一種用于汽車人機開發和線束檢測的綜合裝置

許志函+邵飛+姚圣達+張雯昕

摘要：

一種用于汽車開發和線束檢測的綜合裝置，在有限的空間里可以同時實現汽車人機自動檢測、整車線束功能的實車檢測和性能的自動化檢測。人機參數可以由駕駛員通過計算機組態軟件中可視化設置進行根據自己的特點、愛好調整為自己滿意的樣式，這樣，使得每個駕駛員無論是駕駛自己的車輛還是駕駛別人的車輛都能很快的適應車輛，而不會出現不習慣引發的交通事故。線束功能的檢測則實現了實車的檢測平臺，滿足了不同的車型以及不同的電器配置所需要的檢測需求，使得你時每刻都能更加直觀的了解你的愛車的內部情況，是否發生線束問題，導致某些車載電器發生故障從而不能駕駛，防范與未然。這種綜合裝置有利于我們更好的去駕馭汽車，滿足了當今汽車發展的安全性，舒適性要求。

關鍵詞：汽車人機工程;線束檢測;自動化;PLC

1 前言：

汽車的安全性，舒適性，經濟性是未來汽車發展的方向，自從第一輛汽車在德國誕生以來，汽車以難以想象的速度進行著發展，現已成為我們日常生活的不可或缺的物品，拉近了人與人之間的距離，使物質更好的進行交流。但是，汽車給我們帶來便利的同時也帶來了許許多多的事故，據不完全統計，每年全國發生交通事故至少三十萬起，會有七八萬的人死與事故中，這其中有一部分就是因為汽車的不舒適、不適應以及汽車的某先線路的損壞卻沒及時發現導致的。所以，對汽車的人機工程研發以及線束檢測的研究將在未來汽車行業的發展中占據很大的市場。目前在汽車開發中對線束性能的檢測需要昂貴的設備，可視化不好、操作不便利，而且存在者因車型或電器的配置不同而導致的線束功能實車檢測無統一平臺的局面。對于人機工程學的測試裝置，現有的裝置還不能對人機參數進行自動調節。此裝置就是用于對汽車人機參數進行自動調節和線束系統的自動化檢測的綜合裝置，將會給駕駛者帶來極大的幫助。

2 汽車的人機參數自動調節

2.1 汽車人機工程

人機工程學是20世紀70年代初迅速發展起來的一門新興學科，它從人的生理和心理出發，研究人-機-環境相互關系和相互作用的規律，并使人機系統工作效能達到最佳。在汽車車身設計運用人機工程學，就是以人為中心，研究車身設計如何適應人的需要，創造一個舒適的、操作輕便的、可靠的駕駛環境和乘坐環境，及設計一個最佳的人-車-環境系統。

2.2 存在的問題

汽車中存在的人機參數有儀表板、腳踏板，座椅、轉向盤等等，雖然每一款車型的誕生之前都會花大量物力和財力在人機工程上面，已達到更好的駕駛環境和乘坐環境。但是，由于不同的駕駛者和乘坐者的具體生理和心理的不同，所設定的人機參數并不能滿足每個人的要求，就會存在儀表板過于傾斜、發動機罩過于傾斜、轉向盤太高、踏板太低、座椅太靠前等一系列問題。

2.3 解決問題

對于上面出現的問題，可以設計一個能通過手動調節已達到自己需求的裝置。駕駛者通過調節不同參數的位置關系，已達到最適合的參數。如圖2-1所示：

1）1為汽車儀表板，汽車儀表板反應的是汽車的運行狀態，而且起著美化汽車內部環境的作用。但是如果汽車儀表板位置不好，會對駕駛者有著很大的干擾作用以及影響行車心情，我們通過連桿機構以及橫向滑槽和縱向滑槽的來控制儀表板的位置參數，使儀表板在上下左右四個方位可以靈活的改變，但是一旦參數被確定，將會通過凹槽講各個連桿給固定住，不會出現行車過程中儀表板自動改變的現象。

2）4為發動機罩，保護發動機的安全，不會被雜物損壞以及被雨水淋濕，但是發動機罩的傾斜程度很影響汽車的美觀以及風阻系數的影響，我們給發動機罩加一個伸縮桿以及支點，這樣發動機罩就可以在駕駛員的控制下改變傾斜角，更有利于駕駛和美觀。

3）開過車的人都知道，離合器踏板、制動器踏板和油門踏板，控制好這三個踏板以及轉向盤我們才能掌控好車。但是，由于每個人的身高不一樣，同一輛車，個高的人也許能很輕松的踩著踏板，但是有些身高比較矮小的腿比較短的就會很吃力，必須借助調整汽車座椅，我學駕駛的時候就遇到這種情況，一起學車的一個女生就是，每次上車前都得把座椅調到最靠前的地方，換人時還得把它調回去，這種將座椅調到前方的方法，不僅不美觀，使駕駛室很擁擠，而且影響著駕駛，并且轉向盤離胸部很近，急剎車時對人的潛在危險很到。所以我們設計將調整座椅的方法改成座椅、轉向盤和踏板一起協調的方法。踏板通過連桿機構，可以在橫向滑槽和縱向滑槽的調節下，在上下左右四個方位進行調節，橫向滑槽和縱向滑槽所能調節的極限都必須做過嚴密的計算，禁止出現調節過后踏板不能踩到底的情形。轉向盤通過轉角機構，可以調節傾斜度，而橫向滑槽又可以控制轉向盤的伸縮量，這樣一來，可以滿足所有駕駛者對轉向盤的要求。座椅則是通過轉角機構來調節座椅后背的傾斜度，滿足廣大駕駛者對座椅靠背的不同要求，座椅還可以通過橫向滑槽在水平方向前后滑動，找到最適合的坐姿。

2.4 優化設計

上述對汽車人機參數的調節一部分在現實生活中都已實現，比如座椅調節傾斜度和前后伸縮，但為了追求便捷和高效，就好比汽車門窗玻璃一樣，老式車采用的是機械式，通過手搖動車門內的搖柄來控制門窗玻璃的升降，現在改為電動式控制，我們是利用計算機控制，將這些參數通過計算機的上位軟件設置。控制原理為每個調節機構都配有一個電動機，通過計算機控制電路電流的方向，來控制自己所需要的參數變化，已達到自己所需要的為止，利用位置傳感器將自己設定的參數顯示出來，如果不同的車型都裝配有這種機構，那么就能很快的將自己所需要的參數在很短的時間進行設定。

3 線束性能的實車檢測和自動化檢測

3.1 線束的介紹

線束系統是汽車控制電路網絡的主體，無論是高檔豪華轎車還是普通汽車，線束的組成基本上都是由電線、連插件和包裹膠帶組成，汽車電線是低壓電線，與一般家用電線的區別在于家用電線是銅質單蕊電線，具有一定的硬度，而車用電線則是銅質多蕊電線，較軟較細，所以將這些電線包裹在塑料絕緣管內，不易損壞。隨著人們對汽車的舒適性，安全性，經濟性，排放性的要求越來越高，汽車電子設備越來越多，線束越來越復雜，對線束的要求也越來越高。為了保證線束的可靠性和安全性，必須加快對線束檢測系統的設計和研究。

3.2 線束性能的實車檢測

線束性能的檢測通常情況下有

1）導通性檢測，即線束要求通路，不能出現斷路的情況

2）線束阻抗的檢測，阻抗要在要求的范圍內，不能影響汽車電器的正常運行

3）接頭在接插件上的結合牢固度檢測

4）線束連接導線與接插件的連接電阻

由于導通性檢測和線阻檢測的意義和重要性比較大，而且也是我們可以通過實車條件檢測的，其它兩方面的檢測則是汽車廠家生產方面要求的，我們無法檢測，所以，本研究旨在研究導通性檢測和線阻檢測。導通性檢測即是要求線束處在導通情況，不能出現斷路，我們可以設計一個模擬實車檢測環境，模擬實車通過夾具和機械連接布置各個電器件如圖3-1所示，布置不同車型或不同配置所需要的電器件，將線束系統與電器件相連，通過蓄電池供電，電器盒控制線束模擬檢測，檢測每個電器件的電流，如果能測量出電流的大小，則說明導通性良好，線束不存在斷路問題，如果電器件沒有電流，則說明出現斷路情況，電器件必定不能工作。

線阻檢測是同時檢測出通過的電流與電線的電壓，通過歐姆定律計算出此段電線的線阻，如果線阻過大，會使通路的電流減小，將會影響電器件的準確工作。如果在所設定的范圍值內，則說明線阻良好。

圖3-1

19-右前大燈 ?20-發動機風扇 ?21-蓄電池 ?22-左前大燈 ?23-喇叭 ?24-電器盒 ?25-ABS ?26-ECU ?27-BCM ?28-安全氣囊 ?29-門鎖電機 ?30-玻璃升降電機 ? 31-輪速傳感器 ?32-后尾燈 ?33-雷達探頭 ?34-天窗 ?35-室內頂燈 ?36-雨刮 ?37-音響 ?38-空調 ?39-倒車雷達 ?40-點火開關 ?41-儀表 ?42-電動后視鏡 ?46-性能檢測臺

3.3 線束系統的自動檢測

線束功能的自動化檢測會給檢測過程帶來極大的方便，我們可以設計一個線束系統自動檢測臺，如圖3-2所示。自動檢測臺由上位機軟件、電源控制模塊、接插件、性能檢測臺，PLC控制裝置等組成，分為顯示，控制和操作三部分。通過靈活的接插件操作組件將線束與檢測系統連接，檢測系統由PLC控制，模擬實際電器的屬性，并與線束系統和組態軟件同步通訊。通過PLC靈活的設置各個電器件接插件屬性，運行系統，檢測結果可在組態軟件的可視化界面上直觀的顯示。

3 結論

在有限的空間里，同時實現了汽車人機參數的可視化自動調

節、整車線束功能的實車檢測和性能的自動化檢測。采用夾具固定電器件對線束進行實車模擬測試，解決了不同車型線束檢測無統一標準平臺的局面。采用PLC模擬電器特性，同時與線束系統和組態軟件通訊完成了對線束的性能檢測。采用電腦實時控制的技術對人機參數進行可視化設置，得到了不同人機參數下的汽車內飾環境。故本發明能提供汽車人機開發所需要的直觀體驗環境，能夠滿足不同車型不同電器配置下的線束功能檢測，能夠準確得到不同線束的性能參數，具有一機多用、結構緊湊簡單、綜合成本低、可靠性好等優點。

[參考文獻]

[1] 毛恩榮，張紅，宋正河.車輛人機工程學.北京理工大學出版社，2007

[2] 嚴揚.人機工程學設計應用.中國輕工業出版社，1993

[3] 丁玉蘭.人機工程學.北京理工大學出版社，2007

[4] 陳佳瑞.汽車構造.機械工業出版設，2009

[5] 付百學，胡勝海.汽車電子控制技術.機械工業出版社，2010

[6] 孫仁云，付百學.汽車電子與控制技術. 機械工業出版社，2006

（作者單位：安徽理工大學機械工程學院，安徽 淮南 232001）

3.2 線束性能的實車檢測

線束性能的檢測通常情況下有

1）導通性檢測，即線束要求通路，不能出現斷路的情況

2）線束阻抗的檢測，阻抗要在要求的范圍內，不能影響汽車電器的正常運行

3）接頭在接插件上的結合牢固度檢測

4）線束連接導線與接插件的連接電阻

由于導通性檢測和線阻檢測的意義和重要性比較大，而且也是我們可以通過實車條件檢測的，其它兩方面的檢測則是汽車廠家生產方面要求的，我們無法檢測，所以，本研究旨在研究導通性檢測和線阻檢測。導通性檢測即是要求線束處在導通情況，不能出現斷路，我們可以設計一個模擬實車檢測環境，模擬實車通過夾具和機械連接布置各個電器件如圖3-1所示，布置不同車型或不同配置所需要的電器件，將線束系統與電器件相連，通過蓄電池供電，電器盒控制線束模擬檢測，檢測每個電器件的電流，如果能測量出電流的大小，則說明導通性良好，線束不存在斷路問題，如果電器件沒有電流，則說明出現斷路情況，電器件必定不能工作。

線阻檢測是同時檢測出通過的電流與電線的電壓，通過歐姆定律計算出此段電線的線阻，如果線阻過大，會使通路的電流減小，將會影響電器件的準確工作。如果在所設定的范圍值內，則說明線阻良好。

圖3-1

19-右前大燈 ?20-發動機風扇 ?21-蓄電池 ?22-左前大燈 ?23-喇叭 ?24-電器盒 ?25-ABS ?26-ECU ?27-BCM ?28-安全氣囊 ?29-門鎖電機 ?30-玻璃升降電機 ? 31-輪速傳感器 ?32-后尾燈 ?33-雷達探頭 ?34-天窗 ?35-室內頂燈 ?36-雨刮 ?37-音響 ?38-空調 ?39-倒車雷達 ?40-點火開關 ?41-儀表 ?42-電動后視鏡 ?46-性能檢測臺

3.3 線束系統的自動檢測

線束功能的自動化檢測會給檢測過程帶來極大的方便，我們可以設計一個線束系統自動檢測臺，如圖3-2所示。自動檢測臺由上位機軟件、電源控制模塊、接插件、性能檢測臺，PLC控制裝置等組成，分為顯示，控制和操作三部分。通過靈活的接插件操作組件將線束與檢測系統連接，檢測系統由PLC控制，模擬實際電器的屬性，并與線束系統和組態軟件同步通訊。通過PLC靈活的設置各個電器件接插件屬性，運行系統，檢測結果可在組態軟件的可視化界面上直觀的顯示。

3 結論

在有限的空間里，同時實現了汽車人機參數的可視化自動調

節、整車線束功能的實車檢測和性能的自動化檢測。采用夾具固定電器件對線束進行實車模擬測試，解決了不同車型線束檢測無統一標準平臺的局面。采用PLC模擬電器特性，同時與線束系統和組態軟件通訊完成了對線束的性能檢測。采用電腦實時控制的技術對人機參數進行可視化設置，得到了不同人機參數下的汽車內飾環境。故本發明能提供汽車人機開發所需要的直觀體驗環境，能夠滿足不同車型不同電器配置下的線束功能檢測，能夠準確得到不同線束的性能參數，具有一機多用、結構緊湊簡單、綜合成本低、可靠性好等優點。

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[3] 丁玉蘭.人機工程學.北京理工大學出版社，2007

[4] 陳佳瑞.汽車構造.機械工業出版設，2009

[5] 付百學，胡勝海.汽車電子控制技術.機械工業出版社，2010

[6] 孫仁云，付百學.汽車電子與控制技術. 機械工業出版社，2006

（作者單位：安徽理工大學機械工程學院，安徽 淮南 232001）

3.2 線束性能的實車檢測

線束性能的檢測通常情況下有

1）導通性檢測，即線束要求通路，不能出現斷路的情況

2）線束阻抗的檢測，阻抗要在要求的范圍內，不能影響汽車電器的正常運行

3）接頭在接插件上的結合牢固度檢測

4）線束連接導線與接插件的連接電阻

由于導通性檢測和線阻檢測的意義和重要性比較大，而且也是我們可以通過實車條件檢測的，其它兩方面的檢測則是汽車廠家生產方面要求的，我們無法檢測，所以，本研究旨在研究導通性檢測和線阻檢測。導通性檢測即是要求線束處在導通情況，不能出現斷路，我們可以設計一個模擬實車檢測環境，模擬實車通過夾具和機械連接布置各個電器件如圖3-1所示，布置不同車型或不同配置所需要的電器件，將線束系統與電器件相連，通過蓄電池供電，電器盒控制線束模擬檢測，檢測每個電器件的電流，如果能測量出電流的大小，則說明導通性良好，線束不存在斷路問題，如果電器件沒有電流，則說明出現斷路情況，電器件必定不能工作。

線阻檢測是同時檢測出通過的電流與電線的電壓，通過歐姆定律計算出此段電線的線阻，如果線阻過大，會使通路的電流減小，將會影響電器件的準確工作。如果在所設定的范圍值內，則說明線阻良好。

圖3-1

19-右前大燈 ?20-發動機風扇 ?21-蓄電池 ?22-左前大燈 ?23-喇叭 ?24-電器盒 ?25-ABS ?26-ECU ?27-BCM ?28-安全氣囊 ?29-門鎖電機 ?30-玻璃升降電機 ? 31-輪速傳感器 ?32-后尾燈 ?33-雷達探頭 ?34-天窗 ?35-室內頂燈 ?36-雨刮 ?37-音響 ?38-空調 ?39-倒車雷達 ?40-點火開關 ?41-儀表 ?42-電動后視鏡 ?46-性能檢測臺

3.3 線束系統的自動檢測

線束功能的自動化檢測會給檢測過程帶來極大的方便，我們可以設計一個線束系統自動檢測臺，如圖3-2所示。自動檢測臺由上位機軟件、電源控制模塊、接插件、性能檢測臺，PLC控制裝置等組成，分為顯示，控制和操作三部分。通過靈活的接插件操作組件將線束與檢測系統連接，檢測系統由PLC控制，模擬實際電器的屬性，并與線束系統和組態軟件同步通訊。通過PLC靈活的設置各個電器件接插件屬性，運行系統，檢測結果可在組態軟件的可視化界面上直觀的顯示。

3 結論

在有限的空間里，同時實現了汽車人機參數的可視化自動調

節、整車線束功能的實車檢測和性能的自動化檢測。采用夾具固定電器件對線束進行實車模擬測試，解決了不同車型線束檢測無統一標準平臺的局面。采用PLC模擬電器特性，同時與線束系統和組態軟件通訊完成了對線束的性能檢測。采用電腦實時控制的技術對人機參數進行可視化設置，得到了不同人機參數下的汽車內飾環境。故本發明能提供汽車人機開發所需要的直觀體驗環境，能夠滿足不同車型不同電器配置下的線束功能檢測，能夠準確得到不同線束的性能參數，具有一機多用、結構緊湊簡單、綜合成本低、可靠性好等優點。

[參考文獻]

[1] 毛恩榮，張紅，宋正河.車輛人機工程學.北京理工大學出版社，2007

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[3] 丁玉蘭.人機工程學.北京理工大學出版社，2007

[4] 陳佳瑞.汽車構造.機械工業出版設，2009

[5] 付百學，胡勝海.汽車電子控制技術.機械工業出版社，2010

[6] 孫仁云，付百學.汽車電子與控制技術. 機械工業出版社，2006

（作者單位：安徽理工大學機械工程學院，安徽 淮南 232001）