汽車組合開關及電動玻璃升降器試驗臺的開發(fā)

覃北階，陳積先，孟 輝，讓 松，張華樹，王 丹

（國家汽車質量監(jiān)督檢驗中心 （襄陽），湖北 襄陽 441004）

汽車組合開關和電動玻璃升降器作為汽車的重要組成部件，在汽車的每一次使用中，組合開關和電動玻璃升降器都影響著汽車的用戶體驗，其可靠性一直是廠家和用戶關心的重點。目前，組合開關及電動玻璃升降器試驗都是使用模擬負載來進行，例如組合開關會使用電子負載模擬組合開關的負載，電動玻璃升降器會被裝在試驗臺上，加以配重來模擬玻璃的質量和阻力。前者由于電子負載或者純阻性負載都和實際使用中的組合開關的燈具負載、刮水負載不同，從而導致可靠性試驗結果和使用真實負載時有較大出入；后者使用配重無法模擬電動玻璃升降器長期使用后的阻力變化。因此，本文致力于便于使用真實負載的組合開關和電動玻璃升降器試驗臺的開發(fā)研究，并最終開發(fā)出了汽車組合開關及電動玻璃升降器試驗臺，經驗證，試驗臺性能穩(wěn)定可靠。

1 原理設計

設備主要由以下部分構成：組合開關耐久試驗裝置，電動玻璃升降器耐久試驗裝置，控制系統(tǒng)。試驗臺效果見圖1，電氣系統(tǒng)框圖見圖2，整體實物見圖3。

2 檢測系統(tǒng)硬件組成

1）組合開關試驗裝置 組合開關試驗裝置主要由3部分構成：驅動裝置、樣品夾具、活動夾具，見圖4。驅動裝置由伺服電機、減速機、連接板組成，與試驗臺架連接；活動夾具由轉動盤與2根導柱組成；轉動盤一端與電機軸直連，另一端作為測試組合開關旋鈕動作的夾具使用；樣品夾具由固定盤、活動盤、支架組成，通過調節(jié)活動盤、支架，可讓樣品在任意位置調整，以滿足不同產品測試要求［1］。

2）電動玻璃升降器試驗裝置 電動玻璃升降器試驗裝置主要由4部分構成：車門固定裝置，電動玻璃升降器檢測裝置，電動玻璃升降器模擬人手操作裝置，電源控制裝置?？梢酝ㄟ^控制玻璃升降開關或者直接控制電機的電源線，來進行電動玻璃升降器的耐久性試驗。車門固定裝置：車門的固定采用4個可調式V型橡膠夾塊實現(xiàn)，車門底部布置2個可調式V型夾塊，車門兩側邊各布置一個可調式V型夾塊，具體安裝位置及角度可根據(jù)具體車型進行任意調整。

電動玻璃升降器檢測裝置：針對每個車窗，分別用兩個接近開關檢測玻璃升降的位置，接近開關安裝于磁性表座上，磁性表座可吸附于檢測裝置支撐架上。針對實車模擬試驗，共4套檢測裝置支撐架。試驗時，用戶需在車窗玻璃上粘貼磁條配合接近開關檢測。

本試驗裝置包含4套模擬人手操作裝置，該裝置采用氣缸驅動方式操作電動玻璃升降器開關，為直接操作電動玻璃升降器實車門開關；4套電源控制裝置，采用電源控制方式操作電動玻璃升降器開關，通過工控機直接控制電動玻璃升降器電機電源，來達到控制試驗動作的目的。為適應不同車型電動玻璃升降器開關安裝位置不同、操作空間可能狹小的工況，直接操作電動玻璃升降器開關的操作機構采用杠桿式驅動機構，同時配置萬向調節(jié)機構，在檢測架上經適當調整，可滿足從任何有利位置操作電動玻璃升降器開關的需求。

3）電氣控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)包括信號采集和運動控制。信號采集部分通過接近開關采集組合開關的旋轉位置、車門玻璃的位置、車門開關操作氣缸狀態(tài)等。運動控制部分包含氣缸、伺服電機兩種執(zhí)行器，包含4套電源輸出控制。其中氣缸有4套，分別對4個實車門的電動玻璃升降器按鈕開關進行操作；伺服電機通過夾具，依據(jù)采集的旋轉位置對組合開關的動作進行控制；電源輸出控制則是在通過試驗臺直接對電動玻璃升降器電機供電時，控制電動玻璃升降器電機的正反轉，從而實現(xiàn)上升和下降動作［2］。

3 軟件設計

軟件的編程語言為C#，采取了自頂向下的設計結構，對功能獨立的硬件 （如數(shù)據(jù)采集卡，伺服電機等）編寫了獨立的類和函數(shù)，不僅方便使用和維護，還為今后的代碼重用提供了可能，提高代碼的重用率。軟件設計了大量可調參數(shù)，如組合開關的動作列表，可以兼容不同廠家的組合開關，兼容性好，功能強大。

3.1 軟件系統(tǒng)設計框圖

本系統(tǒng)使用面向對象的結構化、模塊化設計方法，將整個系統(tǒng)抽象成幾個硬件控制類和系統(tǒng)結構類，并使用了表義的變量命名規(guī)則，方便使用、維護和調試。整個系統(tǒng)的設計框圖見圖5。

其中，控制類為Windows Form類，為程序主窗口和動作設定窗口的載體，并負責控制和采集數(shù)據(jù)。硬件類分別為實際硬件抽象出來的功能類：ServoMotor類為伺服電機的功能類，PCI1718類為研華數(shù)據(jù)采集卡PCI-1718的功能類，WindowMotion為氣缸電磁閥和磁性開關的功能類，Ini為數(shù)據(jù)存儲類。每個類的功能相對獨立，類與類之間的數(shù)據(jù)傳遞由類內的公共函數(shù)以及封裝的公共變量完成。

3.2 類設計及類結構

每個控制類或硬件類均包含特定的功能函數(shù)以及變量。其中，可以由其他類調用的為公共屬性，否則為私有屬性，最大程度地防止功能或數(shù)據(jù)混亂情況的出現(xiàn)［3］。各個類的封裝變量和函數(shù)列表如圖6所示。

下面對重要的類的主要屬性和函數(shù)進行簡介。

1）ServoMotor類：①CorrectMove函數(shù)：控制伺服電機轉過指定角度。②MotionDI，MotionDO函數(shù)：設置或讀取運動控制卡自帶的數(shù)字量輸入、輸出值。

2）PCI1718類：①ActionMove函數(shù)：根據(jù)預設動作列表完成組合開關的某一個步驟運動。②Cylinder函數(shù)：控制氣缸運動函數(shù)。③MoveCylinder，PauseCylinder函數(shù)：手動調試氣缸函數(shù)。

3）Form1類：①SwitchStart函數(shù)：控制組合開關試驗開始。②SwitchStop函數(shù)：控制組合開關試驗停止 （正?；虍惓ＭＶ梗?。③StartCylinderExperiment函數(shù)：控制電動玻璃升降器試驗開始。④StopCylinder Experiment函數(shù)：控制電動玻璃升降器試驗停止。

4 結束語

本系統(tǒng)基于C#、運動控制卡MPC2810和伺服電機MSME082G1U+MCDHT3530開發(fā)，可以完成組合開關的轉向燈控制桿、刮水控制桿、時鐘彈簧、電動玻璃升降器的耐久性試驗，自系統(tǒng)投入運行以來，完成了組合開關，電動玻璃升降器開關數(shù)十次實車負載試驗，運行穩(wěn)定可靠。

［1］田宇.伺服與運動控制系統(tǒng)設計［M］.北京：人民郵電出版社，2010：60.

［2］廖曉鐘.控制系統(tǒng)分析與設計［M］.北京：清華大學出版社，2008：44.

［3］李春葆.C#程序設計教程［M］.北京：清華大學出版社，2010：50.