汽車四門兩蓋耐久性試驗(yàn)裝置研發(fā)

項(xiàng)肇宏, 曹建永, 倪 佳

Xiang Zhaohong, Cao Jianyong, Ni Jia

（國(guó)家機(jī)動(dòng)車產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，上海 201805）

0 引 言

車門、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋和行李箱罩蓋是汽車車身的重要組成部分，汽車車門的疲勞壽命關(guān)系到車內(nèi)乘員和車外行人的生命安全。如果行駛過(guò)程中車門自動(dòng)打開，后果不堪設(shè)想，即使車門沒(méi)有自動(dòng)打開的現(xiàn)象，但在使用過(guò)程中出現(xiàn)變形，車門的密封性會(huì)受到巨大影響，因此對(duì)車門及罩蓋操作性能測(cè)試是汽車開發(fā)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。目前不少汽車制造企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)都建立了相應(yīng)的四門兩蓋試驗(yàn)臺(tái)，針對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的難點(diǎn)——前后蓋的開合，很多采用兩級(jí)氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作，但是這種設(shè)計(jì)的機(jī)械機(jī)構(gòu)和電器控制均較為復(fù)雜，轉(zhuǎn)臂的回轉(zhuǎn)中心與前后蓋鉸鏈回轉(zhuǎn)中心很難保持一致，試驗(yàn)效果差。

文中通過(guò)導(dǎo)軌彈簧真空吸盤安裝組件的研究及四門兩蓋試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)，有效地解決上述問(wèn)題。通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，研發(fā)的試驗(yàn)臺(tái)能更好地滿足試驗(yàn)要求，具有較好的綜合性能。

1 四門兩蓋試驗(yàn)臺(tái)

汽車四門兩蓋耐久性試驗(yàn)臺(tái)是一套可在整車狀態(tài)下同時(shí)對(duì)汽車門蓋（左前門、右前門、左后門、右后門、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋或前蓋、行李箱蓋或后蓋）進(jìn)行耐久性試驗(yàn)的裝置。

汽車四門兩蓋耐久性試驗(yàn)臺(tái)主要由支撐車身及汽車四門兩蓋開合機(jī)構(gòu)的機(jī)架、車身兩側(cè)的四門開合機(jī)構(gòu)、車身前后的前后蓋開合機(jī)構(gòu)、前后蓋開合機(jī)構(gòu)懸臂桿上的前后蓋導(dǎo)軌彈簧真空吸盤組件等組成，如圖1所示。

1.1 四門兩蓋開合機(jī)構(gòu)的機(jī)架

四門兩蓋開合機(jī)構(gòu)的機(jī)架主要由 4個(gè)落地受力安裝座、2根安裝橫梁和2套門蓋開合機(jī)構(gòu)安裝架等組成。在試驗(yàn)安裝時(shí)，2根安裝橫梁套在4個(gè)落地受力安裝座中，車身坐落在 4個(gè)落地受力安裝座的安放槽中，2套門蓋開合機(jī)構(gòu)的安裝架安裝在車身兩側(cè)的安裝橫梁上，如圖2所示。

汽車的四門開合機(jī)構(gòu)和前后蓋開合機(jī)構(gòu)安裝在車身開合機(jī)構(gòu)安裝架的相應(yīng)位置上，四門兩蓋的開合機(jī)構(gòu)位置根據(jù)車型不同而變化，試驗(yàn)機(jī)架采用鋁合金型材制作，鋁合金型材本身具有滑槽，滑槽內(nèi)的 T型螺釘方便安裝調(diào)整四門兩蓋開合機(jī)構(gòu)的安裝位置，具有適用試驗(yàn)車型廣等優(yōu)點(diǎn)。

1.2 前后蓋開合機(jī)構(gòu)

汽車前后蓋的開合機(jī)構(gòu)（如圖 3所示）安裝在車身一側(cè)，采用氣缸推動(dòng)雙臂桿，使開蓋懸臂桿上下翻轉(zhuǎn)，帶動(dòng)前后蓋開合，避免部分試驗(yàn)臺(tái)采用在試驗(yàn)車身的兩側(cè)分別安裝轉(zhuǎn)臂，用氣缸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臂工作時(shí)，如果兩邊氣缸運(yùn)行速度不一致，將使氣缸運(yùn)行受阻，機(jī)架扭曲，造成設(shè)備損壞。

1.3 導(dǎo)軌彈簧真空吸盤組件

汽車前后蓋開合機(jī)構(gòu)的連接，采用導(dǎo)軌彈簧真空吸盤安裝組件的柔性設(shè)計(jì)，可使車身的前后蓋鉸鏈與前后蓋開合機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)軸中心位置在不同軸心時(shí)自動(dòng)調(diào)整真空吸盤位置，使前后蓋開合機(jī)構(gòu)安裝更加方便，更易實(shí)現(xiàn)模仿人工正常的開合前后蓋動(dòng)作，如圖4、圖5所示。

汽車前蓋的試驗(yàn)運(yùn)行模仿正常的開蓋動(dòng)作，車內(nèi)有一套氣動(dòng)裝置拉開前蓋手閘，利用氣動(dòng)裝置解開前蓋的鎖鉤，用真空吸盤吸住前蓋，掀蓋氣缸將前蓋以一定速度掀開。合上前蓋時(shí)，將前蓋鎖鉤復(fù)位，前蓋在前掀蓋氣缸控制下以一定速度向下，在前蓋向下合閉到規(guī)定高度位置時(shí)，真空吸盤在控制器的作用下，真空度被破壞，使前蓋自動(dòng)落下，達(dá)到模仿真實(shí)使用的狀態(tài)——當(dāng)人工開啟前蓋到達(dá)要求高度后，在關(guān)閉前蓋過(guò)程中，手工將前蓋放到一定高度位置松手，使前蓋自動(dòng)落下，達(dá)到前蓋合閉目的。前蓋自動(dòng)落下的高度可由接近開關(guān)（電感式傳感器）調(diào)整高度位置。

汽車后蓋的試驗(yàn)運(yùn)行模仿正常的后蓋動(dòng)作，利用氣動(dòng)裝置解開后蓋的鎖鉤，接著用真空吸盤吸住后蓋，最后由一套掀蓋氣缸將后蓋以一定速度掀開，合上后蓋時(shí)，先將后蓋鎖鉤復(fù)位，后蓋在后掀蓋氣缸控制下通過(guò)緩沖桿推動(dòng)后蓋達(dá)到模仿人工合閉后蓋的正常使用狀態(tài)。

前后蓋真空吸盤使用的真空源，是利用壓縮空氣根據(jù)射流原理產(chǎn)生。

1.4 四門開合機(jī)構(gòu)

打開汽車四門時(shí)采用先解開門鎖，通過(guò)水平開門氣缸驅(qū)動(dòng)開門臂，由拉門滑塊打開車門。由于四門開合機(jī)構(gòu)的開門關(guān)節(jié)位置與車身開門鉸鏈位置不重合，車門在開門的各角度位置上與開門臂上的受力點(diǎn)位置不同，因此開合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)了拉門滑塊，使開門受力更合理。關(guān)門時(shí)先復(fù)位門鎖，再閉合車門，完全達(dá)到模仿開合汽車四門的正常使用狀態(tài)，如圖6所示。

1.5 四門及后蓋關(guān)閉速度測(cè)試

在汽車四門兩蓋耐久試驗(yàn)中，關(guān)閉前蓋時(shí)，前蓋在一定高度情況下自由落下，所以此速度由前蓋關(guān)閉高度決定；但是四門的關(guān)閉和后蓋的關(guān)閉需要設(shè)備控制進(jìn)行，關(guān)閉的速度大小直接決定了車門和后蓋對(duì)門框碰撞力的大小，因此在試驗(yàn)時(shí)要測(cè)試關(guān)閉四門和后蓋的速度。

測(cè)試方法：在四門和后蓋的邊緣分別安裝一個(gè)光柵，車門或后蓋關(guān)閉時(shí)，光柵經(jīng)過(guò)光電傳感器，由光電傳感器通過(guò)測(cè)速儀直接測(cè)出速度。圖7為四門光柵和光電傳感器測(cè)速裝置示意圖。

2 試驗(yàn)控制和故障保護(hù)

圖8、圖9所示分別為前后蓋、車門試驗(yàn)運(yùn)行的控制流程圖，在這里不作詳細(xì)敘述，主要敘述故障判別原理。因?yàn)樵谠囼?yàn)過(guò)程中，如果某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)不加以判別和停機(jī)，會(huì)造成試驗(yàn)不真實(shí)，容易損壞試件和設(shè)備。假設(shè)在開門試驗(yàn)中，解鎖機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障，鎖鉤未打開，如果系統(tǒng)沒(méi)有故障判別和自動(dòng)停機(jī)功能，試驗(yàn)就會(huì)繼續(xù)運(yùn)行，造成強(qiáng)行執(zhí)行開門程序，可能會(huì)對(duì)車門的相關(guān)構(gòu)件或設(shè)備造成破壞。

2.1 前后蓋試驗(yàn)運(yùn)行中的故障判別

前后蓋試驗(yàn)運(yùn)行中有合蓋位置判別、拉手閘位置判別、解鎖位置判別、開蓋運(yùn)行故障判別和關(guān)蓋運(yùn)行故障判別等故障判別模式。

前后蓋在試驗(yàn)運(yùn)行中，合蓋是每次試驗(yàn)循環(huán)結(jié)束時(shí)的最后1個(gè)環(huán)節(jié)。每次合蓋結(jié)束后，必須對(duì)合蓋位置進(jìn)行判別，如果不判別合蓋位置，前后蓋位置沒(méi)有閉合到位，下一循環(huán)試驗(yàn)又繼續(xù)開始的話，那么所有拉手閘第1次解鎖功能和解鎖鉤的第2次解鎖功能都成為虛設(shè)，試驗(yàn)狀態(tài)就會(huì)不真實(shí)。因此每次試驗(yàn)循環(huán)開始前，判別合蓋位置是否正常是非常必要的。

拉手閘的1次解鎖和解鎖鉤的2次解鎖的故障判別也是特別重要的，如果不能正確判別這兩種解鎖故障，當(dāng)這些故障出現(xiàn)時(shí)，強(qiáng)行執(zhí)行前后蓋的上翻程序，可能造成試件與前后蓋的相關(guān)零部件或設(shè)備損壞。

前后蓋合蓋位置與拉手閘第 1次解鎖位置、解鎖鉤第2次解鎖位置的故障判別方法基本相同，在PLC的控制電路中分別設(shè)有1個(gè)故障判別時(shí)間的定時(shí)器，在試驗(yàn)臺(tái)的相關(guān)合適位置各安裝了 1個(gè)位置傳感器。如合蓋故障判別，傳感器需要安裝在前后蓋關(guān)閉位置下部，用于接收前后蓋正常閉合到位信號(hào)；而拉手閘故障判別傳感器需要安裝在能感知到手閘正常拉開時(shí)的位置。同樣解鎖位置故障判別傳感器安裝在能感知到鎖鉤正常解開時(shí)的位置。

如當(dāng)試驗(yàn)系統(tǒng)執(zhí)行合蓋程序時(shí)，判別合蓋位置故障的定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，如果前后蓋在定時(shí)器規(guī)定的時(shí)間內(nèi)閉合到正常關(guān)蓋位置，裝在前后蓋關(guān)閉位置下部的合蓋位置判別傳感器就能接收到前后蓋正常關(guān)閉到位信號(hào)，控制器接到傳感器信號(hào)后會(huì)控制執(zhí)行拉手閘試驗(yàn)程序，并關(guān)閉合蓋位置故障判別定時(shí)器計(jì)時(shí)，在顯示屏上顯示“合蓋正?！薄?/p>

反之，前后蓋在定時(shí)器規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有關(guān)閉到正常合蓋位置，控制器在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到前后蓋正常傳感器合蓋信號(hào)，試驗(yàn)程序（拉手閘）不會(huì)啟動(dòng)。當(dāng)合蓋位置傳感器在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有正常收到前后蓋關(guān)閉信號(hào)，合蓋故障判別定時(shí)器會(huì)發(fā)出故障信號(hào)，并報(bào)警停止系統(tǒng)工作。拉手閘故障判別和解鎖位置故障判別原理與合蓋故障判別相同，這里不作詳細(xì)敘述。

前蓋開合運(yùn)行的故障判別，利用了合蓋時(shí)的自由落下高度位置傳感器，通過(guò)它作前蓋落下高度位置判別，并作前蓋運(yùn)行故障判別。后蓋開合運(yùn)行的故障判別，利用了后蓋合蓋測(cè)速傳感器，因?yàn)樵谶\(yùn)行時(shí)，后蓋必須通過(guò)測(cè)速傳感器作后蓋合蓋測(cè)速和后蓋運(yùn)行故障判別，判別過(guò)程與前相同。前后蓋在定時(shí)器規(guī)定的時(shí)間內(nèi)通過(guò)該傳感器為正常，反之為故障。

2.2 四門試驗(yàn)的運(yùn)行控制

四門的各試驗(yàn)流程完全相同，解鎖故障判別和控制方法與前后蓋解鎖故障判別和控制方法相同。開門運(yùn)行和關(guān)門運(yùn)行的故障判別以及控制方法也與前蓋的開蓋和關(guān)蓋的故障判別和控制方法相同。在汽車的四門試驗(yàn)運(yùn)行中，光電傳感器即作故障判別用，又作關(guān)門測(cè)速用。

3 試驗(yàn)臺(tái)的特點(diǎn)

四門兩蓋耐久性試驗(yàn)臺(tái)的特點(diǎn)是，該裝置采用分體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，每個(gè)車門和車蓋的開合機(jī)構(gòu)可獨(dú)立工作，根據(jù)不同的車型，每個(gè)車門和車蓋的開合機(jī)構(gòu)的安裝位置可方便調(diào)整，適用車型廣。汽車門蓋運(yùn)行能模仿人員操作動(dòng)作，在開合車門時(shí)，車門的開合機(jī)構(gòu)裝有拉門滑塊，使開門受力更合理。汽車的前后蓋開合機(jī)構(gòu)，采用導(dǎo)軌彈簧柔性設(shè)計(jì)的真空吸盤組件，使汽車前后蓋開合動(dòng)作更易模仿人員操作動(dòng)作，安裝更加方便。該試驗(yàn)臺(tái)使用的氣缸采用寬溫氣缸，外包有保溫電加熱墊，使該試驗(yàn)臺(tái)能在-40～＋90℃環(huán)境下正常工作，符合國(guó)際上對(duì)此試驗(yàn)通常使用的溫度范圍；四門的碰撞速度采用節(jié)流閥調(diào)速，光柵測(cè)速，從而控制開關(guān)車門的速度，使之符合試驗(yàn)要求；試驗(yàn)臺(tái)的控制部分采用PLC技術(shù)和具有中文人機(jī)對(duì)話功能的觸摸屏技術(shù)，電路簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定，顯示直觀，操作方便。

4 結(jié) 論

文中自行研發(fā)的四門兩蓋耐久性試驗(yàn)臺(tái)是運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)控制的車門及罩蓋操作測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)。該試驗(yàn)臺(tái)不但能模擬人開關(guān)車門及罩蓋的順序動(dòng)作，還能對(duì)開鎖力和關(guān)門速度進(jìn)行測(cè)控；簡(jiǎn)化了試驗(yàn)裝置安裝方法，節(jié)約安裝時(shí)間，解決了翻轉(zhuǎn)臂回轉(zhuǎn)中心與前蓋鉸鏈回轉(zhuǎn)中心不易對(duì)正的問(wèn)題，適應(yīng)各種車型，能滿足不同型號(hào)車輛在不同環(huán)境下的測(cè)試功能要求，特別是試驗(yàn)過(guò)載時(shí)，真空吸盤會(huì)因?yàn)檫^(guò)載與前蓋脫離，保證試件不會(huì)因過(guò)載而損壞。獨(dú)立化、柔性化、模塊化的設(shè)計(jì)理念為試驗(yàn)臺(tái)的進(jìn)一步開發(fā)奠定了良好的基礎(chǔ)。

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