汽車后視鏡耐疲勞實驗臺設(shè)計與研制

王喬穆　程云祺　劉俊岐

摘 要：汽車后視鏡旋轉(zhuǎn)性能測試是在國家強制檢測項目外，又一考核后視鏡基本性能的重要試驗項目，但缺少研制檢測設(shè)備的生產(chǎn)廠商，研制一種通用性強、全自動無人值守的實驗設(shè)備具有重要的實用價值。文章基于國家標準和行業(yè)標準的一些要求，設(shè)計了一套后視鏡翻轉(zhuǎn)耐疲勞實驗臺，本實驗臺的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計具有很強的針對性，后視鏡夾具設(shè)計合理，通用性強，易于裝夾和操作，規(guī)避了由于后視鏡外殼曲線不規(guī)則帶來的實驗困難，完全能夠達到實驗要求和實驗?zāi)康摹?/p>

關(guān)鍵詞：汽車后視鏡；耐疲勞實驗；自動測試

文章的研究是針對汽車外后視鏡折疊翻轉(zhuǎn)疲勞實驗，實驗設(shè)備能自動完成測試過程，全項試驗無需測試人員手動操作后視鏡進行任何動作，主要是測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標。本系統(tǒng)由機械部件、軟件控制系統(tǒng)等組成。

1 機械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計

實驗臺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固定在實驗臺上，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試后視鏡。基座打孔位置參考廠方提供的后視鏡型號尺寸。為了讓后視鏡在設(shè)定好的位置自動旋轉(zhuǎn)，我們在工作臺上加裝了伺服電機，由于實驗溫度分別為-40℃、+23℃±5℃、+55℃三種不同溫度，因此需要將實驗臺放入恒溫設(shè)備中進行各項實驗。無論是在機械結(jié)構(gòu)還是硬件線路上都要經(jīng)得起高低溫的的考驗，特別是傳動環(huán)節(jié)，我們最后采用了伺服電機直接驅(qū)動，確保了傳動穩(wěn)定性，并且有一定的傳動容錯性，這給具有較大沖擊負載的耐疲勞實驗提供了性能保障。

在測試過程中，探測后視鏡旋轉(zhuǎn)位置時，我們使用了霍爾傳感器探測后視鏡的旋轉(zhuǎn)位置，使用霍爾傳感器的好處就是非接觸探測，不會因為后視鏡的卡位沖擊對探測器件造成信號不穩(wěn)定因素，也使硬件線路設(shè)計起來更加簡單，降低了成本。本系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)簡單、可靠。機械部件包括：工作電機、待測后視鏡、后視鏡固定板、后視鏡撥桿及其支架、分別位于旋轉(zhuǎn)極限位置的兩個霍爾感應(yīng)裝置等。工作時，工作電機轉(zhuǎn)動帶動撥桿推動后視鏡轉(zhuǎn)動實現(xiàn)后視鏡正、反方向運動。

2 電路控制系統(tǒng)設(shè)計

該設(shè)計中的電路控制系統(tǒng)包括硬件電路的設(shè)計與軟件程序的設(shè)計。硬件電路由六部分組成，分別是電源單元、電機驅(qū)動單元、控制器單元、檢測單元、顯示單元及編碼器單元。當系統(tǒng)工作時，單片機輸出信號輸出驅(qū)動單元，從而控制電機的運動過程。驅(qū)動電機帶動隨動撥桿使后視鏡轉(zhuǎn)動，在電機的轉(zhuǎn)動軸上安裝旋轉(zhuǎn)編碼器來跟蹤后視鏡轉(zhuǎn)動的實際位置，利用霍爾接近開關(guān)檢測后視鏡轉(zhuǎn)動的次數(shù)，并將檢測到的數(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

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

旋轉(zhuǎn)編碼器通過內(nèi)部兩個光敏接受管轉(zhuǎn)化其角度碼盤的時序和相位關(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）得到電機轉(zhuǎn)動的信號。當電機正轉(zhuǎn)的時候，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，端口2一直輸出低電平。當電機反轉(zhuǎn)的時候，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，端口1一直輸出低電平。在結(jié)合單片機后，通過對比檢測兩個端口信號的變化可區(qū)分電機的正反轉(zhuǎn)。

4 軟件設(shè)計

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