汽車外開手柄及門鎖系統耐久試驗臺架設計

陳勇強 龔輝

摘 要：本文主要介紹一種汽車外開手柄耐久試驗裝置，利用鋁合金型材搭建試驗基架，使用PLC可編程控制系統來實現控制，采用氣缸為執行裝置作用在手柄和車門上實現對車門和手柄的操作，再配合調壓閥、節流閥來調節，實現汽車外開手柄及門鎖耐久試驗。

關鍵詞：外開手柄 門鎖 耐久 臺架

Abstract：This paper mainly introduces a durability test device for automobile exterior handle， which uses aluminum alloy profile to build test base frame， uses PLC programmable control system to realize control， uses cylinder as executive device to act on handle and door to realize operation of door and handle， and then cooperates with pressure regulating valve and throttle valve to realize durability test for automobile exterior handle and door lock.

Key words：external handle， door lock， durable， platform

1 前言

汽車外開手柄及門鎖系統是裝在車門及其立柱上能將車門可靠鎖緊并通過器內部機構實現開啟及鎖緊功能的裝置。是一個非常重要的汽車車身附件。具有安全防護作用，既要保護車門正常使用中的可靠鎖緊，放置車門意外或者無意識打開，又要保證車門需要時能夠順利打開，確保在正常或者當右緊急情況發生時通行，以免造成生命傷亡或者財產損失，屬于安全規件，也叫終端閉合功能件。而針對汽車外開手柄及門鎖耐久試驗，當前國內外采用的是鋼鐵焊接臺架的方法來實現，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。本文選擇針對汽車外開手柄及門鎖試驗的問題，設計了一套耐久試驗臺架。

2 試驗要求

汽車內外手柄及門鎖耐久試驗，是產品研發過程中的一個重要環節，主要目的驗證汽車膜外開手柄及門鎖的耐久性能，發現新產品潛在的零件故障，為產品設計部門提供試驗數據。根據外開手柄及門鎖試驗要求，試驗臺架需要完成模擬人力操作汽車外開手柄使車門實現開啟，開啟完成后仍需要操作車門實現關閉，以此定義為一個循環。在設定的常溫、高溫、低溫及高濕環境下，要求能夠無故障地完成對應的試驗次數。試驗數據直接影響產品研發部門對零件狀態的判斷方向，所以試驗數據的準確性直接導致后續產品優化的方向。為了確保試驗數據的準確性，耐久試驗臺架施加在零件的的載荷均要求在設計范圍內，確保試驗結果能夠正確反應試驗樣件的真實狀態。

3 臺架設計

3.1 臺架材料的選擇

針對試驗臺架原材料的選擇，對比了幾種原材料的優缺點后，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低溫等惡劣環境下，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，保養工作簡單;（4）鋁型材輕巧，開展工作難度小，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選擇;根據試驗要求，外開手柄及門鎖均要求以實車安裝方式安裝在車門內，試驗臺架要求將車門固定在臺架上，同時在臺架內完成要求動作，根據這些要求，現場制定臺架框架大小并實施搭建。

3.2 驅動方式的選擇

驅動汽車外開手柄解鎖及車門開關，需要滿足以下幾個條件：（1）驅動方式能實現模擬操作人力解鎖手柄及開關門;（2）驅動方式需能實現監控試驗要求的推拉力大小;（3）臺架動力來源能滿足試驗要求的高低溫環境;（4）該驅動裝置運行速度大小可調;（5）該動力來源經濟實惠，性價比高[3]。綜合各個因素考慮，最終考慮使用氣缸作為該試驗臺架的驅動裝置，主要由于使用壓縮空氣作為氣源的氣缸相對于其他油缸、電缸等執行裝置，能滿足該試驗的要求，同時氣缸采購成本低，安裝容易，易于保養等優點，適合當前耐久試驗臺架的選擇。

3.3 模擬密封力加載方式的選擇

試驗過程中，在試驗臺架上，需要設計一個載荷，該載荷加載在門鎖附近，以便能夠模擬車門關閉時門框上的導槽密封條對車門的反作用力。該載荷的加載要求為：（1）能夠模擬車門關閉時車門所受反作用力的狀態，即隨著關門即出現、開關即消失，（2）力值大小隨著關門進度而隨之增加，（3）最終載荷大小可調并能夠滿足設計要求。根據以上要求，對比氣缸加載及重物加載以及彈簧加載等多種加載方式后，現場選擇使用彈簧為試驗臺架的加載方式。為了保證門鎖在上鎖時所收的模擬密封力跟車門保持接近一致性，現場決定在門鎖安裝位置的上下均安裝一個同型號的彈簧，兩彈簧力共同作用在門上實現密封力的模擬。

3.4 控制系統和監控元件的選擇

由于本試驗臺架是采用壓縮空氣未能量來源，使用氣缸為執行機構，在控制系統的選擇上，由于本試驗為耐久試驗，試驗設備需要長時間保持運行狀態，所以現場采用PLC為控制系統，主要由于：（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程序控制的優點，采用PLC程序控制，實現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，同時還能夠實現自動循環等功能[4]。

根據試驗要求，耐久試驗試驗過程中，需要控制氣缸的操作力大小，包括外開手柄的解鎖力，開關門力，同時還要監控車門的關門速度。因為氣缸的推拉力大小主要體現在氣壓大小上，所以可采用可調壓力表來調節氣壓大小來實現推拉力大小的調整;可選用節流閥來控制氣體的流速，實現解鎖速度的調節;可選用力傳感器來監控彈簧力大小，使用速度傳感器來監控車門的關門速度。

以上，試驗臺架的原材料和臺架搭建方案都確定之后，試驗臺架的整體輪廓也就成型了。

如圖1，在搭建耐久試驗臺架時，根據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，將試驗零件：外開手柄，門鎖，拉鎖、鎖扣等以實車裝配方式安裝在車門上。同時根據設計方案完成試驗臺架。

4 試驗數據的計算

在本次試驗中，需要保證外開手柄是解鎖力大小和彈簧力大小滿足是要求，根據氣缸的制作原理：壓縮空氣進如入氣缸的大腔作用在氣缸桿滑塞頭上，氣缸桿在壓縮空氣作用下往外推，實現氣缸外推動作;壓縮空氣進如入氣缸的小腔作用在氣缸桿滑塞頭上，氣缸桿在壓縮空氣作用下往回收，實現氣缸回收動作;故氣缸的推拉力所需用的氣壓大小可根據壓強-壓力公式計算;

P1=F1/S1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

P2=F2S2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

其中P1，P2分別是氣缸外推和回收所需要用的氣壓大小，P1、F2分別是設計要求氣缸的外推力和回收力大小;S1、S2分別是氣缸桿滑塞頭在大腔和小腔內氣體的作用面積。

而氣缸桿滑塞頭的橫截面積可由氣缸型號查詢;其杠桿的橫截面可用游標卡滯測量直徑的方式，在通過計算求得;

S2=S1-S3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

S1=π（D/2）2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（4）

S3=π（d/2）2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（5）

其中D為氣缸的內徑，如現場選用的氣缸鋼型號為CG1BN20-75-XB7，可知氣缸內徑為20mm;d為其杠桿的直徑。根據上式可確定氣缸的氣壓需求，進而通過調壓閥設定。

5 臺架的運行過程

根據試驗要求，外開手柄及門鎖的動作要求為：外開手柄解鎖—車門彈開-手柄回位-車門打開-車門關閉;同時手柄的解鎖力，開關門力，關門速度以及密封力均有設計值要求，試驗過程中還需要對手柄的解鎖力、密封力以及關門速度的大小實施監控，同時還要監控車門是否開啟到位。根據此要求，現場使用PLC設計臺架控制邏輯，實現試驗的開展。

而本次臺架試驗的試驗原理為：

1）啟動設備;

2）壓縮空氣通過PLC控制柜、調壓閥、節流閥進入解鎖氣缸小腔，氣缸在壓縮空氣作用下回收，拉動手柄解鎖;

3） 門鎖解鎖后，車門在彈簧的彈力作用下解鎖彈開，車門彈開的同時，PLC控制壓縮空氣通過節流閥進入開門氣缸大腔，開門氣缸緩慢伸出，將門打開到試驗設計要求位置后氣缸回收;

4）車門到達要求位置后，小磁鐵通過自身磁力作用將車門定位，確保車門定位在設定位置;

5）PLC控制壓縮空氣進入關門氣缸大腔，關門氣缸伸出，推動車門實現上鎖，關門過程中速度傳感器監控關門速度值;

6）車門上鎖后，彈簧被擠壓，對門產生反作用彈力，該反作用力即模擬實車門框膠條對門鎖的反作用力

7）重復2）～6），繼續下一個循環，直至完成所有次數要求

8）PLC可編程程序系統中加入了氣壓報警、試驗計數滿報警、試驗超時報警等報警功能，如臺架耐久試驗過程中出現異常第一時間產生反饋。

以上為實現耐久試驗的一個過程，一個過程完成之后，利用PLC程序的自動循環指令，將該過程又重新開始，同時加入計數累計指令，將試驗次數累計，直至完成要求試驗次數，同時在PLC程序中加入了其他報警功能，在試驗過程中出現問題時，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，實現了機電一體化功能。

以上為臺架的設計與實施過程，使用該臺架，可排除車門、膠條、水切等車門附件對玻璃升降器的干擾測量電動玻璃升降器的運行電流，堵轉電流及對應對應不同位置上下堵轉時的堵轉力值大小，同時還能夠測量玻璃升降器的剛度值大小和標定玻璃升降器的輸入電壓及最大輸出力值的對應關系，結合試驗標準評價玻璃升降器的性能好壞，為產品設計提供試驗數據依據。

6 結束語

通過對手動玻璃升降器耐久試驗臺架的研究，結合現場試驗的實際需求，成功設計出來汽車車門手動玻璃升降器耐久試驗臺架。該臺架經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，并很好的履行耐久試驗臺架的功能，發現了很多新產品潛在的故障，為研發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揮重要的作用。

參考文獻：

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