汽車的四門兩蓋開閉耐久試驗策略研究

[摘要] 四門兩蓋耐久試驗系統(tǒng)采用電動-氣缸控制的方式，實現汽車四門兩蓋系統(tǒng)開閉耐久試驗過程的開關門控制，在耐久試驗過程中，對四門兩蓋開閉過程中的關鍵性能參數進行監(jiān)控、采集和計算，并通過人機界面顯示出來，為車門系統(tǒng)的設計優(yōu)化提供界面及數據支持，最后通過遠程監(jiān)控實現遠程參數采集、數據分析、故障解析，希望為車門試驗系統(tǒng)帶來更大的便利。

[關鍵詞] 四門兩蓋；耐久試驗；實時監(jiān)控；遠程監(jiān)控

中圖分類號：U467.497 " 文獻標志碼：A " " 文章編號：1003—8639（2023）07

Research on Durability Test Strategy of The Four Doors and Two Covers of Vehicle

LIU Jun-ming，TAN Li-long，JIANG Wei

（Aisn Auto Ramp;D Co.，Ltd.，Changsha 410000，China）

[Abstract] The test system of electric-cylinder control method，can control opening and closing of the four doors and two covers of vehicleaccurately in the durability test；the key performance parameters of the opening and closing process will be collected and calculated during durability test，and displayed through the human-machine interface，which help to optimize the design of the door system；The parameters will be Collected，calculated，and analysed through Remote Intelligent Monitoring System，which can bring great convenience to the door test system.

[Key words] "four doors and two covers of vehicle；durability test；real time monitoring；remote intelligent monitoring system

收稿日期：2023-05-29

作者簡介：劉俊明（1984—），女，碩士，工程師。

汽車車門是汽車車身的重要組成部分，

為車內乘員提供出入車輛的通道，同時與車身形成密閉空間，在隔絕車外干擾的同時，可以在一定程度上減輕車輛側面撞擊，達到保護乘員安全的作用。車門的好壞，很大程度上取決于車門的防撞性能及開閉耐久性能。作為使用頻率較高的開閉件而言[1]，在實際使用過程中，車門作為車內乘員出入車輛的通道[2]，由于反復開關，會發(fā)生疲勞破壞等問題，因此，在汽車設計開發(fā)過程中，汽車車門開閉耐久性能已然成為評價汽車品質好壞的重要指標[3]。本論文汽車車門開閉耐久性能是通過車門開關耐久試驗來評估的。

1 "四門兩蓋試驗需求分析

1） 試驗系統(tǒng)可以模擬乘員上下車、打開前艙蓋及尾門時的開關門操作流程，能兼顧車門開關時長和存儲試驗次數，并及時判斷試驗過程中出現的故障。

2） 在不破壞汽車本體結構的前提下，搭建耐久試驗臺架。為滿足不同車型的試驗需求，試驗系統(tǒng)搭建和拆卸需方便、靈活[4]。

3） 完整的前后門開閉耐久試驗需求為10萬次，其中內開5萬次，外開5萬次。試驗開始時和每完成10000個循環(huán)時需測量車門15°開度時車門上標記的高度，對比歷次數據計算的下沉量，試驗頻率為5次/分鐘。

4）完整的汽車前艙蓋開閉耐久試驗需進行1萬次試驗，試驗頻率為2次/分鐘。

5）完整的汽車尾門開閉耐久試驗需進行3萬次試驗，試驗頻率為2次/分鐘。

2 "試驗系統(tǒng)設計

根據上述試驗需求，本文設計一種氣壓缸電動控制的四門兩蓋開閉耐久試驗系統(tǒng)來滿足試驗需求。該試驗系統(tǒng)主要由人機交互（顯示屏）系統(tǒng)、電動控制單元系統(tǒng)、氣壓缸系統(tǒng)、動力傳遞機構、傳動系統(tǒng)及位置開關組成。四門兩蓋試驗系統(tǒng)框圖如圖1所示。電動控制單元系統(tǒng)控制電磁閥通斷電，從而控制氣壓缸系統(tǒng)，氣壓缸內氣壓的變化帶動四連桿機構轉動，從而實現車門的開閉。同時，位置開關將獲取的門的位置信息通過CAN總線及時傳送給電動控制單元系統(tǒng)，便于電動控制單元系統(tǒng)對氣壓缸系統(tǒng)的閉環(huán)控制，確保試驗系統(tǒng)對四門兩蓋開閉位置的精確控制。顯示屏系統(tǒng)可以顯示四門兩蓋的測試狀態(tài)，比如試驗暫停、測試中、故障以及測試次數。

圖1 "四門兩蓋試驗系統(tǒng)框圖

2.1 "動力傳遞結構

動力傳遞機構主要包括固定支架、氣動系統(tǒng)、四連桿轉動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和其他輔助機構等5個部分。其機械結構圖如圖2所示。

圖2 "機械結構圖

固定支架通過螺栓分別支撐在車身底部、兩側面及車身前后面，而四連桿轉動系統(tǒng)通過螺栓固定在支架上。四連桿轉動系統(tǒng)可實現傳動系統(tǒng)與車門相對角度的調節(jié)，旋轉角度為360°。

電動控制單元系統(tǒng)控制電磁閥的通斷電，氣體通過空氣壓縮機進入氣缸內，推動氣缸塞運動，氣缸塞靠硬性連接推動四連桿旋轉，四連桿靠硬性連接帶動傳動系統(tǒng)運動，從而實現車門的開閉。氣動系統(tǒng)包括電磁閥、空壓機、氣缸塞、氣缸及進排氣管。傳動系統(tǒng)將四連桿系統(tǒng)的轉動轉換為傳到輔助件，輔助件與車門把手連接，帶動車門的開閉。為了減少四門兩蓋關閉時產生巨大的沖擊力，在傳動系統(tǒng)內設置緩沖裝置，這樣大大降低了試驗過程中對汽車四門兩蓋的機械損壞。為了更好地監(jiān)測門的開閉狀態(tài)，門內測安裝門狀態(tài)以及開關監(jiān)測門的開閉狀態(tài)。

2.2 "電動控制單元系統(tǒng)

電動控制單元系統(tǒng)主要包括門臺架測試控制器、人機交互界面（顯示屏）、低壓供電系統(tǒng)和線束系統(tǒng)。各個系統(tǒng)之間連接采用線束連接方式，人機交互界面（顯示屏）與門臺架測試控制器通過CAN總線進行通信。 電動控制系統(tǒng)圖如圖3所示。

圖3 "電動控制系統(tǒng)圖

人機交互界面為觸摸屏，其軟件界面采用組態(tài)軟件搭建，可以對試驗過程數據進行實時顯示和監(jiān)測，對試驗參數進行設定和調試，同時有對試驗日志進行記錄保存等功能。

門臺架測試控制器為用32位英飛凌可編程控制器，用C++進行編程實現應用層控制，主要負責電磁閥的通斷電控制，控制氣缸的往返運動，從而實現四門兩蓋的開閉運動。門臺架測試控制器把門狀態(tài)開關信號的處理及判斷，通過CAN總線向顯示屏發(fā)送。

具體控制過程為：門臺架測試控制器通過CAN總線接收來自人機交互界面的預設參數，首先通過硬線信號控制電磁閥的一端通電，另一端斷電，控制氣缸運動，氣缸帶動四連桿轉動，然后通過傳動系統(tǒng)帶動四門兩蓋運動，從而實現汽車車門的開啟或關閉，并通過門狀態(tài)開關輸入的開關信號確認車門實際打開或關閉后，再切換電磁閥兩端的通電狀態(tài)，最后門臺架測試控制器通過CAN總線把門當前狀態(tài)發(fā)送到人機交互界面，顯示門狀態(tài)。

3 "控制方案設計

3.1 "四門兩蓋系統(tǒng)試驗控制策略方案

通過人機交互界面設置測試需求，通過CAN總線發(fā)送給門測試控制器，門測試控制器根據需求控制電磁閥通斷電來帶動氣缸運動，并通過四連桿機構帶動執(zhí)行機構來回運動，從而實現門的開閉動作。

根據門位置傳感器信息，建立開關門試驗閉環(huán)控制系統(tǒng)。門位置傳感器反饋狀態(tài)為高電平，則表示門為完全關閉狀態(tài)。接下來開始執(zhí)行開門動作，待門完全打開時，另外一個門位置傳感器反饋高電平狀態(tài)，則表示門為完全打開狀態(tài)。以此反復，進行往復試驗控制。門閉環(huán)控制策略圖如圖4所示。

圖4 "門閉環(huán)控制策略圖

3.1.1 "四門系統(tǒng)耐久試驗控制過程

四門系統(tǒng)進行耐久試驗時的整個過程為：機械解保險→外開拉手解鎖→打開側門→關閉側門并鎖止→保險手柄上保險→保險手柄解保險或者內開拉手解保險→內開拉手解鎖→打開側門→關閉側門并鎖止→機械上保險。此過程為1個循環(huán)，頻次為2～3個循環(huán)∕分鐘，其中1個循環(huán)中開關門2次。

3.1.2 "前艙蓋耐久試驗控制過程

前艙蓋系統(tǒng)進行耐久試驗時的整個過程為：一道鎖止解鎖→安全鉤解鎖→打開前艙蓋→關閉鎖止前艙蓋。此過程為1個循環(huán)，頻次為2個循環(huán)∕分鐘，其中1個循環(huán)中開關前艙蓋1次。

3.1.3 "后蓋系統(tǒng)耐久試驗控制過程

后蓋系統(tǒng)進行耐久試驗時的整個過程為：機械解鎖→打開后蓋→關閉并鎖止后蓋。此過程為一個循環(huán)，頻次為2個循環(huán)∕分鐘，其中1個循環(huán)中開關后蓋1次。

通過人機交互界面實時顯示四門兩蓋的測試次數、開關門狀態(tài)以及故障狀態(tài)。利用遠距離通信和信息科學技術，通過4G模塊，為試驗提供遠程數據采集、遠程查詢、遠程控制、監(jiān)測故障等服務，可以實現對門測試系統(tǒng)的遠程監(jiān)控和控制。通過遠程控制方式，可以讓試驗人員隨時可以監(jiān)測和控制試驗過程，例如在發(fā)生故障時，可以遠程停止測試、分析數據并處理故障，增加了試驗系統(tǒng)的靈活性。

3.2 "控制模型仿真

門控制器上電初始化后狀態(tài)為2，接收到人機交互系統(tǒng)的開始測試請求后，外開門解鎖電磁閥通電，解鎖氣缸運動，進入解鎖狀態(tài)，此時狀態(tài)為4；解鎖完成后，開門電磁閥通電，開門氣缸運動，通過機械四連桿機構打開車門，進入狀態(tài)6；車門完全打開后，關門電磁閥通電，氣缸推動機械四連桿運動，推動門關閉，進入狀態(tài)12；門狀態(tài)反饋開關狀態(tài)為1后，內門鎖電磁閥通電，解鎖電磁閥通電，進入解鎖狀態(tài)，此時狀態(tài)為10；解鎖完成后，開門電磁閥通電，開門氣缸運動，通過機械四連桿機構打開車門，進入狀態(tài)8；車門完全打開后，關門電磁閥通電，關門氣缸運動，通過四連桿機構帶動門關閉，此時狀態(tài)為7。到此，完成側門的1個測試循環(huán)。以此往復循環(huán)，完成四門兩蓋的測試要求。側門控制開閉流程仿真結果見圖5。

圖5 "側門控制開閉流程仿真結果

4 "結論

本文通過仿真試驗，提出的四門兩蓋開閉耐久試驗系統(tǒng)完全可以滿足試驗需求，同時可適應不同車型、不同工況的車門耐久試驗；通過位置閉環(huán)控制，保證了車門開關門的位置反饋精度，提高了試驗結果的精確性；通過實時監(jiān)控試驗的運行狀況，不僅提高了試驗效率，同時也提高了試驗過程的安全性；通過遠程監(jiān)控，大大提高了試驗系統(tǒng)的靈活性。

參考文獻：

[1]馮長凱，王俊，盛守增. 基于有限元的車門開閉耐久仿真分析[J]. 汽車零部件，2016（5）：54-56.

[2]蔣凌山，龍巖，劉雪強，等. 車門疲勞壽命預測及結構改進[C]. 北京：中國汽車工程學會年會論文集，2018：1933-1938.

[3]鄧賽幫，譚東升，劉向征，等. 基于有限元理論的車門疲勞分析及優(yōu)化[J]. 現代制造工程，2019（6）：50-54.

[4]夏連，田壘，于瑞賀，等. E-Slam全閉環(huán)側門開閉耐久試驗系統(tǒng)[J]. 上海汽車，2017（6）：41-45.

（編輯 "凌 "波）