車門電動玻璃升降器試驗臺設(shè)計

陳勇強 郜晗 張小芳

上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心 廣西柳州市 545005

1 前言

汽車車門電動玻璃升降器是汽車的重要的汽車零部件之一，它的主要功能：（1）驅(qū)動汽車門窗的打開與關(guān)閉；（2）使玻璃停留在導(dǎo)軌上的任意位置，乘客可根據(jù)自身需要使用升降器調(diào)整車窗的高度，（3）保證車門玻璃升降平穩(wěn)，門窗能隨時順利開啟和關(guān)閉，（4）解決了乘客觀察車外情況需求與確保車門人物的安全的兩者之間存在的矛盾[1]。電動玻璃升降器是客戶在選擇汽車時的重要參考，其性能的好壞直接影響到客戶對汽車產(chǎn)品的選擇。而電動升降器相關(guān)試驗，是所有設(shè)計與研發(fā)的數(shù)據(jù)重要來源，試驗數(shù)據(jù)直接決定了新產(chǎn)品的研發(fā)方向。所以試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性在產(chǎn)品研發(fā)階段是極其關(guān)鍵的；而當(dāng)前汽車行業(yè)，針對電動玻璃升降器展開相關(guān)性能測試均是在實車車門上完成，車門及其附件生產(chǎn)制造機裝配的差異對于升降器產(chǎn)生的干擾極大，導(dǎo)致所測量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度不高，對產(chǎn)品設(shè)計與研發(fā)帶來極大的負(fù)面影響。本文針對當(dāng)前試驗中遇到的問題提出一套解決方案。

2 臺架設(shè)計要求

電動玻璃升降器系統(tǒng)是由玻璃升降器，玻璃，玻璃導(dǎo)槽密封條，導(dǎo)軌，內(nèi)外水切以及固定螺栓螺母組成的子系統(tǒng)，將玻璃升降器系統(tǒng)安裝在車門鈑金上組成車門。在平時的試驗過程中，由于車門制造尺寸的偏差，玻璃導(dǎo)槽密封條的摩擦力的大小差異以及導(dǎo)軌，水切的制造壓縮負(fù)荷大小差別以及整個系統(tǒng)各零件的安裝工藝的差異對玻璃升降器的試驗整體性能影響甚大；本次設(shè)計要求即是設(shè)計一套試驗裝置，該試驗裝置能夠滿足排除車門玻璃導(dǎo)槽密封條等附件對電動玻璃升降器的影響，測量電動玻璃升降器的堵轉(zhuǎn)電流、對應(yīng)對應(yīng)不同位置上下堵轉(zhuǎn)時的堵轉(zhuǎn)力值大小及玻璃升降器的剛度值大小，同時還能夠測量玻璃升降器的不同輸入電壓和最大輸出力值的對應(yīng)關(guān)系，測量不同載荷情況下對應(yīng)玻璃運行電流大小的曲線關(guān)系。

3 試驗臺架設(shè)計

3.1 基架材料的選擇

試驗基架，即整個試驗臺架的基礎(chǔ)，試驗過程中的樣件、測試工裝、儀器等均安裝固定在基架上，并在基架上完成試驗的開展；針對試驗臺架基架材料的選擇，對比了幾種原材料的優(yōu)缺點后，選擇了鋁型材作為臺架的基架材料，主要因為：（1）鋁型材是鋁制品，在與空氣，水，石油化學(xué)體系中以及高溫高低等惡劣環(huán)境下，具有良好的抗腐蝕性；（2）鋁型材上自帶有專門的T型槽，方便臺架的拆裝；（3）鋁型材耐臟，且易處理，保養(yǎng)工作簡單（4）鋁型材輕巧，搬運方便[2]。

3.2 動力源的選擇

本次試驗臺架的試驗要求是：在試驗過程中需要能夠?qū)崟r測量顯示玻璃升降器電機的運行電流，電壓值大小，同時還需要為玻璃升降器的運行提供電能來源，在標(biāo)定電壓與玻璃升降器堵轉(zhuǎn)力值時還需要多組不同輸入電壓，所以要求動力源的電壓能夠大小實現(xiàn)可調(diào)；綜合各方面考慮因素，選擇直流開關(guān)穩(wěn)壓電源作為玻璃升降器的能量來源。主要是因為：（1）開關(guān)穩(wěn)壓電源不僅能夠提供電壓輸入，同時還能夠?qū)崟r測量電路中的電流值；（2）測試過程中需要調(diào)節(jié)對玻璃升降器的電機端電壓大小，開關(guān)穩(wěn)壓電源上有電壓調(diào)節(jié)旋鈕，可滿足試驗要求；（3）開關(guān)穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓范圍寬，穩(wěn)壓效果好。同時直流開關(guān)穩(wěn)壓電源內(nèi)置變壓器，可直接從外部220V交流電壓轉(zhuǎn)換成為所需的直流電壓，中間無需增加變壓器，簡化試驗臺架。

3.3 測試設(shè)備的選擇

試驗過程中，還需要滿足對升降器堵轉(zhuǎn)力值大小的測量，同時還要能夠?qū)崿F(xiàn)對玻璃升降器剛度的測量，測試的試驗項目主要有拉力和壓力，經(jīng)多次分析篩選，采用拉壓力傳感器，拉壓力傳感器安裝方便，測試精度高，彈性變形小，對測試位移的影響小等優(yōu)點，對后續(xù)的剛度測量的計算過程不會產(chǎn)生極大的影響；在展開對電動玻璃升降器剛度測試時，根據(jù)剛度的計算公式：

式中：k為剛度值；P為作用于結(jié)構(gòu)的恒力；S為由于力而產(chǎn)生的形變位移

式中所需的P值可由力傳感器直接讀出，而位移形變值的測量選用位移傳感器，對比其他距離測量工具，位移傳感器讀數(shù)精度高，安裝方便，安裝完之后讀數(shù)能夠?qū)崟r顯示等優(yōu)勢，與試驗臺的需求相吻合。

3.4 臺架設(shè)計過程

臺架設(shè)計效果下圖所示：

圖1 臺架設(shè)計效果圖

圖2 限位器示意圖

①利用鋁合金型材將臺架基架搭建完成，根據(jù)試驗樣件的大小以及試驗過程操作便利性、低成本性以及現(xiàn)場管理要求確定基架材料的尺寸；

②將玻璃升降器、模擬玻璃按照實車安裝固定方式安裝在升降器安裝板上，安裝之前先確定玻璃的質(zhì)量M；

③將選用氣缸，拉壓力傳感器與剛性桿直線連接起來固定在基架上，剛性桿上安裝有上下限位器，限位器的安裝位置可調(diào)；

④在模擬玻璃對稱與剛性感的左右兩個位置安裝兩個位移傳感器，之所以使用兩個位移傳感器，主要原因是在測試過程中，模擬玻璃不能實現(xiàn)完全平行運動，使用兩個位移傳感器，然后去兩者的代數(shù)平均值可降低由于運動的不平行造成的誤差；

⑤使用開關(guān)穩(wěn)壓電源給玻璃升降器電機供電，調(diào)試臺架直至滿足試驗條件；

4 試驗實施過程

臺架在使用之前先把力傳感器，位移傳感器置零，穩(wěn)壓電源的輸出電壓調(diào)到所需電壓，同時調(diào)試試驗臺架直至滿足開始試驗的要求后才可開展試驗。

4.1 測試玻璃升降器上下堵轉(zhuǎn)力與升降器位置的關(guān)系

首先將氣缸調(diào)節(jié)至不會因為拉伸而伸長的位置，然后啟動穩(wěn)壓電源給玻璃升降器供電，驅(qū)動玻璃上升到指定位置；再調(diào)節(jié)上限位器的位置到玻璃上沿，固定牢固后，繼續(xù)接通電機電路給電機持續(xù)供電，讓玻璃保持繼續(xù)上升的趨勢，因為限位器的作用，電機處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，堵轉(zhuǎn)力值通過限位器、剛性感作用到力傳感器上，此時力傳感器的顯示值和玻璃重量之后即為上堵轉(zhuǎn)力大小值F1。

測試玻璃升降器不同位置下堵轉(zhuǎn)力值跟測試上堵轉(zhuǎn)力值方法類似。

在使用該臺架開展不同位置堵轉(zhuǎn)力值時，可同時通過調(diào)節(jié)對應(yīng)位置的不同輸入電壓，測試該位置不同電壓所對應(yīng)的堵轉(zhuǎn)力值大小。

4.2 測試玻璃升降器的剛度值

首先斷開電源電路，調(diào)節(jié)氣缸使其有足夠的行程，再調(diào)整上限位器至玻璃上邊沿，試驗之前先將位移傳感器與力傳感示數(shù)清零，然后給氣缸供氣，推動氣缸伸出或回收，玻璃升降器在受到推力作用產(chǎn)生形變和反作用與力傳感器，此時的力傳感器的示值即為玻璃升降器受到的作用力大小與玻璃重力大小代數(shù)和，第一位移傳感器和第二位移傳感器的示值平均值即為玻璃升降器受到作用后產(chǎn)生對應(yīng)的位移形變，根據(jù)公式（1）及以下公式可知玻璃升降器剛度大?。?/p>

表1 電流大小記載荷對應(yīng)關(guān)系

式中：S為形變位移；S1、S2為對應(yīng)第一第二位移傳感器的形變位移；P為玻璃升降器受到的作用合力；其中當(dāng)氣缸伸出，P為F與G之和，反之為差；G1為模擬玻璃重力，G2為拉力傳感器及剛性桿重力，g為重力加速度；

4.3 測試玻璃升降器運行電流及載荷的關(guān)系

使用該裝置測試玻璃升降器運行電流及載荷的關(guān)系時，需要用到砝碼，同時要先確定剛性桿的重量大小；測試方法是：調(diào)節(jié)上限位器與模擬玻璃上邊沿接觸，將氣缸和拉力傳感器拆下，在剛性桿端分別掛上一定規(guī)格型號的砝碼，然后給電機通電，使玻璃升降器帶動玻璃、剛性桿及砝碼實現(xiàn)上升與下降運動，記錄運動過程中的電流值（第一次試驗可直接讓玻璃升降器空載運行，同時記錄運行過程中的電流值大?。?，再對應(yīng)砝碼的重量示值繪制曲線，即可得到玻璃升降器運行載荷及電流的對應(yīng)關(guān)系。所用砝碼的規(guī)格型號的最大值不超出玻璃升降器運行載荷最大值，砝碼的數(shù)量越多，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)兩越大，對應(yīng)關(guān)系曲線越清晰。

示例，見表1：

以上為玻璃升降器試驗臺架的設(shè)計與實施過程，使用該臺架，可排除車門、膠條、水切等車門附件對玻璃升降器的干擾測量電動玻璃升降器的運行電流，堵轉(zhuǎn)電流及對應(yīng)對應(yīng)不同位置上下堵轉(zhuǎn)時的堵轉(zhuǎn)力值大小，同時還能夠測量玻璃升降器的剛度值大小和標(biāo)定玻璃升降器的輸入電壓及最大輸出力值的對應(yīng)關(guān)系，結(jié)合試驗標(biāo)準(zhǔn)評價玻璃升降器的性能好壞，為產(chǎn)品設(shè)計提供試驗數(shù)據(jù)依據(jù)。

5 結(jié)論

通過對電動玻璃升降器試驗臺架的研究，結(jié)合現(xiàn)場試驗的實際需求，成功設(shè)計出來汽車車門電動玻璃升降器試驗臺。該臺架經(jīng)過多次試驗驗證之后，試驗臺的可靠性能極高，試驗數(shù)據(jù)精確，試驗結(jié)果與專業(yè)試驗設(shè)備的試驗結(jié)果相比的誤差在合理的范圍內(nèi)。目前該試驗臺架已應(yīng)用到多項電動玻璃升降器性能試驗項目中，并很好的履行試驗臺架的測試功能，為項目的設(shè)計研發(fā)提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。目前該臺架已申請了國家專利，并納入標(biāo)準(zhǔn)化管理項目中，后續(xù)會建立整改機制持續(xù)改進，相信會在玻璃升降器試驗領(lǐng)域中將發(fā)揮越來越舉足輕重的作用。