汽車車門手動玻璃升降器耐久試驗臺架設計

陳勇強，韋天鵬

汽車車門手動玻璃升降器是汽車的重要組成部分，主要功能有：（1）調整汽車門窗開度大小；（2）保證車門玻璃升降平穩(wěn)，門窗能隨時順利開啟和關閉；（3）當升降器不工作時，玻璃能停留在導軌上的任意位置；（4）解決了乘客觀察車外情況需求與確保車門人物的安全的兩者之間存在的矛盾[1]。所以手動玻璃升降器耐久性能的好壞直接影響到客戶對汽車產(chǎn)品的評價與選擇。開發(fā)設計一套實用的手動玻璃升降器試驗臺架對于產(chǎn)品的研發(fā)和改進是很有必要的。當前國內外采用的是鋼鐵焊接的方法，該方法工序復雜，操作難度大，同時不具備通用性，臺架搭建成本高，試驗效果極不理想。本文選擇針對當前手動玻璃升降器耐久試驗過程中出現(xiàn)的問題，設計了一套耐久試驗臺架。

1 臺架設計要求

針對手動玻璃升降器耐久試驗的試驗要求，手動玻璃升降器耐久試驗需要驅動手柄轉動，手柄轉動的同時帶動手動玻璃升降器運動，從而帶動玻璃上升，玻璃上升到直至切入玻璃導槽之后，仍需要保持堵轉一定時間，然后等待一段時間后，電機驅動手柄驅動盤帶動手柄反方向轉動，手柄反方向轉動的同時帶動手動玻璃升降器運動，從而帶動玻璃下降，玻璃下降到底之后，保持一定的堵轉時間，這樣就完成了一個循環(huán)；試驗分成常溫、高溫、高濕、低溫等不同環(huán)境階段。手動玻璃升降器臺架設計的原理就是要滿足手動玻璃升降器的試驗要求，還要盡可能地反饋試驗過程中潛在的問題，同時不能對試驗樣件產(chǎn)生附加的損害。

2 試驗臺架設計

2.1 材料選擇

設計臺架時，針對試驗臺架原材料的選擇，對比了幾種原材料的優(yōu)缺點后，選擇了鋁型材作為臺架的原材料，主要因為：（1）鋁型材是鋁制品，在與空氣、水、石油化學體系中以及高溫高低等惡劣環(huán)境下，具有良好的抗腐蝕性；（2）鋁型材上自帶有專門的T型槽，方便臺架的拆裝；（3）鋁型材耐臟，且易處理，保養(yǎng)工作簡單；（4）鋁型材輕巧，搬運方便[2]。確定了臺架基本原材料的選擇之后，就可以確定臺架的基本框架材料。為了模擬更加真實的手動玻璃升降器耐久試驗環(huán)境，選擇將整個車門都固定在試驗臺架上，同時安裝上與手動玻璃升降器運行相關的所有負載，這樣可以更加確切的模擬手動玻璃升降器的實際運行環(huán)境，達到更好的試驗效果，而臺架基架大小的確定就以車門的大小為基準。

2.2 動力源方式設計

手動玻璃升降器的實際運行方式是司乘人員用手來搖動的，而在臺架中需要選擇一種動力來源作為替代司乘人員來驅動臺架，該驅動裝置需要滿足以下幾個條件：（1）動力來源需能滿足試驗要求的扭矩大小；（2）臺架動力來源能滿足試驗要求的高低溫環(huán)境；（3）該動力來源能實現(xiàn)正反轉；（4）該動力來源運行速度大小可調；（5）該動力來源經(jīng)濟實惠，性價比高[3]。綜合各個因素考慮，最終考慮使用汽車電動玻璃升降器電機作為該試驗臺架的驅動裝置，因為該電機正是用于電動玻璃升降器用的電機，其扭矩大小，以及匹配高低溫環(huán)境，正反正功能均是針對玻璃升降器來生產(chǎn)的，而且作為一個汽車生產(chǎn)商，電動玻璃升降器是一個汽車配件，其原材料源源不斷，采購成本極低；電動玻璃升降器電機同時也能作為一款電機對待，可以通過調節(jié)電流，電壓大小達到調整其運行速度，運行扭矩大小，能滿足試驗要求的幾個要求，同時玻璃升降器電機還具有結構簡單，安裝容易，易于保養(yǎng)等優(yōu)點，適合當前耐久試驗臺架的選擇。

2.3 驅動裝置設計

試驗臺架的動力源確定之后，還需要選擇一個驅動裝置，用于與手柄直接接觸，帶動手柄搖動，選擇該驅動裝置時，除需要滿足臺架設計要求，還要滿足以下要求：（1）能夠將電機能量傳遞到手柄上；（2）不能夠對手柄產(chǎn)生附加的載荷與破壞；（3）重量輕，轉動慣量小；（4）經(jīng)濟實惠，性價比高。綜合以上幾個因素，最終選擇采用尼龍板加工成的圓盤來作為該驅動裝置，因為相對于金屬制品，尼龍盤重量較輕，同時價格便宜，性價比高。為了避免圓盤在運動過程中因為臺架安裝的誤差，手柄與圓盤發(fā)生相對運動是而產(chǎn)生對手柄的擠壓，在與手柄接觸之處加工成長孔，尺寸比手柄搖輪大。為了保持驅動圓盤的平穩(wěn)性，可以在圓盤上開四個個一樣大小的長孔。

基于以上設計，確定臺架的結構如圖1、圖2所示。

圖1 汽車手動玻璃升降器耐久試驗臺架結構組成

圖2 圓盤

如2圖，在搭建耐久試驗臺架時，根據(jù)車門大小搭建完成臺架基架1之后，將車門按照實車固定在汽車上的方式固定安裝，安裝完成之后，要保證車門在試驗過程中不會產(chǎn)生晃動，試驗才能夠正常進行。在試驗過程中，需要對手柄的驅動扭矩進行實時監(jiān)控，以確保施加在手柄上的扭矩大小滿足試驗要求，同時也能夠保護試驗樣件免受破壞，所以在試驗臺架上，需加裝扭矩傳感器2，該扭矩傳感器要滿足在高低溫高濕環(huán)境下也能正常工作，同時最大扭矩值要大于手柄驅動電機的最大扭矩值。

3 臺架的運行過程

本臺架需要實現(xiàn)的主要功能是：玻璃上升—玻璃堵轉—玻璃下降—玻璃堵轉，臺架采用PLC程序來控制整套臺架的動作的實現(xiàn)和監(jiān)控，主要因為PLC 有如下優(yōu)勢：（1）PLC 可編程方法簡單易學；（2）PLC功能強，性能價格比高；（3）硬件配套齊全，用戶使用方便；（4）可靠性高，抗干擾能力強。綜合PLC程序控制的優(yōu)點，采用PLC程序控制，實現(xiàn)臺架的機電一體化功能，不僅可以完成臺架的自動控制，自動計數(shù)，同時還能夠實現(xiàn)自動循環(huán)等功能[4]。

具體運行過程如圖3所示。

玻璃上升動作控制過程：

玻璃下降動作過程：

圖3 臺架動作控制過程

以上為實現(xiàn)耐久試驗的一個過程，一個過程完成之后，利用PLC程序的自動循環(huán)指令，將該過程又重新開始，同時加入計數(shù)累計指令，將試驗次數(shù)累計，直至完成要求試驗次數(shù)，同時在PLC程序中加入了其他報警功能，在試驗過程中出現(xiàn)問題時，臺架會自動報警并暫停試驗，提醒巡視檢查人員注意，大大減少了巡視檢查人員的工作量，實現(xiàn)了機電一體化功能。

4 結束語

通過對手動玻璃升降器耐久試驗臺架的研究，結合現(xiàn)場試驗的實際需求，成功設計出汽車車門手動玻璃升降器耐久試驗臺架。該臺架經(jīng)過多次耐久試驗驗證之后，臺架的可靠性能極高，目前已應用到多項手動玻璃升降器耐久試驗項目中，并很好地履行耐久試驗臺架的功能，發(fā)現(xiàn)了很多新產(chǎn)品潛在的故障，為研發(fā)部門的整改提供了方向。目前該臺架已申請了國家專利，并投入在多項手動玻璃升降器耐久試驗項目中，相信在手動玻璃升降器耐久試驗領域中發(fā)揮重要的作用。

[1]（德）理查德（Richard，F(xiàn).）.現(xiàn)代汽車技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[2]付百學.汽車試驗技術[M].北京：北京理工大學出版社，2007.

[3]趙立軍.汽車試驗學[M].北京：北京大學出版社，2008.

[4]公利濱.歐姆龍PLC培訓教材[M].北京：中國電力出版社，2012.