汽车四门二盖耐久试验装置创新研究

陆玉兵

(六安职业技术学院 安徽六安 237158)

汽车的四门二盖(左前门、右前门、左后门、右后门、引擎盖、后备箱盖)耐久试验装置主要用于在一定环境温度下，对各类轿车、MPV、SUV皮卡等车型的四门、引擎盖、后备箱盖的门铰链、限位器、门锁、加油盖、车门密封条的机构及紧固件进行的综合耐久试验，以检查这些部件的功能质量耐久性能。综述有关文献，目前汽车行业使用的汽车四门两盖试验装置主要以压缩空气作为动力源，四门试验执行机构采用独立气缸控制车门开关动作，二盖试验执行机构采用气缸伸缩控制引擎盖和后备箱盖开关动作，在试验时，在安装试验时，四门执行机构对施力角度的要求和二盖执行机构对气缸动作同步性要求都很高，而这种气动控制模式无法达到要求，从而影响试验的结果，同时气动控制方式受环境温度影响较大，不能适应高、低环境下试验。文章针对现有试验台表现的上述问题，对其动力源、结构进行改进设计，采用先进的计算机控制系统平台，伺服电机控制和功能模块化设计，以期实现能够在常温或者高低温不同环境下进行试验，且操作简便易行，提高试验效率，减少试验时间，带来良好的经济效益。

1试验装置创新点与结构组成

四门二盖试验装置创新点主要体现在用伺服电机控制替代原气动动力控制，并将执行机构整合成六个独立伺服电机控制的执行模块。每套驱动系统均完全独立，各驱动系统可以实现不同的组合，满足不同的试验需要。同时在控制链上增加了散热和保暖设施，保障伺服系统正常工作时温度相对恒定，进而满足常温或高低低温条件下的试验要求。改进后的试验装置，采用的是模块化结构组合方式，既可以在一台设备上同时进行四门二盖耐久性试验，也可以对多辆车同时进行耐久性试验。例如在对两辆车的四门二盖同时进行耐久性试验时，一辆车做前门的耐久性试验，另一辆车做前引擎盖的耐久性试验。除此之外，创新设计后的试验装置，还可通过对相关试验模块进行组合，并将该模块移到其它车型的车身某个合适位置并安装固定，进行耐久性试验，如可以对电动汽车、轻卡、客车等车型的四门二盖进行耐久性试验[2]。当对汽车车身四门二盖中的部分结构进行试验，即不需要所有模块同时工作时，可以将不需要的模块移走，从而节省车身试验空间和便捷性。该耐久性装置的计算机程序部分能够实现四个车门、引擎盖和后行李箱盖分开单独自动计数[3]。试验时，四门二盖开闭的角度、四门关门的速度及开关力均由计算机控制系统自动调整和控制，根据试验操作人员预先设定的试验次数，该试验装置能够在完成设定的次数后自动停机，记录试验数据。在试验过程中，各功能模块完全独立，调整方便快捷，降低了试验人员的操作强度，试验操作方便易行[1]。

经过创新设计后的汽车四门二盖耐久试验装置主要由四门试验装置执行模块、二盖试验装置执行模块和计算机控制系统组成，结构如图1所示。控制柜采用钢材框架结构，四门试验装置、二盖试验装置及电气控制部分均采用独立模块化设计。各部分结构功能相对独立但分布紧凑，布局合理，计算机嵌入电气控制柜，与电气控制一体，且单独放置，其交互控制界面清晰合理，方便操作。电气控制柜、四门试验装置、二盖试验装置底部均安装滚轮，在试验时，可根据空间和试验需要方便移动。

图1 四门二盖耐久试验装置结构示意图

2四门试验装置执行模块机构设计

四门试验执行模块机构主要由伺服电机(美国ParKer)、减速机、开门牵引强绳、关门橡胶块、测量开门用力传感器、测量关门用力传感器等结构组成。四门试验执行模块机构的工作过程完全模仿驾驶人员在正常使用状态下的开、闭车门的动作来进行四门耐久性实验，该动作可采用在车身外配置的伺服电机(美国ParKer)带动减速机旋转的推力来实现，并可以对四门打开的角度进行随意的调节。试验开启机构通过模拟人实际开关门动作，将车侧门有效的拉开与关闭，模拟人实际开关门的动作，将车侧门有效的拉开或者关闭。四门开启角度限位机构(减速机)实现对车侧门的开启角度大小的控制，满足不同开启角度的要求，其中最大开闭的角度120°。以车门关闭状态为基准，可以测试中间限位和最大限位角度。四门关闭机构实现对车侧门的关闭、模拟人实际关门的动作，将车门有效的关闭，关闭速度0m/s～3m/s可调。速度测量精度±0.01m/s，位置其在车门门锁处线速度测量。开门和关门采用伺服电机(美国ParKer)可以实现不同的速度控制，以保证关门时较快的动作和开门时较慢的动作。测试系统实现对各动作位置的实时检测，将检测到的信号、参数实时传送至计算机，由计算机控制，保证动作有效执行。开门时，伺服电机带动减速机旋转, 利用拉线把门有效拉开，关门时，伺服电机带动减速机旋转，利用海绵顶块把门关上。在试验过程中，关门时，门要与车身保持0～300mm的可调距离，以防止开关门机构与车门发生硬性碰撞，此时压辊与门分离，门靠惯性实现关闭，随后压辊慢速接近车门。四门开关分为内开和外开两种方式，内开和外开采用的是两套夹具。但在试验时用的是一个系统控制，四门的锁止功能均采用电动式，利用计算机控制闭锁器电流和电压，来实现锁止开的关打开和关闭。利用车身内置伺服电机带动减速机旋转的推拉力来完成四个侧门的开启和关闭。四门试验装置结构如图2所示。

图2 四门试验装置的结构示意图

3二盖试验装置执行模块机构设计

引擎盖和行李箱盖的执行模块机构主要由伺服电机(美国ParKer)开关动作模块、解锁气缸机构、真空系统、试验夹具、支架等结构组成，通过模拟发动机二盖在实车使用状态下的开启与关闭动作来实现耐久实验。引擎盖和行李箱盖的开启动作可采用机械式打开和电动式打开两种工作形式，机械式打开引擎盖和行李箱盖的试验执行动作有内解锁、外解锁、提起、放下等四个试验动作循环，其协作过程较真实地模拟了人手的开启动作，电动式打开引擎盖和行李箱盖的试验执行动作中，除内解锁采用的电动方式外，外解锁、二盖提起和放下等三个动作和机械式打开二盖的动作相同。试验时，通过真空吸盘将二盖和驱动机构进行连接，真空吸盘采用真空泵供气。设计时，考虑在工作过程中，保证气压稳定，接口不会出现脱掉现象，可在试验装置外外设一个低压储气灌，来进行恒压。

内解锁和外解锁是引擎盖和行李箱盖实际工作过程的一部分，在进行二盖耐久性实验时，内解锁和外解锁需采用独立的辅助机构来实现内、外解锁功能。内解锁结构主要由气缸、拉绳、连接夹具等部件组成，工作时，气缸在外部动力的作用下，活塞产生往复运动，驱动执行杆的伸缩来打开二盖的内解锁。外解锁结构主要由气缸、连接夹具等部件组成。试验时，夹具固定在外把手上，利用气缸驱动执行杆的伸缩来打开二盖的外解锁。解锁完成后，通过伺服电机(美国ParKer)驱动摆臂和真空吸盘对二盖进行吸附来完成其提起和关闭。由于连接杆和真空吸盘头端连接部分为可活动链接，所以可以根据试验需要对二盖打开的角度及高度进行随意的调节。二盖关闭动作为自由落下关闭，关闭高度通过丝杆手轮随意调节，其中引擎盖的铰链距离车辆最前端最大距离为1300mm，最小距离为400mm，开闭频率为4～6次/min，如试验车辆安装有空气弹簧的擎盖和行李箱盖，则可增设一个下压机构驱动擎盖和行李箱盖闭合。二盖试验装置结构如图3所示。

图3 二盖试验装置的结构示意图

为了在试验过程中，检测到汽车的左前门、右前门、左后门、右后门试验执行模块机构和引擎盖、行李箱盖试验执行模块机构是否开启到最大位置或处于完全关闭状态，可在各执行机构中分别配备光电开闭速度传感器、光电开关力传感器和光电开关位置检测传感器，用于监测试验运行的速度、力的大小和位置。除此之外，各传感器还可以监测试验过程中因样件失效而导致各模块无法以正常状态工作，并将结果反馈给控制单元，同时发出报警声。光电开闭速度传感器选用的指标为量程0.02～3m/s，精度0.02m/s，光电开关力传感器选用的指标为量程0.01～500N, 精度0.01N，光电开关位置传感器选用的指标为精度0.5mm。

随季节变化，环境温度存在较大差别，而汽车四门二盖耐久试验既需要在高温环境中进行，也需要在低温环境中进行。在高、低温环境中，相对而言，低温对试验的影响较大。所以，需要对现有的四门二盖耐久试验装置进行改进设计。即将现有装置的动力源更改为伺服电机，并采取相应的散热、保暖措施来保证伺服系统可以在高温或低温条件下的耐久性试验。

4结论

四门二盖耐久性试验装置是综合机电技术和电气控制技术于一体的汽车四车门和引擎盖、行李箱盖等主要结构的试验装置。该装置在充分模拟驾驶人员开关汽车左前门、右前门、左后门、右后门、引擎盖、后备箱盖的顺序动作和开锁力、开关门速度的情况下，对其进行耐久性试验。基于柔性化和模块化的设计方式，简化了试验装置试验过程中的安装方法和步骤，极大程度地节约了试验时间，改变传统空气动力为伺服电机控制方式，降低了工作场地的噪音，减少了试验场地面积，避免了因环境温度变化给试验结果带来不确定性影响。经过创新设计后的四门二盖耐久性试验装置，不仅适应了不同车型在高、低温不同环境下的试验功能要求，其模块化设计思路还使为实现全自动化四门二盖耐久性试验操作成为可能。