一種汽車空調(diào)控制器撥片耐久試驗臺架設(shè)計

陳喜 龔輝 張桂琴

摘要：文章介紹一種汽車空調(diào)控制器撥片耐久試驗裝置的開發(fā)與設(shè)計，根據(jù)空調(diào)控制器總成在實車上的安裝方式，模擬用戶操作方式，用鋁材搭建臺架，采用氣動裝置作為動力源，驅(qū)動撥桿操作空調(diào)控制器總成撥片，再運用PLC程序?qū)崿F(xiàn)臺架的自動化控制和操作次數(shù)的計數(shù)。該臺架已完成多款車型空調(diào)控制器總成撥片耐久性的試驗任務(wù)，試驗過程中發(fā)現(xiàn)空調(diào)控制器總成撥片存在故障和不足，為研發(fā)設(shè)計提供了整改依據(jù)。

關(guān)鍵詞：空調(diào)控制器總成；撥片；耐久試驗；臺架

中圖分類號：TH122 文獻標(biāo)識碼：A? ?文章編號：1674-0688（2023）06-0024-03

0 引言

汽車空調(diào)控制器是調(diào)節(jié)、控制汽車空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)量大小、溫度高低、進風(fēng)模式、出風(fēng)模式及空氣質(zhì)量的裝置，是汽車的重要組成部分。空調(diào)控制器總成通過旋鈕、按鍵和撥片調(diào)節(jié)風(fēng)量、溫度及進出風(fēng)模式，大多數(shù)情況下，進出風(fēng)模式通過按鍵切換實現(xiàn)，風(fēng)量大小和溫度高低則通過旋鈕或撥片進行調(diào)節(jié)。撥片結(jié)構(gòu)因操作便捷、造型美觀等優(yōu)點，目前廣泛應(yīng)用于汽車空調(diào)控制器總成。撥片結(jié)構(gòu)的空調(diào)控制器總成通過上下?lián)軇訐芷瑢崿F(xiàn)風(fēng)量大小及溫度高低的調(diào)節(jié)?，F(xiàn)實應(yīng)用中，用戶對風(fēng)量和溫度有較多的調(diào)節(jié)需求，因此撥片結(jié)構(gòu)耐久性能的好壞直接影響用戶對汽車產(chǎn)品的評價與選擇。開發(fā)設(shè)計一套實用的空調(diào)控制器撥片操作耐久試驗臺架可為產(chǎn)品的研發(fā)與改進提供重要依據(jù)。基于此目的，本文根據(jù)撥片使用場景，設(shè)計一套耐久試驗臺架。

1 試驗臺架設(shè)計

1.1 臺架設(shè)計要求

空調(diào)控制器撥片操作耐久試驗需模擬用戶上下?lián)軇訐芷？照{(diào)控制器總成按實車裝配固定在臺架上，調(diào)整“Y”形撥桿位于空調(diào)控制器撥片中間，用氣缸推動“Y”形撥桿上下運動，“Y”形撥桿推動空調(diào)控制器撥片上下移動。在臺架上安裝撥桿上限位件和下限位件，確保撥片操作到位的情況下，撥片在撥動過程中存有余量，防止撥片過壓造成損壞。試驗在常溫、低溫和高溫3種不同環(huán)境下進行?？照{(diào)控制器總成撥片耐久試驗臺架設(shè)計的原則是滿足空調(diào)控制器總成撥片的試驗要求，盡可能地反饋試驗過程中潛在的問題，同時不能對試驗樣件造成損壞。

1.2 材料選擇

選擇鋁型材作為臺架主體的原材料，理由如下：①鋁制品在高溫和低溫等惡劣環(huán)境下能保持良好的性能，具有良好的抗腐蝕性能；②鋁型材帶有“T”形槽，便于臺架的拆裝；③鋁型材表面光滑，耐臟，易保養(yǎng)；④鋁型材較其他金屬材料重量輕，便于搬運［1］。為更貼合用戶使用場景，臺架根據(jù)空調(diào)控制器總成在實車的安裝方式設(shè)計安裝點，確保臺架上的空調(diào)控制器總成與實車狀態(tài)一致，以達到更好的驗證效果。

撥桿采用鐵塊加工成“Y”形，確保撥桿能上下?lián)軇涌照{(diào)控制器總成撥片。選擇鐵塊作為撥桿原材料的主要原因如下：①鐵塊堅硬，能承受氣缸較大的推動力而不發(fā)生彎折；②鐵塊價格低，易獲??；③鐵塊性能穩(wěn)定，在高溫和低溫等惡劣環(huán)境下能保持良好的性能。因撥桿硬度較大，為避免撥桿對空調(diào)控制器總成撥片的損壞，試驗時用電工膠布包覆“Y”形撥桿。

1.3 動力源方式設(shè)計

在實際使用中，用戶是通過手指撥動撥片操作空調(diào)控制器總成。試驗過程中，需要選擇一種動力源替代用戶操作空調(diào)控制器撥片。該驅(qū)動裝置需要滿足以下條件：①動力源能滿足撥動撥片所需的扭矩大??；②在高溫和低溫等惡劣環(huán)境下，動力源能正常工作；③動力源大小可調(diào)節(jié)；④動力源經(jīng)濟實惠，性價比高。綜合以上幾種因素，最終選擇氣動裝置作為臺架的動力源［2］。氣動裝置除了滿足以上要求，還具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝簡便、易于保養(yǎng)等優(yōu)點，適合作為當(dāng)前耐久性試驗臺架的驅(qū)動選擇。

1.4 操作裝置設(shè)計

對于帶撥片的空調(diào)控制器總成，風(fēng)量大小和溫度高低通過上下?lián)軇訐芷瑢崿F(xiàn)。本臺架采用“Y”形撥桿實現(xiàn)對撥片的上下?lián)軇硬僮??！癥”形撥桿結(jié)構(gòu)對稱，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢是撥桿在撥動過程中對空調(diào)控制器撥片的兩面具有相同的受力面積。 “Y”形撥桿的末端位置裝有上撥氣缸和下?lián)軞飧祝ㄟ^氣缸推動撥桿上下運動，實現(xiàn)對撥片的上下操作。“Y”形撥桿中間位置裝有上回位彈簧和下回位彈簧，回位彈簧的作用是減小氣缸的沖擊力，保證臺架上空調(diào)控制器總成的穩(wěn)定性，同時當(dāng)撥桿撥動撥片后，通過回位彈簧的彈力，保證撥桿回到起始位置。根據(jù)“Y”形撥桿的運行軌跡，在臺架上安裝撥桿的上限位塊和下限位塊，限位塊的作用是保證撥片在上下運動過程中存有余量，避免撥片受到過大的壓力，導(dǎo)致?lián)p壞。以上組件是臺架的操作裝置和重要的組成部分，是撥片能進行耐久操作的前提。

1.5 限位裝置設(shè)計

氣缸沖擊力大，不易控制精度，試驗過程中往往會因為較大的沖擊力損壞空調(diào)控制器撥片；而較大的沖擊力屬于惡劣的使用工況，與客戶實際使用工況不符合，因此臺架試驗有必要增加限位裝置。本次臺架安裝有上下2個方向的限位塊。氣缸推動撥桿往上運動，撥桿操作空調(diào)控制器總成撥片，當(dāng)撥桿碰到限位塊時停止對撥片施加往下的作用力，避免撥桿對撥片產(chǎn)生較大壓力而損壞樣件。同理，當(dāng)氣缸推動“Y”形撥桿往下運動，撥桿操作空調(diào)控制器總成撥片，當(dāng)撥桿碰到限位塊時停止對撥片施加向上的作用力。

2 臺架搭建

選定搭建臺架的材料和動力源后，需要把設(shè)計好的操作裝置搭建到臺架上，以下為搭建臺架的過程。

（1）使用鋁型材搭建臺架，用樣件固定架參照實車安裝方式將空調(diào)控制器安裝到臺架上。

（2）將溫度和風(fēng)量的上回位彈簧和下回位彈簧安裝在“Y”形撥桿上，將撥桿固定于撥片荷葉，再將撥片荷葉固定在臺架上。根據(jù)撥片與“Y”形撥桿的間隙位置調(diào)整距離，保證撥片位于撥桿的中間位置。

（3）安裝并調(diào)整溫度和風(fēng)量的上撥氣缸和下?lián)軞飧祝顾鼈冊谏斐鲞^程中能夠頂?shù)綔囟取癥”形撥桿。

（4）安裝并調(diào)整溫度和風(fēng)量的撥桿上限位塊和下限位塊，保證氣缸被撥動后在伸出過程中觸發(fā)撥片，同時保證撥片在上下?lián)軇舆^程中存有余量，避免撥片因受力過大而損壞。

（5）接通變頻穩(wěn)壓直流電源，給空調(diào)控制器總成供電。

（6）連接控制柜，編輯程序?qū)崿F(xiàn)：溫度上撥→溫度下?lián)堋L(fēng)量上撥→風(fēng)量下?lián)堋?/p>

（7）接通氣管，開始運行試驗。

搭建好的空調(diào)控制器總成撥片耐久試驗臺架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 臺架運行過程

在實際使用中，往上撥空調(diào)控制器總成撥片可實現(xiàn)風(fēng)量或溫度擋位的增加，向下?lián)芸蓪崿F(xiàn)風(fēng)量或溫度擋位的遞減。

本臺架采用PLC程序控制整套臺架的動作和監(jiān)控實現(xiàn)空調(diào)控制器總成撥片的風(fēng)量或溫度擋位變化。PLC系統(tǒng)具有如下優(yōu)勢［3］。

（1）PLC程序具有高可靠性。PLC采用專業(yè)的工業(yè)控制元件，例如具有良好可靠性和耐久性的CPU和輸入輸出模塊，可滿足工業(yè)自動化系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行的需求。

（2）PLC硬件配套齊全，功能完善，適用性強。雖然PLC的種類繁多，但是其產(chǎn)品已系列化和規(guī)?；浖R全，用戶可靈活組成各種規(guī)模和不同要求的控制系統(tǒng)。

（3）PLC編程語言易學(xué)易用。PLC一般采用易于理解和掌握的梯形圖形語言和簡單指令編寫程序，易于被工程技術(shù)人員接受。

（4）PLC設(shè)備體積小、重量輕、能耗低。以超小型PLC為例，新出產(chǎn)品底部尺寸小于100 mm，重量小于150 g，功耗僅數(shù)瓦，體積小，容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。

（5）PLC系統(tǒng)運行效率高并具有良好的可維護性，它以毫秒級的速度處理控制過程，可以滿足大多數(shù)自動化系統(tǒng)的實時性要求。此外，它采用的是標(biāo)準化技術(shù)，調(diào)試和維護簡易，可極大地降低自動化系統(tǒng)的維護成本。

臺架實現(xiàn)耐久試驗的過程如圖2所示。一個過程完成之后，利用PLC程序的自動循環(huán)指令再次運行，直至完成要求的試驗次數(shù)。臺架運行時，PLC程序還加入了報警功能，如果試驗過程出現(xiàn)問題，臺架會自動暫停試驗并報警提醒巡視檢查人員，降低了巡視檢查人員的工作量，實現(xiàn)了機電一體化的功能。

4 結(jié)語

臺架試驗具有縮短研發(fā)周期、減少研發(fā)成本、便于采集試驗數(shù)據(jù)等優(yōu)點。本文結(jié)合現(xiàn)場試驗的需求，成功設(shè)計出汽車空調(diào)控制器總成耐久試驗臺架。該臺架可實時監(jiān)測試驗中撥片操作次數(shù)，結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便。臺架系統(tǒng)由PLC程序控制，提高了試驗數(shù)據(jù)的準確性和真實性，具有降低勞動強度、優(yōu)化人機工程等優(yōu)點。該臺架已經(jīng)過多次耐久試驗驗證，可靠性高，目前已應(yīng)用于多個項目的空調(diào)控制器總成撥鈕耐久試驗中，很好地履行了耐久試驗臺架的功能，試驗過程發(fā)現(xiàn)的新產(chǎn)品潛在故障為研發(fā)部門的整改提供了方向。該臺架已經(jīng)申請國家專利，后續(xù)會對該臺架繼續(xù)進行改進研究，以期為更多的試驗項目提供參考。

5 參考文獻

［1］付百學(xué).汽車試驗技術(shù)［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2007：25-26.

［2］趙立軍.汽車試驗學(xué)［M］.北京：北京大學(xué)出版社，2008：32-33.

［3］公利濱.歐姆龍PLC培訓(xùn)教材［M］.北京：中國電力出版社，2012：18-19.