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1、高低温车身系统开关疲劳试验台架的开发毛向阳 (泛亚汽车技木中心有限公司)【摘要】本文主要介绍了自行设计开发的新型高低温车身系统开关疲劳试验台架的特点。此台架设计合理，操作方便，可以满足在高低温等严酷条件下的开关疲劳试验，并且已在赛欧轿车车身的4门2盖开关疲劳试验中发挥了重要作用。【主题词】 试验设备疲劳试验汽车开关1 前言车身系统开关疲劳试验主要是模拟用户在平时使用过程中开关车门及发动机舱盖、行李箱盖，考核整个系统的开关疲劳寿命。根据我们对国内几家主要的汽车技术开发中心的调研，目前国内几家大的汽车厂家在进行车身系统开关疲劳试验时，全部是在常温条件下进行的。而我国北方和南方气候相差极大。所以在车
2、身系统开关疲劳试验中，对于那些性能受温度影响比较大的零部件来说，仅作常温试验是远远不够的，应该考虑温度的影响，加入高低温等苛刻条件以满足实际使用情况。根据用户的需求，在自行设计开发的第一套车门开关疲劳试验台架的基础上，全面设计开发了可以满足高低温等苛刻条件的针对发动机舱盖、行李箱盖和车门开关疲劳试验台架。该试验台架在国内也处于技术领先水平(见图1)。2试验台架系统整个系统主要由3部分组成：21 控制台控制台面板主要由两部分组成，左边和中间一部分是分别对应4扇车门、发动机舱盖和行李收稿日期：2002一0220图1 高低温车身系统开关疲劳试验台架系统示意图盖的运行停止操作按钮及计数器；右边一部分有
3、4个操作按钮，从上到下分别是紧急停止键、主控运行键、主控停止键和复位键。控制台内部由可编程逻辑控制器(以下简称PLc)、电磁阀岛及安全执行元件等组成。核心控制单元采用三菱的Fx2N系列PLC，该PLc为单元型可编程逻辑控制器，具有外形小巧美观，功能强大，拥有简便的指令群，扩展方便等特点，并且可以通过Rs232串口与计算机进行通讯，还可以通过计算机进行远程监控。自行设计开发的试验台架系统控制程序利用PLc提供的开发软件平台进行设计编程。该控制程序不仅控制操作整个系统的正常运行而且对系统的整个工作状态进行实时监控。安全执行元件在系统的开发和试验运行过程中都是非常重要的。在系统总体设计时，考虑到如果
4、系统或是试验过程中某一环节出现异常时，应有一套机构紧急切断气源、及时排除所有气缸中的压缩空气，确保系统、人员及试验件的安全。经过仔细分析比较，我们在本试验台架系统的设计中采用了一个2位3通阀，由PLc控制，通过控制程序，实时监控系统所处状态，根据反馈信号的情况来自动判断系统是否正常工作。当控制程序通过反馈信号发现系统出现异常或是试验过程中某一环节出现问题，如被试的车门发生故障时，将通过该安全执行元件紧急切断气源，并及时排除所有气缸中的压缩空气。这样设计不仅非常简单，而且完全满足要求，实践证明这样的设计是成功的，达到了设计目的。编写好的控制程序由计算机通过数据通讯线写入PLc中后，控制台就可以与
5、计算机相互独立，各种操作可以完全由控制台面板上的操作按钮来完成。当然，也可以将计算机与PLc连接起来，通过计算机对试验情况进行远程监控。这在实际试验过程中也非常方便，因为试验台架在外面，而计算机在控制室内，我们就可以在控制室里监控试验的运行情况和试验次数等等。控制台面板上的紧急停止按钮，可以在处理突发情况或者检查时使用，在系统恢复正常后，按控制台面板上的复位键可以重新开始。电磁阀岛通过D型接口接收PLc的输出信号，对所有气缸的运动进行控制。另外，我们按照模块化设计的思路，将所有的气源处理元件及其附件都集中安装在控制台的侧面，使得控制台真正成为集控制、通讯、气源处理为一体的整个试验台架系统的核心
6、，以便于操作人员操作。22气源处理系统由于在低温条件下，空气中的水汽会凝结成细小冰粒。如果在气源的处理上采用一般常温条件下使用的滤气器，将不能彻底过滤压缩空气中的水汽，这些带水汽的压缩空气进入气缸后，势必会加剧对气缸的磨损，所以在高低温条件下对气源的严格处理是非常关键的。12我们在系统总体设计时，采用了三级过滤再加无热式干燥机的办法，滤掉气体中的油雾和杂质、吸收水汽。其中，第一级为主路过滤，过滤精度为3斗m；第二级过滤器的过滤精度为03斗m；无热式干燥机用于吸收水汽，第三级为精滤，过滤精度可达o01斗m。经过这样处理的压缩空气，可以提供给在高低温条件下使用的气缸。气源处理系统未带润滑油雾化器，
7、因为所有的气缸都自带润滑。23气动系统及机械执行机构气动系统及机械执行机构是使整个试验动作得以实现的关键部分。它主要由气缸、速度控制元件、机械运动机构以及相应的固定夹具等组成。根据总体设计，整个系统为闭环控制。由于能够满足高低温条件的特殊型号气缸均无内置磁环，使得一般在常温下广泛采用的非接触磁感应方式无法实现，所以在考虑如何实现时我们比较了几种不同的方案，最后因机械式微动行程开关工作可靠，体积小，安装方便灵活等特点，我们采用了可满足高低温特殊条件的微动行程开关。这样就可以根据需要的行程和开度将微动行程开关安装在相应方便的位置上，当活塞杆运动到事先设定好的位置时，与安装在特定位置的行程开关相碰，
8、行程开关闭合(或打开)产生一个阶跃电信号，通过PLc的输入端将信号反馈给PLc，然后PLc根据程序判断发出下一个指令，输出给电磁阀岛，再由电磁阀岛驱动某一气缸运动及如何运动，从而实现闭环控制。气缸的运动速度由速度控制元件单向排气节流阀控制。根据试验规范，当发动机舱盖、行李箱盖及车门关闭时，其关闭减速度需要达到规定的要求。由于从气源处理元件出来的气体气压是固定的，如果没有速度控制元件的话，则每个气缸的运动速度都是恒定的，无法控制，这样就不能满足试验规范的要求，所以速度控制元件必不可少。这里选用了可以满足高低温特殊要求的单向排气节流阀，主要是因为其操作方便，在每个气缸的两个气口前分别安装单向排气节
9、流阀。该节流阀只控制从气缸排出的气体，而不影响进入气缸驱动活塞杆的工作压缩空气。固定于车内驾驶员座舱夹具上的气缸用来拉发动机舱盖拉索以打开发动机舱盖，然后由固定上海汽车在发动机舱内夹具上的大气缸将发动机舱盖顶起到规定高度，碰到行程开关后大气缸反向运动，调整大气缸的回缩速度以使发动机舱盖也随着慢慢落下，等到达事先标定好的高度后，气缸继续回缩，而发动机舱盖则被与电磁铁相连的挡块挡住，等气缸完全回缩到位后，电磁铁得电将挡块抽回，发动机舱盖自由落下关闭。4个用于开启车门外把手的小气缸分别安装在固定于车门的夹具上，夹具用铝合金制造以减轻重量。4个开关车门的大气缸后部用关节铰链固定在车内的夹具上，气缸的活
10、塞杆端固定在一个摆臂上，摆臂的铰链尽量靠近车门铰链。这样打开车门的动作为气缸推动摆臂，再由摆臂推动车门，摆臂与车门一直保持平行，这样车门的受力状态比较合理。固定大气缸的夹具沿高度方向和宽度方向均可调，这样可以满足不同车型的需要。同样，用于开启行李舱锁的小气缸也直接安装在固定于行李舱盖的夹具上，夹具也是用铝合金制造以减轻重量。大气缸后部用关节铰链固定在行李箱内，气缸的活塞杆端固定在一个摆臂上。当行李箱盖由自身的弹簧自动拉开后，气缸推动摆臂随动以不影响行李箱盖的运动，当运动到规定的位置碰到行程开关后，大气缸反向缩回，带动摆臂将行李箱盖拉回来，调整单向排气节流阀使得行李箱盖关闭的减速度满足试验规范所
11、规定的要求。3 结论这套新型高低温车身系统开关疲劳试验台架从气源处理方式，到气动执行机构都采用可满足高低温等苛刻条件的设计及元件。自行设计开发的试验台架系统控制程序不仅控制操作整个系统的正常运行，而且对系统的整个工作状态进行实时监控，对异常情况进行有效的处理，确保试验的正常进行；控制方式简便，发动机舱盖、4扇车门及行李舱盖既可以同时运行、停止；也可以其中任意一个运行、停止。机械执行结构也比较合理。在sGM第一代家庭轿车赛欧轿车车身的开发过程中，利用这套台架进行了多轮4门两盖的开关疲劳试验，为该型轿车车身系统的试验认证发挥了重要的作用。参考文献1 毛向阳高低温车身系统开关疲劳试验台架技术总结报A
12、bstractrhe characteristics of the selIdesigned andselfdeveloped noVel high low temperature carbody switch testrig are presented in the paperThis testrig fbatures reasonable design and easyoperation，can meet demands of switch fatigue testunder severe conditions of high&low temperatureIt has played an important r01e in the fatigue test ofswitches in the sail car bodv 4一door and 2一cover13
