汽車四門二蓋耐久試驗裝置創(chuàng)新研究

陸玉兵

(六安職業(yè)技術(shù)學(xué)院 安徽六安 237158)

汽車的四門二蓋(左前門、右前門、左后門、右后門、引擎蓋、后備箱蓋)耐久試驗裝置主要用于在一定環(huán)境溫度下，對各類轎車、MPV、SUV皮卡等車型的四門、引擎蓋、后備箱蓋的門鉸鏈、限位器、門鎖、加油蓋、車門密封條的機構(gòu)及緊固件進行的綜合耐久試驗，以檢查這些部件的功能質(zhì)量耐久性能。綜述有關(guān)文獻，目前汽車行業(yè)使用的汽車四門兩蓋試驗裝置主要以壓縮空氣作為動力源，四門試驗執(zhí)行機構(gòu)采用獨立氣缸控制車門開關(guān)動作，二蓋試驗執(zhí)行機構(gòu)采用氣缸伸縮控制引擎蓋和后備箱蓋開關(guān)動作，在試驗時，在安裝試驗時，四門執(zhí)行機構(gòu)對施力角度的要求和二蓋執(zhí)行機構(gòu)對氣缸動作同步性要求都很高，而這種氣動控制模式無法達到要求，從而影響試驗的結(jié)果，同時氣動控制方式受環(huán)境溫度影響較大，不能適應(yīng)高、低環(huán)境下試驗。文章針對現(xiàn)有試驗臺表現(xiàn)的上述問題，對其動力源、結(jié)構(gòu)進行改進設(shè)計，采用先進的計算機控制系統(tǒng)平臺，伺服電機控制和功能模塊化設(shè)計，以期實現(xiàn)能夠在常溫或者高低溫不同環(huán)境下進行試驗，且操作簡便易行，提高試驗效率，減少試驗時間，帶來良好的經(jīng)濟效益。

1試驗裝置創(chuàng)新點與結(jié)構(gòu)組成

四門二蓋試驗裝置創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在用伺服電機控制替代原氣動動力控制，并將執(zhí)行機構(gòu)整合成六個獨立伺服電機控制的執(zhí)行模塊。每套驅(qū)動系統(tǒng)均完全獨立，各驅(qū)動系統(tǒng)可以實現(xiàn)不同的組合，滿足不同的試驗需要。同時在控制鏈上增加了散熱和保暖設(shè)施，保障伺服系統(tǒng)正常工作時溫度相對恒定，進而滿足常溫或高低低溫條件下的試驗要求。改進后的試驗裝置，采用的是模塊化結(jié)構(gòu)組合方式，既可以在一臺設(shè)備上同時進行四門二蓋耐久性試驗，也可以對多輛車同時進行耐久性試驗。例如在對兩輛車的四門二蓋同時進行耐久性試驗時，一輛車做前門的耐久性試驗，另一輛車做前引擎蓋的耐久性試驗。除此之外，創(chuàng)新設(shè)計后的試驗裝置，還可通過對相關(guān)試驗?zāi)K進行組合，并將該模塊移到其它車型的車身某個合適位置并安裝固定，進行耐久性試驗，如可以對電動汽車、輕卡、客車等車型的四門二蓋進行耐久性試驗[2]。當對汽車車身四門二蓋中的部分結(jié)構(gòu)進行試驗，即不需要所有模塊同時工作時，可以將不需要的模塊移走，從而節(jié)省車身試驗空間和便捷性。該耐久性裝置的計算機程序部分能夠?qū)崿F(xiàn)四個車門、引擎蓋和后行李箱蓋分開單獨自動計數(shù)[3]。試驗時，四門二蓋開閉的角度、四門關(guān)門的速度及開關(guān)力均由計算機控制系統(tǒng)自動調(diào)整和控制，根據(jù)試驗操作人員預(yù)先設(shè)定的試驗次數(shù)，該試驗裝置能夠在完成設(shè)定的次數(shù)后自動停機，記錄試驗數(shù)據(jù)。在試驗過程中，各功能模塊完全獨立，調(diào)整方便快捷，降低了試驗人員的操作強度，試驗操作方便易行[1]。

經(jīng)過創(chuàng)新設(shè)計后的汽車四門二蓋耐久試驗裝置主要由四門試驗裝置執(zhí)行模塊、二蓋試驗裝置執(zhí)行模塊和計算機控制系統(tǒng)組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。控制柜采用鋼材框架結(jié)構(gòu)，四門試驗裝置、二蓋試驗裝置及電氣控制部分均采用獨立模塊化設(shè)計。各部分結(jié)構(gòu)功能相對獨立但分布緊湊，布局合理，計算機嵌入電氣控制柜，與電氣控制一體，且單獨放置，其交互控制界面清晰合理，方便操作。電氣控制柜、四門試驗裝置、二蓋試驗裝置底部均安裝滾輪，在試驗時，可根據(jù)空間和試驗需要方便移動。

圖1 四門二蓋耐久試驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2四門試驗裝置執(zhí)行模塊機構(gòu)設(shè)計

四門試驗執(zhí)行模塊機構(gòu)主要由伺服電機(美國ParKer)、減速機、開門牽引強繩、關(guān)門橡膠塊、測量開門用力傳感器、測量關(guān)門用力傳感器等結(jié)構(gòu)組成。四門試驗執(zhí)行模塊機構(gòu)的工作過程完全模仿駕駛?cè)藛T在正常使用狀態(tài)下的開、閉車門的動作來進行四門耐久性實驗，該動作可采用在車身外配置的伺服電機(美國ParKer)帶動減速機旋轉(zhuǎn)的推力來實現(xiàn)，并可以對四門打開的角度進行隨意的調(diào)節(jié)。試驗開啟機構(gòu)通過模擬人實際開關(guān)門動作，將車側(cè)門有效的拉開與關(guān)閉，模擬人實際開關(guān)門的動作，將車側(cè)門有效的拉開或者關(guān)閉。四門開啟角度限位機構(gòu)(減速機)實現(xiàn)對車側(cè)門的開啟角度大小的控制，滿足不同開啟角度的要求，其中最大開閉的角度120°。以車門關(guān)閉狀態(tài)為基準，可以測試中間限位和最大限位角度。四門關(guān)閉機構(gòu)實現(xiàn)對車側(cè)門的關(guān)閉、模擬人實際關(guān)門的動作，將車門有效的關(guān)閉，關(guān)閉速度0m/s～3m/s可調(diào)。速度測量精度±0.01m/s，位置其在車門門鎖處線速度測量。開門和關(guān)門采用伺服電機(美國ParKer)可以實現(xiàn)不同的速度控制，以保證關(guān)門時較快的動作和開門時較慢的動作。測試系統(tǒng)實現(xiàn)對各動作位置的實時檢測，將檢測到的信號、參數(shù)實時傳送至計算機，由計算機控制，保證動作有效執(zhí)行。開門時，伺服電機帶動減速機旋轉(zhuǎn), 利用拉線把門有效拉開，關(guān)門時，伺服電機帶動減速機旋轉(zhuǎn)，利用海綿頂塊把門關(guān)上。在試驗過程中，關(guān)門時，門要與車身保持0～300mm的可調(diào)距離，以防止開關(guān)門機構(gòu)與車門發(fā)生硬性碰撞，此時壓輥與門分離，門靠慣性實現(xiàn)關(guān)閉，隨后壓輥慢速接近車門。四門開關(guān)分為內(nèi)開和外開兩種方式，內(nèi)開和外開采用的是兩套夾具。但在試驗時用的是一個系統(tǒng)控制，四門的鎖止功能均采用電動式，利用計算機控制閉鎖器電流和電壓，來實現(xiàn)鎖止開的關(guān)打開和關(guān)閉。利用車身內(nèi)置伺服電機帶動減速機旋轉(zhuǎn)的推拉力來完成四個側(cè)門的開啟和關(guān)閉。四門試驗裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 四門試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

3二蓋試驗裝置執(zhí)行模塊機構(gòu)設(shè)計

引擎蓋和行李箱蓋的執(zhí)行模塊機構(gòu)主要由伺服電機(美國ParKer)開關(guān)動作模塊、解鎖氣缸機構(gòu)、真空系統(tǒng)、試驗夾具、支架等結(jié)構(gòu)組成，通過模擬發(fā)動機二蓋在實車使用狀態(tài)下的開啟與關(guān)閉動作來實現(xiàn)耐久實驗。引擎蓋和行李箱蓋的開啟動作可采用機械式打開和電動式打開兩種工作形式，機械式打開引擎蓋和行李箱蓋的試驗執(zhí)行動作有內(nèi)解鎖、外解鎖、提起、放下等四個試驗動作循環(huán)，其協(xié)作過程較真實地模擬了人手的開啟動作，電動式打開引擎蓋和行李箱蓋的試驗執(zhí)行動作中，除內(nèi)解鎖采用的電動方式外，外解鎖、二蓋提起和放下等三個動作和機械式打開二蓋的動作相同。試驗時，通過真空吸盤將二蓋和驅(qū)動機構(gòu)進行連接，真空吸盤采用真空泵供氣。設(shè)計時，考慮在工作過程中，保證氣壓穩(wěn)定，接口不會出現(xiàn)脫掉現(xiàn)象，可在試驗裝置外外設(shè)一個低壓儲氣灌，來進行恒壓。

內(nèi)解鎖和外解鎖是引擎蓋和行李箱蓋實際工作過程的一部分，在進行二蓋耐久性實驗時，內(nèi)解鎖和外解鎖需采用獨立的輔助機構(gòu)來實現(xiàn)內(nèi)、外解鎖功能。內(nèi)解鎖結(jié)構(gòu)主要由氣缸、拉繩、連接夾具等部件組成，工作時，氣缸在外部動力的作用下，活塞產(chǎn)生往復(fù)運動，驅(qū)動執(zhí)行桿的伸縮來打開二蓋的內(nèi)解鎖。外解鎖結(jié)構(gòu)主要由氣缸、連接夾具等部件組成。試驗時，夾具固定在外把手上，利用氣缸驅(qū)動執(zhí)行桿的伸縮來打開二蓋的外解鎖。解鎖完成后，通過伺服電機(美國ParKer)驅(qū)動擺臂和真空吸盤對二蓋進行吸附來完成其提起和關(guān)閉。由于連接桿和真空吸盤頭端連接部分為可活動鏈接，所以可以根據(jù)試驗需要對二蓋打開的角度及高度進行隨意的調(diào)節(jié)。二蓋關(guān)閉動作為自由落下關(guān)閉，關(guān)閉高度通過絲桿手輪隨意調(diào)節(jié)，其中引擎蓋的鉸鏈距離車輛最前端最大距離為1300mm，最小距離為400mm，開閉頻率為4～6次/min，如試驗車輛安裝有空氣彈簧的擎蓋和行李箱蓋，則可增設(shè)一個下壓機構(gòu)驅(qū)動擎蓋和行李箱蓋閉合。二蓋試驗裝置結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 二蓋試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

為了在試驗過程中，檢測到汽車的左前門、右前門、左后門、右后門試驗執(zhí)行模塊機構(gòu)和引擎蓋、行李箱蓋試驗執(zhí)行模塊機構(gòu)是否開啟到最大位置或處于完全關(guān)閉狀態(tài)，可在各執(zhí)行機構(gòu)中分別配備光電開閉速度傳感器、光電開關(guān)力傳感器和光電開關(guān)位置檢測傳感器，用于監(jiān)測試驗運行的速度、力的大小和位置。除此之外，各傳感器還可以監(jiān)測試驗過程中因樣件失效而導(dǎo)致各模塊無法以正常狀態(tài)工作，并將結(jié)果反饋給控制單元，同時發(fā)出報警聲。光電開閉速度傳感器選用的指標為量程0.02～3m/s，精度0.02m/s，光電開關(guān)力傳感器選用的指標為量程0.01～500N, 精度0.01N，光電開關(guān)位置傳感器選用的指標為精度0.5mm。

隨季節(jié)變化，環(huán)境溫度存在較大差別，而汽車四門二蓋耐久試驗既需要在高溫環(huán)境中進行，也需要在低溫環(huán)境中進行。在高、低溫環(huán)境中，相對而言，低溫對試驗的影響較大。所以，需要對現(xiàn)有的四門二蓋耐久試驗裝置進行改進設(shè)計。即將現(xiàn)有裝置的動力源更改為伺服電機，并采取相應(yīng)的散熱、保暖措施來保證伺服系統(tǒng)可以在高溫或低溫條件下的耐久性試驗。

4結(jié)論

四門二蓋耐久性試驗裝置是綜合機電技術(shù)和電氣控制技術(shù)于一體的汽車四車門和引擎蓋、行李箱蓋等主要結(jié)構(gòu)的試驗裝置。該裝置在充分模擬駕駛?cè)藛T開關(guān)汽車左前門、右前門、左后門、右后門、引擎蓋、后備箱蓋的順序動作和開鎖力、開關(guān)門速度的情況下，對其進行耐久性試驗?；谌嵝曰湍K化的設(shè)計方式，簡化了試驗裝置試驗過程中的安裝方法和步驟，極大程度地節(jié)約了試驗時間，改變傳統(tǒng)空氣動力為伺服電機控制方式，降低了工作場地的噪音，減少了試驗場地面積，避免了因環(huán)境溫度變化給試驗結(jié)果帶來不確定性影響。經(jīng)過創(chuàng)新設(shè)計后的四門二蓋耐久性試驗裝置，不僅適應(yīng)了不同車型在高、低溫不同環(huán)境下的試驗功能要求，其模塊化設(shè)計思路還使為實現(xiàn)全自動化四門二蓋耐久性試驗操作成為可能。