一種汽車空調控制器撥片耐久試驗臺架設計

陳喜 龔輝 張桂琴

摘要：文章介紹一種汽車空調控制器撥片耐久試驗裝置的開發與設計，根據空調控制器總成在實車上的安裝方式，模擬用戶操作方式，用鋁材搭建臺架，采用氣動裝置作為動力源，驅動撥桿操作空調控制器總成撥片，再運用PLC程序實現臺架的自動化控制和操作次數的計數。該臺架已完成多款車型空調控制器總成撥片耐久性的試驗任務，試驗過程中發現空調控制器總成撥片存在故障和不足，為研發設計提供了整改依據。

關鍵詞：空調控制器總成；撥片；耐久試驗；臺架

中圖分類號：TH122 文獻標識碼：A? ?文章編號：1674-0688（2023）06-0024-03

0 引言

汽車空調控制器是調節、控制汽車空調系統風量大小、溫度高低、進風模式、出風模式及空氣質量的裝置，是汽車的重要組成部分。空調控制器總成通過旋鈕、按鍵和撥片調節風量、溫度及進出風模式，大多數情況下，進出風模式通過按鍵切換實現，風量大小和溫度高低則通過旋鈕或撥片進行調節。撥片結構因操作便捷、造型美觀等優點，目前廣泛應用于汽車空調控制器總成。撥片結構的空調控制器總成通過上下撥動撥片實現風量大小及溫度高低的調節。現實應用中，用戶對風量和溫度有較多的調節需求，因此撥片結構耐久性能的好壞直接影響用戶對汽車產品的評價與選擇。開發設計一套實用的空調控制器撥片操作耐久試驗臺架可為產品的研發與改進提供重要依據。基于此目的，本文根據撥片使用場景，設計一套耐久試驗臺架。

1 試驗臺架設計

1.1 臺架設計要求

空調控制器撥片操作耐久試驗需模擬用戶上下撥動撥片。空調控制器總成按實車裝配固定在臺架上，調整“Y”形撥桿位于空調控制器撥片中間，用氣缸推動“Y”形撥桿上下運動，“Y”形撥桿推動空調控制器撥片上下移動。在臺架上安裝撥桿上限位件和下限位件，確保撥片操作到位的情況下，撥片在撥動過程中存有余量，防止撥片過壓造成損壞。試驗在常溫、低溫和高溫3種不同環境下進行。空調控制器總成撥片耐久試驗臺架設計的原則是滿足空調控制器總成撥片的試驗要求，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造成損壞。

1.2 材料選擇

選擇鋁型材作為臺架主體的原材料，理由如下：①鋁制品在高溫和低溫等惡劣環境下能保持良好的性能，具有良好的抗腐蝕性能；②鋁型材帶有“T”形槽，便于臺架的拆裝；③鋁型材表面光滑，耐臟，易保養；④鋁型材較其他金屬材料重量輕，便于搬運［1］。為更貼合用戶使用場景，臺架根據空調控制器總成在實車的安裝方式設計安裝點，確保臺架上的空調控制器總成與實車狀態一致，以達到更好的驗證效果。

撥桿采用鐵塊加工成“Y”形，確保撥桿能上下撥動空調控制器總成撥片。選擇鐵塊作為撥桿原材料的主要原因如下：①鐵塊堅硬，能承受氣缸較大的推動力而不發生彎折；②鐵塊價格低，易獲取；③鐵塊性能穩定，在高溫和低溫等惡劣環境下能保持良好的性能。因撥桿硬度較大，為避免撥桿對空調控制器總成撥片的損壞，試驗時用電工膠布包覆“Y”形撥桿。

1.3 動力源方式設計

在實際使用中，用戶是通過手指撥動撥片操作空調控制器總成。試驗過程中，需要選擇一種動力源替代用戶操作空調控制器撥片。該驅動裝置需要滿足以下條件：①動力源能滿足撥動撥片所需的扭矩大小；②在高溫和低溫等惡劣環境下，動力源能正常工作；③動力源大小可調節；④動力源經濟實惠，性價比高。綜合以上幾種因素，最終選擇氣動裝置作為臺架的動力源［2］。氣動裝置除了滿足以上要求，還具有結構簡單、安裝簡便、易于保養等優點，適合作為當前耐久性試驗臺架的驅動選擇。

1.4 操作裝置設計

對于帶撥片的空調控制器總成，風量大小和溫度高低通過上下撥動撥片實現。本臺架采用“Y”形撥桿實現對撥片的上下撥動操作。“Y”形撥桿結構對稱，這種結構的優勢是撥桿在撥動過程中對空調控制器撥片的兩面具有相同的受力面積。 “Y”形撥桿的末端位置裝有上撥氣缸和下撥氣缸，通過氣缸推動撥桿上下運動，實現對撥片的上下操作。“Y”形撥桿中間位置裝有上回位彈簧和下回位彈簧，回位彈簧的作用是減小氣缸的沖擊力，保證臺架上空調控制器總成的穩定性，同時當撥桿撥動撥片后，通過回位彈簧的彈力，保證撥桿回到起始位置。根據“Y”形撥桿的運行軌跡，在臺架上安裝撥桿的上限位塊和下限位塊，限位塊的作用是保證撥片在上下運動過程中存有余量，避免撥片受到過大的壓力，導致損壞。以上組件是臺架的操作裝置和重要的組成部分，是撥片能進行耐久操作的前提。

1.5 限位裝置設計

氣缸沖擊力大，不易控制精度，試驗過程中往往會因為較大的沖擊力損壞空調控制器撥片；而較大的沖擊力屬于惡劣的使用工況，與客戶實際使用工況不符合，因此臺架試驗有必要增加限位裝置。本次臺架安裝有上下2個方向的限位塊。氣缸推動撥桿往上運動，撥桿操作空調控制器總成撥片，當撥桿碰到限位塊時停止對撥片施加往下的作用力，避免撥桿對撥片產生較大壓力而損壞樣件。同理，當氣缸推動“Y”形撥桿往下運動，撥桿操作空調控制器總成撥片，當撥桿碰到限位塊時停止對撥片施加向上的作用力。

2 臺架搭建

選定搭建臺架的材料和動力源后，需要把設計好的操作裝置搭建到臺架上，以下為搭建臺架的過程。

（1）使用鋁型材搭建臺架，用樣件固定架參照實車安裝方式將空調控制器安裝到臺架上。

（2）將溫度和風量的上回位彈簧和下回位彈簧安裝在“Y”形撥桿上，將撥桿固定于撥片荷葉，再將撥片荷葉固定在臺架上。根據撥片與“Y”形撥桿的間隙位置調整距離，保證撥片位于撥桿的中間位置。

（3）安裝并調整溫度和風量的上撥氣缸和下撥氣缸，使它們在伸出過程中能夠頂到溫度“Y”形撥桿。

（4）安裝并調整溫度和風量的撥桿上限位塊和下限位塊，保證氣缸被撥動后在伸出過程中觸發撥片，同時保證撥片在上下撥動過程中存有余量，避免撥片因受力過大而損壞。

（5）接通變頻穩壓直流電源，給空調控制器總成供電。

（6）連接控制柜，編輯程序實現：溫度上撥→溫度下撥→風量上撥→風量下撥。

（7）接通氣管，開始運行試驗。

搭建好的空調控制器總成撥片耐久試驗臺架結構如圖1所示。

3 臺架運行過程

在實際使用中，往上撥空調控制器總成撥片可實現風量或溫度擋位的增加，向下撥可實現風量或溫度擋位的遞減。

本臺架采用PLC程序控制整套臺架的動作和監控實現空調控制器總成撥片的風量或溫度擋位變化。PLC系統具有如下優勢［3］。

（1）PLC程序具有高可靠性。PLC采用專業的工業控制元件，例如具有良好可靠性和耐久性的CPU和輸入輸出模塊，可滿足工業自動化系統長期穩定運行的需求。

（2）PLC硬件配套齊全，功能完善，適用性強。雖然PLC的種類繁多，但是其產品已系列化和規模化，軟件包齊全，用戶可靈活組成各種規模和不同要求的控制系統。

（3）PLC編程語言易學易用。PLC一般采用易于理解和掌握的梯形圖形語言和簡單指令編寫程序，易于被工程技術人員接受。

（4）PLC設備體積小、重量輕、能耗低。以超小型PLC為例，新出產品底部尺寸小于100 mm，重量小于150 g，功耗僅數瓦，體積小，容易裝入機械內部，是實現機電一體化的理想控制設備。

（5）PLC系統運行效率高并具有良好的可維護性，它以毫秒級的速度處理控制過程，可以滿足大多數自動化系統的實時性要求。此外，它采用的是標準化技術，調試和維護簡易，可極大地降低自動化系統的維護成本。

臺架實現耐久試驗的過程如圖2所示。一個過程完成之后，利用PLC程序的自動循環指令再次運行，直至完成要求的試驗次數。臺架運行時，PLC程序還加入了報警功能，如果試驗過程出現問題，臺架會自動暫停試驗并報警提醒巡視檢查人員，降低了巡視檢查人員的工作量，實現了機電一體化的功能。

4 結語

臺架試驗具有縮短研發周期、減少研發成本、便于采集試驗數據等優點。本文結合現場試驗的需求，成功設計出汽車空調控制器總成耐久試驗臺架。該臺架可實時監測試驗中撥片操作次數，結構簡單、操作簡便。臺架系統由PLC程序控制，提高了試驗數據的準確性和真實性，具有降低勞動強度、優化人機工程等優點。該臺架已經過多次耐久試驗驗證，可靠性高，目前已應用于多個項目的空調控制器總成撥鈕耐久試驗中，很好地履行了耐久試驗臺架的功能，試驗過程發現的新產品潛在故障為研發部門的整改提供了方向。該臺架已經申請國家專利，后續會對該臺架繼續進行改進研究，以期為更多的試驗項目提供參考。

5 參考文獻

［1］付百學.汽車試驗技術［M］.北京：北京理工大學出版社，2007：25-26.

［2］趙立軍.汽車試驗學［M］.北京：北京大學出版社，2008：32-33.

［3］公利濱.歐姆龍PLC培訓教材［M］.北京：中國電力出版社，2012：18-19.