汽車后視鏡耐疲勞實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與研制

王喬穆　程云祺　劉俊岐

摘 要：汽車后視鏡旋轉(zhuǎn)性能測(cè)試是在國(guó)家強(qiáng)制檢測(cè)項(xiàng)目外，又一考核后視鏡基本性能的重要試驗(yàn)項(xiàng)目，但缺少研制檢測(cè)設(shè)備的生產(chǎn)廠商，研制一種通用性強(qiáng)、全自動(dòng)無人值守的實(shí)驗(yàn)設(shè)備具有重要的實(shí)用價(jià)值。文章基于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的一些要求，設(shè)計(jì)了一套后視鏡翻轉(zhuǎn)耐疲勞實(shí)驗(yàn)臺(tái)，本實(shí)驗(yàn)臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的針對(duì)性，后視鏡夾具設(shè)計(jì)合理，通用性強(qiáng)，易于裝夾和操作，規(guī)避了由于后視鏡外殼曲線不規(guī)則帶來的實(shí)驗(yàn)困難，完全能夠達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求和實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

關(guān)鍵詞：汽車后視鏡；耐疲勞實(shí)驗(yàn)；自動(dòng)測(cè)試

文章的研究是針對(duì)汽車外后視鏡折疊翻轉(zhuǎn)疲勞實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備能自動(dòng)完成測(cè)試過程，全項(xiàng)試驗(yàn)無需測(cè)試人員手動(dòng)操作后視鏡進(jìn)行任何動(dòng)作，主要是測(cè)試左右后視鏡在不同溫度條件下固定翻轉(zhuǎn)次數(shù)的耐疲勞壽命是否達(dá)標(biāo)。本系統(tǒng)由機(jī)械部件、軟件控制系統(tǒng)等組成。

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)臺(tái)能夠滿足所有汽車廠商不同后視鏡的尺寸要求，為了能夠?qū)⒉煌嚭笠曠R固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，為此我們采用了在后視鏡固定基座上打孔，螺釘緊固的方法固定測(cè)試后視鏡。基座打孔位置參考廠方提供的后視鏡型號(hào)尺寸。為了讓后視鏡在設(shè)定好的位置自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，我們?cè)诠ぷ髋_(tái)上加裝了伺服電機(jī)，由于實(shí)驗(yàn)溫度分別為-40℃、+23℃±5℃、+55℃三種不同溫度，因此需要將實(shí)驗(yàn)臺(tái)放入恒溫設(shè)備中進(jìn)行各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。無論是在機(jī)械結(jié)構(gòu)還是硬件線路上都要經(jīng)得起高低溫的的考驗(yàn)，特別是傳動(dòng)環(huán)節(jié)，我們最后采用了伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，確保了傳動(dòng)穩(wěn)定性，并且有一定的傳動(dòng)容錯(cuò)性，這給具有較大沖擊負(fù)載的耐疲勞實(shí)驗(yàn)提供了性能保障。

在測(cè)試過程中，探測(cè)后視鏡旋轉(zhuǎn)位置時(shí)，我們使用了霍爾傳感器探測(cè)后視鏡的旋轉(zhuǎn)位置，使用霍爾傳感器的好處就是非接觸探測(cè)，不會(huì)因?yàn)楹笠曠R的卡位沖擊對(duì)探測(cè)器件造成信號(hào)不穩(wěn)定因素，也使硬件線路設(shè)計(jì)起來更加簡(jiǎn)單，降低了成本。本系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠。機(jī)械部件包括：工作電機(jī)、待測(cè)后視鏡、后視鏡固定板、后視鏡撥桿及其支架、分別位于旋轉(zhuǎn)極限位置的兩個(gè)霍爾感應(yīng)裝置等。工作時(shí)，工作電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)撥桿推動(dòng)后視鏡轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)后視鏡正、反方向運(yùn)動(dòng)。

2 電路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)中的電路控制系統(tǒng)包括硬件電路的設(shè)計(jì)與軟件程序的設(shè)計(jì)。硬件電路由六部分組成，分別是電源單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、控制器單元、檢測(cè)單元、顯示單元及編碼器單元。當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，單片機(jī)輸出信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)單元，從而控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)過程。驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)隨動(dòng)撥桿使后視鏡轉(zhuǎn)動(dòng)，在電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上安裝旋轉(zhuǎn)編碼器來跟蹤后視鏡轉(zhuǎn)動(dòng)的實(shí)際位置，利用霍爾接近開關(guān)檢測(cè)后視鏡轉(zhuǎn)動(dòng)的次數(shù)，并將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)通過顯示單元顯示出來。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。

3 硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)包括單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、碼盤信號(hào)提取信號(hào)設(shè)計(jì)、顯示電路設(shè)計(jì)。下面主要講解電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路與碼盤信號(hào)提取信號(hào)電路的組成及其原理。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路選用了由CD4011，P溝道IRF4905芯片和N溝道IRF3205設(shè)計(jì)的H橋驅(qū)動(dòng)電路。場(chǎng)效應(yīng)管具有內(nèi)阻極小、開關(guān)速度快等諸多優(yōu)點(diǎn)，且方便加散熱片。場(chǎng)效應(yīng)管是電壓驅(qū)動(dòng)器件，只要柵極電壓稍高一點(diǎn)就能使芯片導(dǎo)通，單片機(jī)P口輸出的電壓不太夠，所以還要增加?xùn)艠O驅(qū)動(dòng)電路，可以用coms與非門，例如CD4011，場(chǎng)效應(yīng)管P溝道用IRF4905，N管用IRF3205，受到P管電流限制，整個(gè)電路最大電流可達(dá)為74A，滿足系統(tǒng)的要求。

旋轉(zhuǎn)編碼器通過內(nèi)部?jī)蓚€(gè)光敏接受管轉(zhuǎn)化其角度碼盤的時(shí)序和相位關(guān)系如圖3所示。得知旋轉(zhuǎn)編碼器的A相與B相的關(guān)系之后，可通過D觸發(fā)器和邏輯與門的處理（如圖4所示）得到電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的信號(hào)。當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)的時(shí)候，A相位超前于B相位，所以D觸發(fā)器的1腳輸出始終未高電平“1”，D觸發(fā)器的2腳始終輸出低電平“0”。因此端口1輸出方波信號(hào)，端口2一直輸出低電平。當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)的時(shí)候，A相位滯后于B相位，所以D觸發(fā)器的1腳輸出始終未高電平“0”，D觸發(fā)器的2腳始終輸出低電平“1”。因此端口2輸出方波信號(hào)，端口1一直輸出低電平。在結(jié)合單片機(jī)后，通過對(duì)比檢測(cè)兩個(gè)端口信號(hào)的變化可區(qū)分電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。

4 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件部分使用mega16單片機(jī)作為主控芯片，系統(tǒng)上電初始化之后首先進(jìn)行霍爾檢測(cè)，檢測(cè)后視鏡是否經(jīng)過安裝霍爾元件的位置，若經(jīng)過則系統(tǒng)進(jìn)入中斷，后視鏡耐疲勞實(shí)驗(yàn)次數(shù)加1。打開電機(jī)的開關(guān)，調(diào)節(jié)好電機(jī)的速度，單片機(jī)檢測(cè)旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖個(gè)數(shù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理之后可以得出后視鏡所處的位置，單片機(jī)依次往復(fù)循環(huán)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的過程中顯示部分會(huì)實(shí)時(shí)顯示后視鏡的位置以及后視鏡轉(zhuǎn)過的次數(shù)。