[摘要] 四門兩蓋耐久試驗(yàn)系統(tǒng)采用電動(dòng)-氣缸控制的方式，實(shí)現(xiàn)汽車四門兩蓋系統(tǒng)開(kāi)閉耐久試驗(yàn)過(guò)程的開(kāi)關(guān)門控制，在耐久試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)四門兩蓋開(kāi)閉過(guò)程中的關(guān)鍵性能參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控、采集和計(jì)算，并通過(guò)人機(jī)界面顯示出來(lái)，為車門系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供界面及數(shù)據(jù)支持，最后通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程參數(shù)采集、數(shù)據(jù)分析、故障解析，希望為車門試驗(yàn)系統(tǒng)帶來(lái)更大的便利。

[關(guān)鍵詞] 四門兩蓋；耐久試驗(yàn)；實(shí)時(shí)監(jiān)控；遠(yuǎn)程監(jiān)控

中圖分類號(hào)：U467.497 " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A " " 文章編號(hào)：1003—8639（2023）07

Research on Durability Test Strategy of The Four Doors and Two Covers of Vehicle

LIU Jun-ming，TAN Li-long，JIANG Wei

（Aisn Auto Ramp;D Co.，Ltd.，Changsha 410000，China）

[Abstract] The test system of electric-cylinder control method，can control opening and closing of the four doors and two covers of vehicleaccurately in the durability test；the key performance parameters of the opening and closing process will be collected and calculated during durability test，and displayed through the human-machine interface，which help to optimize the design of the door system；The parameters will be Collected，calculated，and analysed through Remote Intelligent Monitoring System，which can bring great convenience to the door test system.

[Key words] "four doors and two covers of vehicle；durability test；real time monitoring；remote intelligent monitoring system

收稿日期：2023-05-29

作者簡(jiǎn)介：劉俊明（1984—），女，碩士，工程師。

汽車車門是汽車車身的重要組成部分，

為車內(nèi)乘員提供出入車輛的通道，同時(shí)與車身形成密閉空間，在隔絕車外干擾的同時(shí)，可以在一定程度上減輕車輛側(cè)面撞擊，達(dá)到保護(hù)乘員安全的作用。車門的好壞，很大程度上取決于車門的防撞性能及開(kāi)閉耐久性能。作為使用頻率較高的開(kāi)閉件而言[1]，在實(shí)際使用過(guò)程中，車門作為車內(nèi)乘員出入車輛的通道[2]，由于反復(fù)開(kāi)關(guān)，會(huì)發(fā)生疲勞破壞等問(wèn)題，因此，在汽車設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，汽車車門開(kāi)閉耐久性能已然成為評(píng)價(jià)汽車品質(zhì)好壞的重要指標(biāo)[3]。本論文汽車車門開(kāi)閉耐久性能是通過(guò)車門開(kāi)關(guān)耐久試驗(yàn)來(lái)評(píng)估的。

1 "四門兩蓋試驗(yàn)需求分析

1） 試驗(yàn)系統(tǒng)可以模擬乘員上下車、打開(kāi)前艙蓋及尾門時(shí)的開(kāi)關(guān)門操作流程，能兼顧車門開(kāi)關(guān)時(shí)長(zhǎng)和存儲(chǔ)試驗(yàn)次數(shù)，并及時(shí)判斷試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的故障。

2） 在不破壞汽車本體結(jié)構(gòu)的前提下，搭建耐久試驗(yàn)臺(tái)架。為滿足不同車型的試驗(yàn)需求，試驗(yàn)系統(tǒng)搭建和拆卸需方便、靈活[4]。

3） 完整的前后門開(kāi)閉耐久試驗(yàn)需求為10萬(wàn)次，其中內(nèi)開(kāi)5萬(wàn)次，外開(kāi)5萬(wàn)次。試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)和每完成10000個(gè)循環(huán)時(shí)需測(cè)量車門15°開(kāi)度時(shí)車門上標(biāo)記的高度，對(duì)比歷次數(shù)據(jù)計(jì)算的下沉量，試驗(yàn)頻率為5次/分鐘。

4）完整的汽車前艙蓋開(kāi)閉耐久試驗(yàn)需進(jìn)行1萬(wàn)次試驗(yàn)，試驗(yàn)頻率為2次/分鐘。

5）完整的汽車尾門開(kāi)閉耐久試驗(yàn)需進(jìn)行3萬(wàn)次試驗(yàn)，試驗(yàn)頻率為2次/分鐘。

2 "試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)上述試驗(yàn)需求，本文設(shè)計(jì)一種氣壓缸電動(dòng)控制的四門兩蓋開(kāi)閉耐久試驗(yàn)系統(tǒng)來(lái)滿足試驗(yàn)需求。該試驗(yàn)系統(tǒng)主要由人機(jī)交互（顯示屏）系統(tǒng)、電動(dòng)控制單元系統(tǒng)、氣壓缸系統(tǒng)、動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)及位置開(kāi)關(guān)組成。四門兩蓋試驗(yàn)系統(tǒng)框圖如圖1所示。電動(dòng)控制單元系統(tǒng)控制電磁閥通斷電，從而控制氣壓缸系統(tǒng)，氣壓缸內(nèi)氣壓的變化帶動(dòng)四連桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)車門的開(kāi)閉。同時(shí)，位置開(kāi)關(guān)將獲取的門的位置信息通過(guò)CAN總線及時(shí)傳送給電動(dòng)控制單元系統(tǒng)，便于電動(dòng)控制單元系統(tǒng)對(duì)氣壓缸系統(tǒng)的閉環(huán)控制，確保試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)四門兩蓋開(kāi)閉位置的精確控制。顯示屏系統(tǒng)可以顯示四門兩蓋的測(cè)試狀態(tài)，比如試驗(yàn)暫停、測(cè)試中、故障以及測(cè)試次數(shù)。

圖1 "四門兩蓋試驗(yàn)系統(tǒng)框圖

2.1 "動(dòng)力傳遞結(jié)構(gòu)

動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)主要包括固定支架、氣動(dòng)系統(tǒng)、四連桿轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和其他輔助機(jī)構(gòu)等5個(gè)部分。其機(jī)械結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 "機(jī)械結(jié)構(gòu)圖

固定支架通過(guò)螺栓分別支撐在車身底部、兩側(cè)面及車身前后面，而四連桿轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)螺栓固定在支架上。四連桿轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)系統(tǒng)與車門相對(duì)角度的調(diào)節(jié)，旋轉(zhuǎn)角度為360°。

電動(dòng)控制單元系統(tǒng)控制電磁閥的通斷電，氣體通過(guò)空氣壓縮機(jī)進(jìn)入氣缸內(nèi)，推動(dòng)氣缸塞運(yùn)動(dòng)，氣缸塞靠硬性連接推動(dòng)四連桿旋轉(zhuǎn)，四連桿靠硬性連接帶動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)車門的開(kāi)閉。氣動(dòng)系統(tǒng)包括電磁閥、空壓機(jī)、氣缸塞、氣缸及進(jìn)排氣管。傳動(dòng)系統(tǒng)將四連桿系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為傳到輔助件，輔助件與車門把手連接，帶動(dòng)車門的開(kāi)閉。為了減少四門兩蓋關(guān)閉時(shí)產(chǎn)生巨大的沖擊力，在傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置緩沖裝置，這樣大大降低了試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)汽車四門兩蓋的機(jī)械損壞。為了更好地監(jiān)測(cè)門的開(kāi)閉狀態(tài)，門內(nèi)測(cè)安裝門狀態(tài)以及開(kāi)關(guān)監(jiān)測(cè)門的開(kāi)閉狀態(tài)。

2.2 "電動(dòng)控制單元系統(tǒng)

電動(dòng)控制單元系統(tǒng)主要包括門臺(tái)架測(cè)試控制器、人機(jī)交互界面（顯示屏）、低壓供電系統(tǒng)和線束系統(tǒng)。各個(gè)系統(tǒng)之間連接采用線束連接方式，人機(jī)交互界面（顯示屏）與門臺(tái)架測(cè)試控制器通過(guò)CAN總線進(jìn)行通信。 電動(dòng)控制系統(tǒng)圖如圖3所示。

圖3 "電動(dòng)控制系統(tǒng)圖

人機(jī)交互界面為觸摸屏，其軟件界面采用組態(tài)軟件搭建，可以對(duì)試驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和監(jiān)測(cè)，對(duì)試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和調(diào)試，同時(shí)有對(duì)試驗(yàn)日志進(jìn)行記錄保存等功能。

門臺(tái)架測(cè)試控制器為用32位英飛凌可編程控制器，用C++進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層控制，主要負(fù)責(zé)電磁閥的通斷電控制，控制氣缸的往返運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)四門兩蓋的開(kāi)閉運(yùn)動(dòng)。門臺(tái)架測(cè)試控制器把門狀態(tài)開(kāi)關(guān)信號(hào)的處理及判斷，通過(guò)CAN總線向顯示屏發(fā)送。

具體控制過(guò)程為：門臺(tái)架測(cè)試控制器通過(guò)CAN總線接收來(lái)自人機(jī)交互界面的預(yù)設(shè)參數(shù)，首先通過(guò)硬線信號(hào)控制電磁閥的一端通電，另一端斷電，控制氣缸運(yùn)動(dòng)，氣缸帶動(dòng)四連桿轉(zhuǎn)動(dòng)，然后通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)四門兩蓋運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)汽車車門的開(kāi)啟或關(guān)閉，并通過(guò)門狀態(tài)開(kāi)關(guān)輸入的開(kāi)關(guān)信號(hào)確認(rèn)車門實(shí)際打開(kāi)或關(guān)閉后，再切換電磁閥兩端的通電狀態(tài)，最后門臺(tái)架測(cè)試控制器通過(guò)CAN總線把門當(dāng)前狀態(tài)發(fā)送到人機(jī)交互界面，顯示門狀態(tài)。

3 "控制方案設(shè)計(jì)

3.1 "四門兩蓋系統(tǒng)試驗(yàn)控制策略方案

通過(guò)人機(jī)交互界面設(shè)置測(cè)試需求，通過(guò)CAN總線發(fā)送給門測(cè)試控制器，門測(cè)試控制器根據(jù)需求控制電磁閥通斷電來(lái)帶動(dòng)氣缸運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)四連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)回運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)門的開(kāi)閉動(dòng)作。

根據(jù)門位置傳感器信息，建立開(kāi)關(guān)門試驗(yàn)閉環(huán)控制系統(tǒng)。門位置傳感器反饋狀態(tài)為高電平，則表示門為完全關(guān)閉狀態(tài)。接下來(lái)開(kāi)始執(zhí)行開(kāi)門動(dòng)作，待門完全打開(kāi)時(shí)，另外一個(gè)門位置傳感器反饋高電平狀態(tài)，則表示門為完全打開(kāi)狀態(tài)。以此反復(fù)，進(jìn)行往復(fù)試驗(yàn)控制。門閉環(huán)控制策略圖如圖4所示。

圖4 "門閉環(huán)控制策略圖

3.1.1 "四門系統(tǒng)耐久試驗(yàn)控制過(guò)程

四門系統(tǒng)進(jìn)行耐久試驗(yàn)時(shí)的整個(gè)過(guò)程為：機(jī)械解保險(xiǎn)→外開(kāi)拉手解鎖→打開(kāi)側(cè)門→關(guān)閉側(cè)門并鎖止→保險(xiǎn)手柄上保險(xiǎn)→保險(xiǎn)手柄解保險(xiǎn)或者內(nèi)開(kāi)拉手解保險(xiǎn)→內(nèi)開(kāi)拉手解鎖→打開(kāi)側(cè)門→關(guān)閉側(cè)門并鎖止→機(jī)械上保險(xiǎn)。此過(guò)程為1個(gè)循環(huán)，頻次為2～3個(gè)循環(huán)∕分鐘，其中1個(gè)循環(huán)中開(kāi)關(guān)門2次。

3.1.2 "前艙蓋耐久試驗(yàn)控制過(guò)程

前艙蓋系統(tǒng)進(jìn)行耐久試驗(yàn)時(shí)的整個(gè)過(guò)程為：一道鎖止解鎖→安全鉤解鎖→打開(kāi)前艙蓋→關(guān)閉鎖止前艙蓋。此過(guò)程為1個(gè)循環(huán)，頻次為2個(gè)循環(huán)∕分鐘，其中1個(gè)循環(huán)中開(kāi)關(guān)前艙蓋1次。

3.1.3 "后蓋系統(tǒng)耐久試驗(yàn)控制過(guò)程

后蓋系統(tǒng)進(jìn)行耐久試驗(yàn)時(shí)的整個(gè)過(guò)程為：機(jī)械解鎖→打開(kāi)后蓋→關(guān)閉并鎖止后蓋。此過(guò)程為一個(gè)循環(huán)，頻次為2個(gè)循環(huán)∕分鐘，其中1個(gè)循環(huán)中開(kāi)關(guān)后蓋1次。

通過(guò)人機(jī)交互界面實(shí)時(shí)顯示四門兩蓋的測(cè)試次數(shù)、開(kāi)關(guān)門狀態(tài)以及故障狀態(tài)。利用遠(yuǎn)距離通信和信息科學(xué)技術(shù)，通過(guò)4G模塊，為試驗(yàn)提供遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程查詢、遠(yuǎn)程控制、監(jiān)測(cè)故障等服務(wù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)門測(cè)試系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。通過(guò)遠(yuǎn)程控制方式，可以讓試驗(yàn)人員隨時(shí)可以監(jiān)測(cè)和控制試驗(yàn)過(guò)程，例如在發(fā)生故障時(shí)，可以遠(yuǎn)程停止測(cè)試、分析數(shù)據(jù)并處理故障，增加了試驗(yàn)系統(tǒng)的靈活性。

3.2 "控制模型仿真

門控制器上電初始化后狀態(tài)為2，接收到人機(jī)交互系統(tǒng)的開(kāi)始測(cè)試請(qǐng)求后，外開(kāi)門解鎖電磁閥通電，解鎖氣缸運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入解鎖狀態(tài)，此時(shí)狀態(tài)為4；解鎖完成后，開(kāi)門電磁閥通電，開(kāi)門氣缸運(yùn)動(dòng)，通過(guò)機(jī)械四連桿機(jī)構(gòu)打開(kāi)車門，進(jìn)入狀態(tài)6；車門完全打開(kāi)后，關(guān)門電磁閥通電，氣缸推動(dòng)機(jī)械四連桿運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)門關(guān)閉，進(jìn)入狀態(tài)12；門狀態(tài)反饋開(kāi)關(guān)狀態(tài)為1后，內(nèi)門鎖電磁閥通電，解鎖電磁閥通電，進(jìn)入解鎖狀態(tài)，此時(shí)狀態(tài)為10；解鎖完成后，開(kāi)門電磁閥通電，開(kāi)門氣缸運(yùn)動(dòng)，通過(guò)機(jī)械四連桿機(jī)構(gòu)打開(kāi)車門，進(jìn)入狀態(tài)8；車門完全打開(kāi)后，關(guān)門電磁閥通電，關(guān)門氣缸運(yùn)動(dòng)，通過(guò)四連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)門關(guān)閉，此時(shí)狀態(tài)為7。到此，完成側(cè)門的1個(gè)測(cè)試循環(huán)。以此往復(fù)循環(huán)，完成四門兩蓋的測(cè)試要求。側(cè)門控制開(kāi)閉流程仿真結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 "側(cè)門控制開(kāi)閉流程仿真結(jié)果

4 "結(jié)論

本文通過(guò)仿真試驗(yàn)，提出的四門兩蓋開(kāi)閉耐久試驗(yàn)系統(tǒng)完全可以滿足試驗(yàn)需求，同時(shí)可適應(yīng)不同車型、不同工況的車門耐久試驗(yàn)；通過(guò)位置閉環(huán)控制，保證了車門開(kāi)關(guān)門的位置反饋精度，提高了試驗(yàn)結(jié)果的精確性；通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控試驗(yàn)的運(yùn)行狀況，不僅提高了試驗(yàn)效率，同時(shí)也提高了試驗(yàn)過(guò)程的安全性；通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控，大大提高了試驗(yàn)系統(tǒng)的靈活性。

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