汽车外开手柄及门锁系统耐久试验台架设计

陈勇强 龚辉

摘 要：本文主要介绍一种汽车外开手柄耐久试验装置，利用铝合金型材搭建试验基架，使用PLC可编程控制系统来实现控制，采用气缸为执行装置作用在手柄和车门上实现对车门和手柄的操作，再配合调压阀、节流阀来调节，实现汽车外开手柄及门锁耐久试验。

关键词：外开手柄 门锁 耐久 台架

Abstract：This paper mainly introduces a durability test device for automobile exterior handle， which uses aluminum alloy profile to build test base frame， uses PLC programmable control system to realize control， uses cylinder as executive device to act on handle and door to realize operation of door and handle， and then cooperates with pressure regulating valve and throttle valve to realize durability test for automobile exterior handle and door lock.

Key words：external handle， door lock， durable， platform

1 前言

汽车外开手柄及门锁系统是装在车门及其立柱上能将车门可靠锁紧并通过器内部机构实现开启及锁紧功能的装置。是一个非常重要的汽车车身附件。具有安全防护作用，既要保护车门正常使用中的可靠锁紧，放置车门意外或者无意识打开，又要保证车门需要时能够顺利打开，确保在正常或者当右紧急情况发生时通行，以免造成生命伤亡或者财产损失，属于安全规件，也叫终端闭合功能件。而针对汽车外开手柄及门锁耐久试验，当前国内外采用的是钢铁焊接台架的方法来实现，该方法工序复杂，操作难度大，同时不具备通用性，台架搭建成本高，试验效果极不理想。本文选择针对汽车外开手柄及门锁试验的问题，设计了一套耐久试验台架。

2 试验要求

汽车内外手柄及门锁耐久试验，是产品研发过程中的一个重要环节，主要目的验证汽车膜外开手柄及门锁的耐久性能，发现新产品潜在的零件故障，为产品设计部门提供试验数据。根据外开手柄及门锁试验要求，试验台架需要完成模拟人力操作汽车外开手柄使车门实现开启，开启完成后仍需要操作车门实现关闭，以此定义为一个循环。在设定的常温、高温、低温及高湿环境下，要求能够无故障地完成对应的试验次数。试验数据直接影响产品研发部门对零件状态的判断方向，所以试验数据的准确性直接导致后续产品优化的方向。为了确保试验数据的准确性，耐久试验台架施加在零件的的载荷均要求在设计范围内，确保试验结果能够正确反应试验样件的真实状态。

3 台架设计

3.1 台架材料的选择

针对试验台架原材料的选择，对比了几种原材料的优缺点后，选择了铝型材作为台架的原材料，主要因為：（1）铝型材是铝制品，在与空气，水，石油化学体系中以及高低温等恶劣环境下，具有良好的抗腐蚀性;（2）铝型材上自带有专门的T型槽，方便台架的拆装;（3）铝型材耐脏，且易处理，保养工作简单;（4）铝型材轻巧，开展工作难度小，搬运方便[2];确定了台架基本原材料的选择之后，就可以确定台架的基本框架材料选择;根据试验要求，外开手柄及门锁均要求以实车安装方式安装在车门内，试验台架要求将车门固定在台架上，同时在台架内完成要求动作，根据这些要求，现场制定台架框架大小并实施搭建。

3.2 驱动方式的选择

驱动汽车外开手柄解锁及车门开关，需要满足以下几个条件：（1）驱动方式能实现模拟操作人力解锁手柄及开关门;（2）驱动方式需能实现监控试验要求的推拉力大小;（3）台架动力来源能满足试验要求的高低温环境;（4）该驱动装置运行速度大小可调;（5）该动力来源经济实惠，性价比高[3]。综合各个因素考虑，最终考虑使用气缸作为该试验台架的驱动装置，主要由于使用压缩空气作为气源的气缸相对于其他油缸、电缸等执行装置，能满足该试验的要求，同时气缸采购成本低，安装容易，易于保养等优点，适合当前耐久试验台架的选择。

3.3 模拟密封力加载方式的选择

试验过程中，在试验台架上，需要设计一个载荷，该载荷加载在门锁附近，以便能够模拟车门关闭时门框上的导槽密封条对车门的反作用力。该载荷的加载要求为：（1）能够模拟车门关闭时车门所受反作用力的状态，即随着关门即出现、开关即消失，（2）力值大小随着关门进度而随之增加，（3）最终载荷大小可调并能够满足设计要求。根据以上要求，对比气缸加载及重物加载以及弹簧加载等多种加载方式后，现场选择使用弹簧为试验台架的加载方式。为了保证门锁在上锁时所收的模拟密封力跟车门保持接近一致性，现场决定在门锁安装位置的上下均安装一个同型号的弹簧，两弹簧力共同作用在门上实现密封力的模拟。

3.4 控制系统和监控元件的选择

由于本试验台架是采用压缩空气未能量来源，使用气缸为执行机构，在控制系统的选择上，由于本试验为耐久试验，试验设备需要长时间保持运行状态，所以现场采用PLC为控制系统，主要由于：（1）PLC可编程方法简单易学，（2）PLC功能强，性能价格比高，（3）硬件配套齐全，用户使用方便，（4）可靠性高，抗干扰能力强，综合PLC程序控制的优点，采用PLC程序控制，实现台架的机电一体化功能，不仅可以完成台架的自动控制，自动计数，同时还能够实现自动循环等功能[4]。

根据试验要求，耐久试验试验过程中，需要控制气缸的操作力大小，包括外开手柄的解锁力，开关门力，同时还要监控车门的关门速度。因为气缸的推拉力大小主要体现在气压大小上，所以可采用可调压力表来调节气压大小来实现推拉力大小的调整;可选用节流阀来控制气体的流速，实现解锁速度的调节;可选用力传感器来监控弹簧力大小，使用速度传感器来监控车门的关门速度。

以上，试验台架的原材料和台架搭建方案都确定之后，试验台架的整体轮廓也就成型了。

如图1，在搭建耐久试验台架时，根据车门大小搭建完成台架基架1之后，将车门按照实车固定在汽车上的方式固定安装，安装完成之后，将试验零件：外开手柄，门锁，拉锁、锁扣等以实车装配方式安装在车门上。同时根据设计方案完成试验台架。

4 试验数据的计算

在本次试验中，需要保证外开手柄是解锁力大小和弹簧力大小满足是要求，根据气缸的制作原理：压缩空气进如入气缸的大腔作用在气缸杆滑塞头上，气缸杆在压缩空气作用下往外推，实现气缸外推动作;压缩空气进如入气缸的小腔作用在气缸杆滑塞头上，气缸杆在压缩空气作用下往回收，实现气缸回收动作;故气缸的推拉力所需用的气压大小可根据压强-压力公式计算;

P1=F1/S1                         （1）

P2=F2S2                          （2）

其中P1，P2分别是气缸外推和回收所需要用的气压大小，P1、F2分别是设计要求气缸的外推力和回收力大小;S1、S2分别是气缸杆滑塞头在大腔和小腔内气体的作用面积。

而气缸杆滑塞头的横截面积可由气缸型号查询;其杠杆的横截面可用游标卡滞测量直径的方式，在通过计算求得;

S2=S1-S3                         （3）

S1=π（D/2）2                       （4）

S3=π（d/2）2                       （5）

其中D为气缸的内径，如现场选用的气缸钢型号为CG1BN20-75-XB7，可知气缸内径为20mm;d为其杠杆的直径。根据上式可确定气缸的气压需求，进而通过调压阀设定。

5 台架的运行过程

根据试验要求，外开手柄及门锁的动作要求为：外开手柄解锁—车门弹开-手柄回位-车门打开-车门关闭;同时手柄的解锁力，开关门力，关门速度以及密封力均有设计值要求，试验过程中还需要对手柄的解锁力、密封力以及关门速度的大小实施监控，同时还要监控车门是否开启到位。根据此要求，现场使用PLC设计台架控制逻辑，实现试验的开展。

而本次台架试验的试验原理为：

1）启动设备;

2）压缩空气通过PLC控制柜、调压阀、节流阀进入解锁气缸小腔，气缸在压缩空气作用下回收，拉动手柄解锁;

3） 门锁解锁后，车门在弹簧的弹力作用下解锁弹开，车门弹开的同时，PLC控制压缩空气通过节流阀进入开门气缸大腔，开门气缸缓慢伸出，将门打开到试验设计要求位置后气缸回收;

4）车门到达要求位置后，小磁铁通过自身磁力作用将车门定位，确保车门定位在设定位置;

5）PLC控制压缩空气进入关门气缸大腔，关门气缸伸出，推动车门实现上锁，关门过程中速度传感器监控关门速度值;

6）车门上锁后，弹簧被挤压，对门产生反作用弹力，该反作用力即模拟实车门框胶条对门锁的反作用力

7）重复2）～6），继续下一个循环，直至完成所有次数要求

8）PLC可编程程序系统中加入了气压报警、试验计数满报警、试验超时报警等报警功能，如台架耐久试验过程中出现异常第一时间产生反馈。

以上为实现耐久试验的一个过程，一个过程完成之后，利用PLC程序的自动循环指令，将该过程又重新开始，同时加入计数累计指令，将试验次数累计，直至完成要求试验次数，同时在PLC程序中加入了其他报警功能，在试验过程中出现问题时，台架会自动报警并暂停试验，提醒巡视检查人员注意，大大减少了巡视检查人员的工作量，实现了机电一体化功能。

以上为台架的设计与实施过程，使用该台架，可排除车门、胶条、水切等车门附件对玻璃升降器的干扰测量电动玻璃升降器的运行电流，堵转电流及对应对应不同位置上下堵转时的堵转力值大小，同时还能够测量玻璃升降器的刚度值大小和标定玻璃升降器的输入电压及最大输出力值的对应关系，结合试验标准评价玻璃升降器的性能好坏，为产品设计提供试验数据依据。

6 结束语

通过对手动玻璃升降器耐久试验台架的研究，结合现场试验的实际需求，成功设计出来汽车车门手动玻璃升降器耐久试验台架。该台架经过多次耐久试验验证之后，台架的可靠性能极高，目前已应用到多项手动玻璃升降器耐久试验项目中，并很好的履行耐久試验台架的功能，发现了很多新产品潜在的故障，为研发部门的整改提供了方向。目前该台架已申请了国家专利，并投入在多项手动玻璃升降器耐久试验项目中，相信在手动玻璃升降器耐久试验领域中发挥重要的作用。

参考文献：

[1]（德）理查德（Richard，F.）.现代汽车技术[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2]付百学.汽车试验技术[M].北京：北京理工大学出版社，2007.

[3]赵立军.汽车试验学[M].北京：北京大学出版社，2008.

[4]公利滨.欧姆龙PLC培训教材[M].北京：中国电力出版社，2012.