車四門兩蓋試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)

索 乾，朱天軍，孔現(xiàn)偉，賈繼龍

（1.河北工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院，河北邯鄲 056038；2中國(guó)汽車技術(shù)研究中心，天津 300300）

目前，中國(guó)國(guó)內(nèi)大部分廠商所使用的四門兩蓋試驗(yàn)臺(tái)均是做常溫開閉件疲勞試驗(yàn)，很少有廠商嘗試在高溫、低溫條件下進(jìn)行試驗(yàn)的。但是隨著消費(fèi)者生活水平的提高以及對(duì)于汽車的品質(zhì)越來越著重，至此要求生廠商對(duì)四門兩蓋試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行不斷的改進(jìn)，以滿足消費(fèi)者的需求和提高試驗(yàn)效率。

以壓縮空氣作為動(dòng)力源是大部分生產(chǎn)商的首選，選擇空氣作為動(dòng)力源既經(jīng)濟(jì)又方便，由于此次試驗(yàn)需在環(huán)境倉(cāng)中進(jìn)行，因此要求配以相應(yīng)的保暖措施確保四門兩蓋系統(tǒng)及設(shè)備能夠正常的在高溫和低溫條件下進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)［1-4］。

1 四門兩蓋試驗(yàn)臺(tái)的主要組成部件

試驗(yàn)臺(tái)主要由：試驗(yàn)臺(tái)底架、4個(gè)各自獨(dú)立的側(cè)門外啟、閉機(jī)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋解鎖、啟、閉機(jī)構(gòu)、后備箱解鎖、啟、閉機(jī)構(gòu)、側(cè)門開、閉測(cè)速、測(cè)力傳感元件以及氣動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)如圖1所示［5］。

2 四門兩蓋執(zhí)行系統(tǒng)

2.1 四門執(zhí)行系統(tǒng)

四門執(zhí)行系統(tǒng)俗稱左、右門執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)主要由直動(dòng)氣缸、傳動(dòng)件、門測(cè)速、限位開關(guān)、測(cè)力使用的傳感器、傳動(dòng)支架機(jī)構(gòu)等組成。側(cè)門開、關(guān)機(jī)構(gòu)動(dòng)作：通過直動(dòng)氣缸帶動(dòng)傳動(dòng)桿件回轉(zhuǎn)，牽引車門轉(zhuǎn)動(dòng)的牽引桿上的軟帶另一端與外門把手上的夾具相連，以此來達(dá)到開門的動(dòng)作。如圖2所示。

圖1 試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of the test bench

圖2 四門執(zhí)行系統(tǒng)Fig.2 Four door executive system

2．2 前蓋執(zhí)行系統(tǒng)

發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋試驗(yàn)臺(tái)架由支架體、驅(qū)動(dòng)汽缸、真空吸盤、二步解鎖機(jī)構(gòu)等組成。

實(shí)現(xiàn)開啟艙門、關(guān)閉艙門動(dòng)作：1）試驗(yàn)支架主體為框架結(jié)構(gòu)，橫跨發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋前上方，在支架的橫梁上安裝提升氣缸、拉動(dòng)機(jī)構(gòu)通過真空吸盤將啟、閉力傳遞給前蓋。試驗(yàn)一般采用兩步解鎖，然后實(shí)現(xiàn)開啟艙蓋。2）艙蓋開啟角度和關(guān)閉是否到位，通過在支架的2處安裝有接近開關(guān)來取得信號(hào)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)艙蓋開啟是否達(dá)到試驗(yàn)所需要的開啟角度，關(guān)閉是否到位。如圖3所示。

圖3 前蓋執(zhí)行系統(tǒng)Fig.3 Front cover execution system

2.3 后備箱（后蓋）執(zhí)行系統(tǒng)

后備箱試驗(yàn)臺(tái)架由支架體、驅(qū)動(dòng)汽缸、電子解鎖機(jī)構(gòu)等組成。

實(shí)現(xiàn)開啟后備箱、關(guān)閉后備箱動(dòng)作：

1）此試驗(yàn)車后備箱蓋為電子鎖，則解鎖由計(jì)算機(jī)控制正、負(fù)端分別連接到電動(dòng)鎖體上的12V直流電源信號(hào)接通或斷開，以實(shí)現(xiàn)后備箱蓋鎖的解鎖。

2）當(dāng)后備箱實(shí)現(xiàn)解鎖后，由于開啟角度不能很準(zhǔn)確的到達(dá)最大開啟角度和后備箱關(guān)門速度無法達(dá)到試驗(yàn)要求，因此在這里需要另外的添加一個(gè)氣缸機(jī)構(gòu)，以達(dá)到試驗(yàn)要求。

3）后備箱開啟角度和關(guān)閉是否到位，通過安裝在支架和后備箱內(nèi)的接近開關(guān)來判斷開閉狀態(tài)是否達(dá)到試驗(yàn)要求。如圖4所示。

圖4 后備箱執(zhí)行系統(tǒng)Fig.4 Trunk execution system

2.4 四門內(nèi)開執(zhí)行系統(tǒng)

四門內(nèi)開執(zhí)行系統(tǒng)主要由直動(dòng)氣缸、限位開關(guān)、傳動(dòng)支架機(jī)構(gòu)組成，側(cè)門開、關(guān)機(jī)構(gòu)動(dòng)作：通過安裝在支架上面的直動(dòng)小氣缸收縮動(dòng)作來拉動(dòng)四門內(nèi)把手的開關(guān)。如圖5所示。

圖5 四門內(nèi)開執(zhí)行系統(tǒng)Fig.5 Four door open execution system

2.5 白車身承載框架設(shè)計(jì)

為了滿足占地面積小、移動(dòng)靈活、方便等特點(diǎn)，故采用某型號(hào)的重型（6063）作為承載框架的主框架。型材具有強(qiáng)度、剛度高和單位質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，考慮到四門兩蓋試驗(yàn)臺(tái)經(jīng)常需要在室溫環(huán)境和低溫環(huán)境、高溫濕度環(huán)境、高溫環(huán)境試驗(yàn)艙之間移動(dòng)，因此選取相應(yīng)承載能力的腳輪，安裝于承重鋼板的下端［5］。

2.6 其余附件設(shè)計(jì)

整車在進(jìn)行四門兩蓋試驗(yàn)時(shí)，需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋鎖進(jìn)行內(nèi)外解鎖動(dòng)作。首先應(yīng)用一個(gè)安裝在汽車內(nèi)部的小氣缸對(duì)發(fā)罩進(jìn)行內(nèi)解鎖，然后再通過布置在外面的小氣缸進(jìn)行外解鎖，這樣實(shí)現(xiàn)了發(fā)罩解鎖動(dòng)作的自動(dòng)化，不需要通過手動(dòng)去打開外解鎖，這樣減小了危險(xiǎn)性，提高了解鎖的安全性和效率［6-7］。

因四門兩蓋試驗(yàn)需要在高低溫環(huán)境中進(jìn)行，人們不可能長(zhǎng)時(shí)間的待在環(huán)境艙里面，因此需要把一些控制單元給連接到環(huán)境艙外面，這樣使得試驗(yàn)操作起來比較方便。在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，每一個(gè)廠商都會(huì)提出不同的要求，在此有些廠商提出了中控鎖解鎖，本研究采取在環(huán)境艙外面設(shè)計(jì)一個(gè)中控鎖控制器這種辦法。也有些廠商提出在同一種環(huán)境下玻璃需要分別實(shí)現(xiàn)上止點(diǎn)、中止點(diǎn)、下止點(diǎn)這三種疲勞操作，因?yàn)椴豢赡苋藶檫M(jìn)行操作，所以在此需要設(shè)計(jì)一種玻璃升降器用來控制玻璃的位置［8-11］。

為了在試驗(yàn)過程中監(jiān)測(cè)車門系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋系統(tǒng)、行李箱蓋系統(tǒng)在試驗(yàn)過程中是否開啟到最大位置和處于完全關(guān)閉狀態(tài)。因此，在各執(zhí)行機(jī)構(gòu)中分別配備2個(gè)短距離接觸傳感器，不僅可以監(jiān)測(cè)試驗(yàn)運(yùn)行的質(zhì)量，還可以監(jiān)測(cè)試驗(yàn)過程中因樣件失效而導(dǎo)致各系統(tǒng)無法以正常狀態(tài)工作，從而反饋給控制單元，試驗(yàn)臺(tái)自動(dòng)停機(jī)而發(fā)出報(bào)警聲。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3.1 試驗(yàn)要求

試驗(yàn)要求見表1。

表1 試驗(yàn)要求Tab.1 Experimental requirements

3.2 數(shù)據(jù)分析

選取左前車門與B柱的測(cè)量點(diǎn)來進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，見圖6—圖8。

圖6 測(cè)量值Fig.6 Measured values

圖7 測(cè)量值的變化量Fig.7 Variation of measured values

圖8 測(cè)量值的衰減率Fig.8 Rate of change of measured values

從圖6—圖8可以看出，每一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)所測(cè)量的數(shù)值均符合線性變化規(guī)律。變化量與衰減率之間的變化率＜5% ，所以此次試驗(yàn)符合預(yù)期試驗(yàn)要求。

4 四門兩蓋試驗(yàn)臺(tái)的二次開發(fā)

隨著汽車技術(shù)的迅猛發(fā)展，各個(gè)廠商都在研發(fā)方面進(jìn)行了大量資金的投入來滿足試驗(yàn)要求、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，可以在控制柜留出相應(yīng)的模塊單元，以用來完善試驗(yàn)臺(tái)控制程序，逐步提高試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)?zāi)芰驮囼?yàn)效率。

5 結(jié) 語

四門兩蓋試驗(yàn)臺(tái)運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)、機(jī)器人控制原理、模塊化設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念。解決了試驗(yàn)臺(tái)的耐用性，降低了環(huán)境因素對(duì)試驗(yàn)臺(tái)性能的影響。同時(shí)，隨著電氣化時(shí)代的到來，各種不同種類的高低溫傳感器普及和各種現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念不斷地融合為試驗(yàn)臺(tái)的二次開發(fā)奠定了良好的基礎(chǔ)。

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