中出現(xiàn)變形，車門的密封性會受到巨大影響，因此對車門及罩蓋操作性能測試是汽車開發(fā)過程中的一個重要環(huán)節(jié)。目前不少汽車制造企業(yè)和研究機構(gòu)都建立了相應(yīng)的四門兩蓋試驗臺，針對試驗臺的難點——前后蓋的開合，很多采用兩級氣缸來實現(xiàn)動作，但是這種設(shè)計的機械機構(gòu)和電器控制均較為復(fù)雜，轉(zhuǎn)臂的回轉(zhuǎn)中心與前后蓋鉸鏈回轉(zhuǎn)中心很難保持一致，試驗效果差。

文中通過導(dǎo)軌彈簧真空吸盤安裝組件的研究及四門兩蓋試驗臺的設(shè)計，有效地解決上述問題。通過試驗驗證，研發(fā)的試驗臺能更好地滿足試驗要求，具有較好的綜合性能。

1 四門兩蓋試驗臺

汽車四門兩蓋耐久性試驗臺是一套可在整車狀態(tài)下同時對汽車門蓋（左前門、右前門、左后門、右后門、發(fā)動機蓋或前蓋、行李箱蓋或后蓋）進行耐久性試驗的裝置。

汽車四門兩蓋耐久性試驗臺主要由支撐車身及汽車四門兩蓋開合機構(gòu)的機架、車身兩側(cè)的四門開合機構(gòu)、車身前后的前后蓋開合機構(gòu)、前后蓋開合機構(gòu)懸臂桿上的前后蓋導(dǎo)軌彈簧真空吸盤組件等組成，如圖1所示。

1.1 四門兩蓋開合機構(gòu)的機架

四門兩蓋開合機構(gòu)的機架主要由 4個落地受力安裝座、2根安裝橫梁和2套門蓋開合機構(gòu)安裝架等組成。在試驗安裝時，2根安裝橫梁套在4個落地受力安裝座中，車身坐落在 4個落地受力安裝座的安放槽中，2套門蓋開合機構(gòu)的安裝架安裝在車身兩側(cè)的安裝橫梁上，如圖2所示。

汽車的四門開合機構(gòu)和前后蓋開合機構(gòu)安裝在車身開合機構(gòu)安裝架的相應(yīng)位置上，四門兩蓋的開合機構(gòu)位置根據(jù)車型不同而變化，試驗機架采用鋁合金型材制作，鋁合金型材本身具有滑槽，滑槽內(nèi)的 T型螺釘方便安裝調(diào)整四門兩蓋開合機構(gòu)的安裝位置，具有適用試驗車型廣等優(yōu)點。

1.2 前后蓋開合機構(gòu)

汽車前后蓋的開合機構(gòu)（如圖 3所示）安裝在車身一側(cè)，采用氣缸推動雙臂桿，使開蓋懸臂桿上下翻轉(zhuǎn)，帶動前后蓋開合，避免部分試驗臺采用在試驗車身的兩側(cè)分別安裝轉(zhuǎn)臂，用氣缸驅(qū)動轉(zhuǎn)臂工作時，如果兩邊氣缸運行速度不一致，將使氣缸運行受阻，機架扭曲，造成設(shè)備損壞。

1.3 導(dǎo)軌彈簧真空吸盤組件

汽車前后蓋開合機構(gòu)的連接，采用導(dǎo)軌彈簧真空吸盤安裝組件的柔性設(shè)計，可使車身的前后蓋鉸鏈與前后蓋開合機構(gòu)轉(zhuǎn)軸中心位置在不同軸心時自動調(diào)整真空吸盤位置，使前后蓋開合機構(gòu)安裝更加方便，更易實現(xiàn)模仿人工正常的開合前后蓋動作，如圖4、圖5所示。

汽車前蓋的試驗運行模仿正常的開蓋動作，車內(nèi)有一套氣動裝置拉開前蓋手閘，利用氣動裝置解開前蓋的鎖鉤，用真空吸盤吸住前蓋，掀蓋氣缸將前蓋以一定速度掀開。合上前蓋時，將前蓋鎖鉤復(fù)位，前蓋在前掀蓋氣缸控制下以一定速度向下，在前蓋向下合閉到規(guī)定高度位置時，真空吸盤在控制器的作用下，真空度被破壞，使前蓋自動落下，達到模仿真實使用的狀態(tài)——當(dāng)人工開啟前蓋到達要求高度后，在關(guān)閉前蓋過程中，手工將前蓋放到一定高度位置松手，使前蓋自動落下，達到前蓋合閉目的。前蓋自動落下的高度可由接近開關(guān)（電感式傳感器）調(diào)整高度位置。

汽車后蓋的試驗運行模仿正常的后蓋動作，利用氣動裝置解開后蓋的鎖鉤，接著用真空吸盤吸住后蓋，最后由一套掀蓋氣缸將后蓋以一定速度掀開，合上后蓋時，先將后蓋鎖鉤復(fù)位，后蓋在后掀蓋氣缸控制下通過緩沖桿推動后蓋達到模仿人工合閉后蓋的正常使用狀態(tài)。

前后蓋真空吸盤使用的真空源，是利用壓縮空氣根據(jù)射流原理產(chǎn)生。

1.4 四門開合機構(gòu)

打開汽車四門時采用先解開門鎖，通過水平開門氣缸驅(qū)動開門臂，由拉門滑塊打開車門。由于四門開合機構(gòu)的開門關(guān)節(jié)位置與車身開門鉸鏈位置不重合，車門在開門的各角度位置上與開門臂上的受力點位置不同，因此開合機構(gòu)設(shè)計了拉門滑塊，使開門受力更合理。關(guān)門時先復(fù)位門鎖，再閉合車門，完全達到模仿開合汽車四門的正常使用狀態(tài)，如圖6所示。

1.5 四門及后蓋關(guān)閉速度測試

在汽車四門兩蓋耐久試驗中，關(guān)閉前蓋時，前蓋在一定高度情況下自由落下，所以此速度由前蓋關(guān)閉高度決定；但是四門的關(guān)閉和后蓋的關(guān)閉需要設(shè)備控制進行，關(guān)閉的速度大小直接決定了車門和后蓋對門框碰撞力的大小，因此在試驗時要測試關(guān)閉四門和后蓋的速度。

測試方法：在四門和后蓋的邊緣分別安裝一個光柵，車門或后蓋關(guān)閉時，光柵經(jīng)過光電傳感器，由光電傳感器通過測速儀直接測出速度。圖7為四門光柵和光電傳感器測速裝置示意圖。

2 試驗控制和故障保護

圖8、圖9所示分別為前后蓋、車門試驗運行的控制流程圖，在這里不作詳細(xì)敘述，主要敘述故障判別原理。因為在試驗過程中，如果某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)不加以判別和停機，會造成試驗不真實，容易損壞試件和設(shè)備。假設(shè)在開門試驗中，解鎖機構(gòu)出現(xiàn)故障，鎖鉤未打開，如果系統(tǒng)沒有故障判別和自動停機功能，試驗就會繼續(xù)運行，造成強行執(zhí)行開門程序，可能會對車門的相關(guān)構(gòu)件或設(shè)備造成破壞。

2.1 前后蓋試驗運行中的故障判別

前后蓋試驗運行中有合蓋位置判別、拉手閘位置判別、解鎖位置判別、開蓋運行故障判別和關(guān)蓋運行故障判別等故障判別模式。

前后蓋在試驗運行中，合蓋是每次試驗循環(huán)結(jié)束時的最后1個環(huán)節(jié)。每次合蓋結(jié)束后，必須對合蓋位置進行判別，如果不判別合蓋位置，前后蓋位置沒有閉合到位，下一循環(huán)試驗又繼續(xù)開始的話，那么所有拉手閘第1次解鎖功能和解鎖鉤的第2次解鎖功能都成為虛設(shè)，試驗狀態(tài)就會不真實。因此每次試驗循環(huán)開始前，判別合蓋位置是否正常是非常必要的。

拉手閘的1次解鎖和解鎖鉤的2次解鎖的故障判別也是特別重要的，如果不能正確判別這兩種解鎖故障，當(dāng)這些故障出現(xiàn)時，強行執(zhí)行前后蓋的上翻程序，可能造成試件與前后蓋的相關(guān)零部件或設(shè)備損壞。

前后蓋合蓋位置與拉手閘第 1次解鎖位置、解鎖鉤第2次解鎖位置的故障判別方法基本相同，在PLC的控制電路中分別設(shè)有1個故障判別時間的定時器，在試驗臺的相關(guān)合適位置各安裝了 1個位置傳感器。如合蓋故障判別，傳感器需要安裝在前后蓋關(guān)閉位置下部，用于接收前后蓋正常閉合到位信號；而拉手閘故障判別傳感器需要安裝在能感知到手閘正常拉開時的位置。同樣解鎖位置故障判別傳感器安裝在能感知到鎖鉤正常解開時的位置。

如當(dāng)試驗系統(tǒng)執(zhí)行合蓋程序時，判別合蓋位置故障的定時器開始計時，如果前后蓋在定時器規(guī)定的時間內(nèi)閉合到正常關(guān)蓋位置，裝在前后蓋關(guān)閉位置下部的合蓋位置判別傳感器就能接收到前后蓋正常關(guān)閉到位信號，控制器接到傳感器信號后會控制執(zhí)行拉手閘試驗程序，并關(guān)閉合蓋位置故障判別定時器計時，在顯示屏上顯示“合蓋正常”。

反之，前后蓋在定時器規(guī)定的時間內(nèi)沒有關(guān)閉到正常合蓋位置，控制器在規(guī)定的時間內(nèi)沒有收到前后蓋正常傳感器合蓋信號，試驗程序（拉手閘）不會啟動。當(dāng)合蓋位置傳感器在規(guī)定的時間內(nèi)沒有正常收到前后蓋關(guān)閉信號，合蓋故障判別定時器會發(fā)出故障信號，并報警停止系統(tǒng)工作。拉手閘故障判別和解鎖位置故障判別原理與合蓋故障判別相同，這里不作詳細(xì)敘述。

前蓋開合運行的故障判別，利用了合蓋時的自由落下高度位置傳感器，通過它作前蓋落下高度位置判別，并作前蓋運行故障判別。后蓋開合運行的故障判別，利用了后蓋合蓋測速傳感器，因為在運行時，后蓋必須通過測速傳感器作后蓋合蓋測速和后蓋運行故障判別，判別過程與前相同。前后蓋在定時器規(guī)定的時間內(nèi)通過該傳感器為正常，反之為故障。

2.2 四門試驗的運行控制

四門的各試驗流程完全相同，解鎖故障判別和控制方法與前后蓋解鎖故障判別和控制方法相同。開門運行和關(guān)門運行的故障判別以及控制方法也與前蓋的開蓋和關(guān)蓋的故障判別和控制方法相同。在汽車的四門試驗運行中，光電傳感器即作故障判別用，又作關(guān)門測速用。

3 試驗臺的特點

四門兩蓋耐久性試驗臺的特點是，該裝置采用分體結(jié)構(gòu)設(shè)計，每個車門和車蓋的開合機構(gòu)可獨立工作，根據(jù)不同的車型，每個車門和車蓋的開合機構(gòu)的安裝位置可方便調(diào)整，適用車型廣。汽車門蓋運行能模仿人員操作動作，在開合車門時，車門的開合機構(gòu)裝有拉門滑塊，使開門受力更合理。汽車的前后蓋開合機構(gòu)，采用導(dǎo)軌彈簧柔性設(shè)計的真空吸盤組件，使汽車前后蓋開合動作更易模仿人員操作動作，安裝更加方便。該試驗臺使用的氣缸采用寬溫氣缸，外包有保溫電加熱墊，使該試驗臺能在-40～＋90℃環(huán)境下正常工作，符合國際上對此試驗通常使用的溫度范圍；四門的碰撞速度采用節(jié)流閥調(diào)速，光柵測速，從而控制開關(guān)車門的速度，使之符合試驗要求；試驗臺的控制部分采用PLC技術(shù)和具有中文人機對話功能的觸摸屏技術(shù)，電路簡單，工作穩(wěn)定，顯示直觀，操作方便。

4 結(jié) 論

文中自行研發(fā)的四門兩蓋耐久性試驗臺是運用機電一體化技術(shù)控制的車門及罩蓋操作測試試驗臺。該試驗臺不但能模擬人開關(guān)車門及罩蓋的順序動作，還能對開鎖力和關(guān)門速度進行測控；簡化了試驗裝置安裝方法，節(jié)約安裝時間，解決了翻轉(zhuǎn)臂回轉(zhuǎn)中心與前蓋鉸鏈回轉(zhuǎn)中心不易對正的問題，適應(yīng)各種車型，能滿足不同型號車輛在不同環(huán)境下的測試功能要求，特別是試驗過載時，真空吸盤會因為過載與前蓋脫離，保證試件不會因過載而損壞。獨立化、柔性化、模塊化的設(shè)計理念為試驗臺的進一步開發(fā)奠定了良好的基礎(chǔ)。

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