汽车组合开关及电动玻璃升降器试验台的开发

覃北阶，陈积先，孟 辉，让 松，张华树，王 丹

（国家汽车质量监督检验中心 （襄阳），湖北 襄阳 441004）

汽车组合开关和电动玻璃升降器作为汽车的重要组成部件，在汽车的每一次使用中，组合开关和电动玻璃升降器都影响着汽车的用户体验，其可靠性一直是厂家和用户关心的重点。目前，组合开关及电动玻璃升降器试验都是使用模拟负载来进行，例如组合开关会使用电子负载模拟组合开关的负载，电动玻璃升降器会被装在试验台上，加以配重来模拟玻璃的质量和阻力。前者由于电子负载或者纯阻性负载都和实际使用中的组合开关的灯具负载、刮水负载不同，从而导致可靠性试验结果和使用真实负载时有较大出入；后者使用配重无法模拟电动玻璃升降器长期使用后的阻力变化。因此，本文致力于便于使用真实负载的组合开关和电动玻璃升降器试验台的开发研究，并最终开发出了汽车组合开关及电动玻璃升降器试验台，经验证，试验台性能稳定可靠。

1 原理设计

设备主要由以下部分构成：组合开关耐久试验装置，电动玻璃升降器耐久试验装置，控制系统。试验台效果见图1，电气系统框图见图2，整体实物见图3。

2 检测系统硬件组成

1）组合开关试验装置 组合开关试验装置主要由3部分构成：驱动装置、样品夹具、活动夹具，见图4。驱动装置由伺服电机、减速机、连接板组成，与试验台架连接；活动夹具由转动盘与2根导柱组成；转动盘一端与电机轴直连，另一端作为测试组合开关旋钮动作的夹具使用；样品夹具由固定盘、活动盘、支架组成，通过调节活动盘、支架，可让样品在任意位置调整，以满足不同产品测试要求［1］。

2）电动玻璃升降器试验装置 电动玻璃升降器试验装置主要由4部分构成：车门固定装置，电动玻璃升降器检测装置，电动玻璃升降器模拟人手操作装置，电源控制装置。可以通过控制玻璃升降开关或者直接控制电机的电源线，来进行电动玻璃升降器的耐久性试验。车门固定装置：车门的固定采用4个可调式V型橡胶夹块实现，车门底部布置2个可调式V型夹块，车门两侧边各布置一个可调式V型夹块，具体安装位置及角度可根据具体车型进行任意调整。

电动玻璃升降器检测装置：针对每个车窗，分别用两个接近开关检测玻璃升降的位置，接近开关安装于磁性表座上，磁性表座可吸附于检测装置支撑架上。针对实车模拟试验，共4套检测装置支撑架。试验时，用户需在车窗玻璃上粘贴磁条配合接近开关检测。

本试验装置包含4套模拟人手操作装置，该装置采用气缸驱动方式操作电动玻璃升降器开关，为直接操作电动玻璃升降器实车门开关；4套电源控制装置，采用电源控制方式操作电动玻璃升降器开关，通过工控机直接控制电动玻璃升降器电机电源，来达到控制试验动作的目的。为适应不同车型电动玻璃升降器开关安装位置不同、操作空间可能狭小的工况，直接操作电动玻璃升降器开关的操作机构采用杠杆式驱动机构，同时配置万向调节机构，在检测架上经适当调整，可满足从任何有利位置操作电动玻璃升降器开关的需求。

3）电气控制系统 电气控制系统包括信号采集和运动控制。信号采集部分通过接近开关采集组合开关的旋转位置、车门玻璃的位置、车门开关操作气缸状态等。运动控制部分包含气缸、伺服电机两种执行器，包含4套电源输出控制。其中气缸有4套，分别对4个实车门的电动玻璃升降器按钮开关进行操作；伺服电机通过夹具，依据采集的旋转位置对组合开关的动作进行控制；电源输出控制则是在通过试验台直接对电动玻璃升降器电机供电时，控制电动玻璃升降器电机的正反转，从而实现上升和下降动作［2］。

3 软件设计

软件的编程语言为C#，采取了自顶向下的设计结构，对功能独立的硬件 （如数据采集卡，伺服电机等）编写了独立的类和函数，不仅方便使用和维护，还为今后的代码重用提供了可能，提高代码的重用率。软件设计了大量可调参数，如组合开关的动作列表，可以兼容不同厂家的组合开关，兼容性好，功能强大。

3.1 软件系统设计框图

本系统使用面向对象的结构化、模块化设计方法，将整个系统抽象成几个硬件控制类和系统结构类，并使用了表义的变量命名规则，方便使用、维护和调试。整个系统的设计框图见图5。

其中，控制类为Windows Form类，为程序主窗口和动作设定窗口的载体，并负责控制和采集数据。硬件类分别为实际硬件抽象出来的功能类：ServoMotor类为伺服电机的功能类，PCI1718类为研华数据采集卡PCI-1718的功能类，WindowMotion为气缸电磁阀和磁性开关的功能类，Ini为数据存储类。每个类的功能相对独立，类与类之间的数据传递由类内的公共函数以及封装的公共变量完成。

3.2 类设计及类结构

每个控制类或硬件类均包含特定的功能函数以及变量。其中，可以由其他类调用的为公共属性，否则为私有属性，最大程度地防止功能或数据混乱情况的出现［3］。各个类的封装变量和函数列表如图6所示。

下面对重要的类的主要属性和函数进行简介。

1）ServoMotor类：①CorrectMove函数：控制伺服电机转过指定角度。②MotionDI，MotionDO函数：设置或读取运动控制卡自带的数字量输入、输出值。

2）PCI1718类：①ActionMove函数：根据预设动作列表完成组合开关的某一个步骤运动。②Cylinder函数：控制气缸运动函数。③MoveCylinder，PauseCylinder函数：手动调试气缸函数。

3）Form1类：①SwitchStart函数：控制组合开关试验开始。②SwitchStop函数：控制组合开关试验停止 （正常或异常停止）。③StartCylinderExperiment函数：控制电动玻璃升降器试验开始。④StopCylinder Experiment函数：控制电动玻璃升降器试验停止。

4 结束语

本系统基于C#、运动控制卡MPC2810和伺服电机MSME082G1U+MCDHT3530开发，可以完成组合开关的转向灯控制杆、刮水控制杆、时钟弹簧、电动玻璃升降器的耐久性试验，自系统投入运行以来，完成了组合开关，电动玻璃升降器开关数十次实车负载试验，运行稳定可靠。

［1］田宇.伺服与运动控制系统设计［M］.北京：人民邮电出版社，2010：60.

［2］廖晓钟.控制系统分析与设计［M］.北京：清华大学出版社，2008：44.

［3］李春葆.C#程序设计教程［M］.北京：清华大学出版社，2010：50.