覃北階，陳積先，孟 輝，讓 松，張華樹(shù)，王 丹

（國(guó)家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心 （襄陽(yáng)），湖北 襄陽(yáng) 441004）

汽車組合開(kāi)關(guān)和電動(dòng)玻璃升降器作為汽車的重要組成部件，在汽車的每一次使用中，組合開(kāi)關(guān)和電動(dòng)玻璃升降器都影響著汽車的用戶體驗(yàn)，其可靠性一直是廠家和用戶關(guān)心的重點(diǎn)。目前，組合開(kāi)關(guān)及電動(dòng)玻璃升降器試驗(yàn)都是使用模擬負(fù)載來(lái)進(jìn)行，例如組合開(kāi)關(guān)會(huì)使用電子負(fù)載模擬組合開(kāi)關(guān)的負(fù)載，電動(dòng)玻璃升降器會(huì)被裝在試驗(yàn)臺(tái)上，加以配重來(lái)模擬玻璃的質(zhì)量和阻力。前者由于電子負(fù)載或者純阻性負(fù)載都和實(shí)際使用中的組合開(kāi)關(guān)的燈具負(fù)載、刮水負(fù)載不同，從而導(dǎo)致可靠性試驗(yàn)結(jié)果和使用真實(shí)負(fù)載時(shí)有較大出入；后者使用配重?zé)o法模擬電動(dòng)玻璃升降器長(zhǎng)期使用后的阻力變化。因此，本文致力于便于使用真實(shí)負(fù)載的組合開(kāi)關(guān)和電動(dòng)玻璃升降器試驗(yàn)臺(tái)的開(kāi)發(fā)研究，并最終開(kāi)發(fā)出了汽車組合開(kāi)關(guān)及電動(dòng)玻璃升降器試驗(yàn)臺(tái)，經(jīng)驗(yàn)證，試驗(yàn)臺(tái)性能穩(wěn)定可靠。

1 原理設(shè)計(jì)

設(shè)備主要由以下部分構(gòu)成：組合開(kāi)關(guān)耐久試驗(yàn)裝置，電動(dòng)玻璃升降器耐久試驗(yàn)裝置，控制系統(tǒng)。試驗(yàn)臺(tái)效果見(jiàn)圖1，電氣系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖2，整體實(shí)物見(jiàn)圖3。

2 檢測(cè)系統(tǒng)硬件組成

1）組合開(kāi)關(guān)試驗(yàn)裝置 組合開(kāi)關(guān)試驗(yàn)裝置主要由3部分構(gòu)成：驅(qū)動(dòng)裝置、樣品夾具、活動(dòng)夾具，見(jiàn)圖4。驅(qū)動(dòng)裝置由伺服電機(jī)、減速機(jī)、連接板組成，與試驗(yàn)臺(tái)架連接；活動(dòng)夾具由轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)與2根導(dǎo)柱組成；轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)一端與電機(jī)軸直連，另一端作為測(cè)試組合開(kāi)關(guān)旋鈕動(dòng)作的夾具使用；樣品夾具由固定盤(pán)、活動(dòng)盤(pán)、支架組成，通過(guò)調(diào)節(jié)活動(dòng)盤(pán)、支架，可讓樣品在任意位置調(diào)整，以滿足不同產(chǎn)品測(cè)試要求［1］。

2）電動(dòng)玻璃升降器試驗(yàn)裝置 電動(dòng)玻璃升降器試驗(yàn)裝置主要由4部分構(gòu)成：車門固定裝置，電動(dòng)玻璃升降器檢測(cè)裝置，電動(dòng)玻璃升降器模擬人手操作裝置，電源控制裝置。可以通過(guò)控制玻璃升降開(kāi)關(guān)或者直接控制電機(jī)的電源線，來(lái)進(jìn)行電動(dòng)玻璃升降器的耐久性試驗(yàn)。車門固定裝置：車門的固定采用4個(gè)可調(diào)式V型橡膠夾塊實(shí)現(xiàn)，車門底部布置2個(gè)可調(diào)式V型夾塊，車門兩側(cè)邊各布置一個(gè)可調(diào)式V型夾塊，具體安裝位置及角度可根據(jù)具體車型進(jìn)行任意調(diào)整。

電動(dòng)玻璃升降器檢測(cè)裝置：針對(duì)每個(gè)車窗，分別用兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)玻璃升降的位置，接近開(kāi)關(guān)安裝于磁性表座上，磁性表座可吸附于檢測(cè)裝置支撐架上。針對(duì)實(shí)車模擬試驗(yàn)，共4套檢測(cè)裝置支撐架。試驗(yàn)時(shí)，用戶需在車窗玻璃上粘貼磁條配合接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)。

本試驗(yàn)裝置包含4套模擬人手操作裝置，該裝置采用氣缸驅(qū)動(dòng)方式操作電動(dòng)玻璃升降器開(kāi)關(guān)，為直接操作電動(dòng)玻璃升降器實(shí)車門開(kāi)關(guān)；4套電源控制裝置，采用電源控制方式操作電動(dòng)玻璃升降器開(kāi)關(guān)，通過(guò)工控機(jī)直接控制電動(dòng)玻璃升降器電機(jī)電源，來(lái)達(dá)到控制試驗(yàn)動(dòng)作的目的。為適應(yīng)不同車型電動(dòng)玻璃升降器開(kāi)關(guān)安裝位置不同、操作空間可能狹小的工況，直接操作電動(dòng)玻璃升降器開(kāi)關(guān)的操作機(jī)構(gòu)采用杠桿式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，同時(shí)配置萬(wàn)向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，在檢測(cè)架上經(jīng)適當(dāng)調(diào)整，可滿足從任何有利位置操作電動(dòng)玻璃升降器開(kāi)關(guān)的需求。

3）電氣控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)包括信號(hào)采集和運(yùn)動(dòng)控制。信號(hào)采集部分通過(guò)接近開(kāi)關(guān)采集組合開(kāi)關(guān)的旋轉(zhuǎn)位置、車門玻璃的位置、車門開(kāi)關(guān)操作氣缸狀態(tài)等。運(yùn)動(dòng)控制部分包含氣缸、伺服電機(jī)兩種執(zhí)行器，包含4套電源輸出控制。其中氣缸有4套，分別對(duì)4個(gè)實(shí)車門的電動(dòng)玻璃升降器按鈕開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作；伺服電機(jī)通過(guò)夾具，依據(jù)采集的旋轉(zhuǎn)位置對(duì)組合開(kāi)關(guān)的動(dòng)作進(jìn)行控制；電源輸出控制則是在通過(guò)試驗(yàn)臺(tái)直接對(duì)電動(dòng)玻璃升降器電機(jī)供電時(shí)，控制電動(dòng)玻璃升降器電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)上升和下降動(dòng)作［2］。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件的編程語(yǔ)言為C#，采取了自頂向下的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，對(duì)功能獨(dú)立的硬件 （如數(shù)據(jù)采集卡，伺服電機(jī)等）編寫(xiě)了獨(dú)立的類和函數(shù)，不僅方便使用和維護(hù)，還為今后的代碼重用提供了可能，提高代碼的重用率。軟件設(shè)計(jì)了大量可調(diào)參數(shù)，如組合開(kāi)關(guān)的動(dòng)作列表，可以兼容不同廠家的組合開(kāi)關(guān)，兼容性好，功能強(qiáng)大。

3.1 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

本系統(tǒng)使用面向?qū)ο蟮慕Y(jié)構(gòu)化、模塊化設(shè)計(jì)方法，將整個(gè)系統(tǒng)抽象成幾個(gè)硬件控制類和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類，并使用了表義的變量命名規(guī)則，方便使用、維護(hù)和調(diào)試。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框圖見(jiàn)圖5。

其中，控制類為Windows Form類，為程序主窗口和動(dòng)作設(shè)定窗口的載體，并負(fù)責(zé)控制和采集數(shù)據(jù)。硬件類分別為實(shí)際硬件抽象出來(lái)的功能類：ServoMotor類為伺服電機(jī)的功能類，PCI1718類為研華數(shù)據(jù)采集卡PCI-1718的功能類，WindowMotion為氣缸電磁閥和磁性開(kāi)關(guān)的功能類，Ini為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類。每個(gè)類的功能相對(duì)獨(dú)立，類與類之間的數(shù)據(jù)傳遞由類內(nèi)的公共函數(shù)以及封裝的公共變量完成。

3.2 類設(shè)計(jì)及類結(jié)構(gòu)

每個(gè)控制類或硬件類均包含特定的功能函數(shù)以及變量。其中，可以由其他類調(diào)用的為公共屬性，否則為私有屬性，最大程度地防止功能或數(shù)據(jù)混亂情況的出現(xiàn)［3］。各個(gè)類的封裝變量和函數(shù)列表如圖6所示。

下面對(duì)重要的類的主要屬性和函數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)介。

1）ServoMotor類：①CorrectMove函數(shù)：控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)指定角度。②MotionDI，MotionDO函數(shù)：設(shè)置或讀取運(yùn)動(dòng)控制卡自帶的數(shù)字量輸入、輸出值。

2）PCI1718類：①ActionMove函數(shù)：根據(jù)預(yù)設(shè)動(dòng)作列表完成組合開(kāi)關(guān)的某一個(gè)步驟運(yùn)動(dòng)。②Cylinder函數(shù)：控制氣缸運(yùn)動(dòng)函數(shù)。③MoveCylinder，PauseCylinder函數(shù)：手動(dòng)調(diào)試氣缸函數(shù)。

3）Form1類：①SwitchStart函數(shù)：控制組合開(kāi)關(guān)試驗(yàn)開(kāi)始。②SwitchStop函數(shù)：控制組合開(kāi)關(guān)試驗(yàn)停止 （正?；虍惓ＭＶ梗?。③StartCylinderExperiment函數(shù)：控制電動(dòng)玻璃升降器試驗(yàn)開(kāi)始。④StopCylinder Experiment函數(shù)：控制電動(dòng)玻璃升降器試驗(yàn)停止。

4 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)基于C#、運(yùn)動(dòng)控制卡MPC2810和伺服電機(jī)MSME082G1U+MCDHT3530開(kāi)發(fā)，可以完成組合開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)向燈控制桿、刮水控制桿、時(shí)鐘彈簧、電動(dòng)玻璃升降器的耐久性試驗(yàn)，自系統(tǒng)投入運(yùn)行以來(lái)，完成了組合開(kāi)關(guān)，電動(dòng)玻璃升降器開(kāi)關(guān)數(shù)十次實(shí)車負(fù)載試驗(yàn)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

［1］田宇.伺服與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［M］.北京：人民郵電出版社，2010：60.

［2］廖曉鐘.控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2008：44.

［3］李春葆.C#程序設(shè)計(jì)教程［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2010：50.