汽车四门两盖耐久性试验装置研发

项肇宏, 曹建永, 倪 佳

Xiang Zhaohong, Cao Jianyong, Ni Jia

（国家机动车产品质量监督检验中心，上海 201805）

0 引 言

车门、发动机盖和行李箱罩盖是汽车车身的重要组成部分，汽车车门的疲劳寿命关系到车内乘员和车外行人的生命安全。如果行驶过程中车门自动打开，后果不堪设想，即使车门没有自动打开的现象，但在使用过程中出现变形，车门的密封性会受到巨大影响，因此对车门及罩盖操作性能测试是汽车开发过程中的一个重要环节。目前不少汽车制造企业和研究机构都建立了相应的四门两盖试验台，针对试验台的难点——前后盖的开合，很多采用两级气缸来实现动作，但是这种设计的机械机构和电器控制均较为复杂，转臂的回转中心与前后盖铰链回转中心很难保持一致，试验效果差。

文中通过导轨弹簧真空吸盘安装组件的研究及四门两盖试验台的设计，有效地解决上述问题。通过试验验证，研发的试验台能更好地满足试验要求，具有较好的综合性能。

1 四门两盖试验台

汽车四门两盖耐久性试验台是一套可在整车状态下同时对汽车门盖（左前门、右前门、左后门、右后门、发动机盖或前盖、行李箱盖或后盖）进行耐久性试验的装置。

汽车四门两盖耐久性试验台主要由支撑车身及汽车四门两盖开合机构的机架、车身两侧的四门开合机构、车身前后的前后盖开合机构、前后盖开合机构悬臂杆上的前后盖导轨弹簧真空吸盘组件等组成，如图1所示。

1.1 四门两盖开合机构的机架

四门两盖开合机构的机架主要由 4个落地受力安装座、2根安装横梁和2套门盖开合机构安装架等组成。在试验安装时，2根安装横梁套在4个落地受力安装座中，车身坐落在 4个落地受力安装座的安放槽中，2套门盖开合机构的安装架安装在车身两侧的安装横梁上，如图2所示。

汽车的四门开合机构和前后盖开合机构安装在车身开合机构安装架的相应位置上，四门两盖的开合机构位置根据车型不同而变化，试验机架采用铝合金型材制作，铝合金型材本身具有滑槽，滑槽内的 T型螺钉方便安装调整四门两盖开合机构的安装位置，具有适用试验车型广等优点。

1.2 前后盖开合机构

汽车前后盖的开合机构（如图 3所示）安装在车身一侧，采用气缸推动双臂杆，使开盖悬臂杆上下翻转，带动前后盖开合，避免部分试验台采用在试验车身的两侧分别安装转臂，用气缸驱动转臂工作时，如果两边气缸运行速度不一致，将使气缸运行受阻，机架扭曲，造成设备损坏。

1.3 导轨弹簧真空吸盘组件

汽车前后盖开合机构的连接，采用导轨弹簧真空吸盘安装组件的柔性设计，可使车身的前后盖铰链与前后盖开合机构转轴中心位置在不同轴心时自动调整真空吸盘位置，使前后盖开合机构安装更加方便，更易实现模仿人工正常的开合前后盖动作，如图4、图5所示。

汽车前盖的试验运行模仿正常的开盖动作，车内有一套气动装置拉开前盖手闸，利用气动装置解开前盖的锁钩，用真空吸盘吸住前盖，掀盖气缸将前盖以一定速度掀开。合上前盖时，将前盖锁钩复位，前盖在前掀盖气缸控制下以一定速度向下，在前盖向下合闭到规定高度位置时，真空吸盘在控制器的作用下，真空度被破坏，使前盖自动落下，达到模仿真实使用的状态——当人工开启前盖到达要求高度后，在关闭前盖过程中，手工将前盖放到一定高度位置松手，使前盖自动落下，达到前盖合闭目的。前盖自动落下的高度可由接近开关（电感式传感器）调整高度位置。

汽车后盖的试验运行模仿正常的后盖动作，利用气动装置解开后盖的锁钩，接着用真空吸盘吸住后盖，最后由一套掀盖气缸将后盖以一定速度掀开，合上后盖时，先将后盖锁钩复位，后盖在后掀盖气缸控制下通过缓冲杆推动后盖达到模仿人工合闭后盖的正常使用状态。

前后盖真空吸盘使用的真空源，是利用压缩空气根据射流原理产生。

1.4 四门开合机构

打开汽车四门时采用先解开门锁，通过水平开门气缸驱动开门臂，由拉门滑块打开车门。由于四门开合机构的开门关节位置与车身开门铰链位置不重合，车门在开门的各角度位置上与开门臂上的受力点位置不同，因此开合机构设计了拉门滑块，使开门受力更合理。关门时先复位门锁，再闭合车门，完全达到模仿开合汽车四门的正常使用状态，如图6所示。

1.5 四门及后盖关闭速度测试

在汽车四门两盖耐久试验中，关闭前盖时，前盖在一定高度情况下自由落下，所以此速度由前盖关闭高度决定；但是四门的关闭和后盖的关闭需要设备控制进行，关闭的速度大小直接决定了车门和后盖对门框碰撞力的大小，因此在试验时要测试关闭四门和后盖的速度。

测试方法：在四门和后盖的边缘分别安装一个光栅，车门或后盖关闭时，光栅经过光电传感器，由光电传感器通过测速仪直接测出速度。图7为四门光栅和光电传感器测速装置示意图。

2 试验控制和故障保护

图8、图9所示分别为前后盖、车门试验运行的控制流程图，在这里不作详细叙述，主要叙述故障判别原理。因为在试验过程中，如果某一环节出现故障，系统不加以判别和停机，会造成试验不真实，容易损坏试件和设备。假设在开门试验中，解锁机构出现故障，锁钩未打开，如果系统没有故障判别和自动停机功能，试验就会继续运行，造成强行执行开门程序，可能会对车门的相关构件或设备造成破坏。

2.1 前后盖试验运行中的故障判别

前后盖试验运行中有合盖位置判别、拉手闸位置判别、解锁位置判别、开盖运行故障判别和关盖运行故障判别等故障判别模式。

前后盖在试验运行中，合盖是每次试验循环结束时的最后1个环节。每次合盖结束后，必须对合盖位置进行判别，如果不判别合盖位置，前后盖位置没有闭合到位，下一循环试验又继续开始的话，那么所有拉手闸第1次解锁功能和解锁钩的第2次解锁功能都成为虚设，试验状态就会不真实。因此每次试验循环开始前，判别合盖位置是否正常是非常必要的。

拉手闸的1次解锁和解锁钩的2次解锁的故障判别也是特别重要的，如果不能正确判别这两种解锁故障，当这些故障出现时，强行执行前后盖的上翻程序，可能造成试件与前后盖的相关零部件或设备损坏。

前后盖合盖位置与拉手闸第 1次解锁位置、解锁钩第2次解锁位置的故障判别方法基本相同，在PLC的控制电路中分别设有1个故障判别时间的定时器，在试验台的相关合适位置各安装了 1个位置传感器。如合盖故障判别，传感器需要安装在前后盖关闭位置下部，用于接收前后盖正常闭合到位信号；而拉手闸故障判别传感器需要安装在能感知到手闸正常拉开时的位置。同样解锁位置故障判别传感器安装在能感知到锁钩正常解开时的位置。

如当试验系统执行合盖程序时，判别合盖位置故障的定时器开始计时，如果前后盖在定时器规定的时间内闭合到正常关盖位置，装在前后盖关闭位置下部的合盖位置判别传感器就能接收到前后盖正常关闭到位信号，控制器接到传感器信号后会控制执行拉手闸试验程序，并关闭合盖位置故障判别定时器计时，在显示屏上显示“合盖正常”。

反之，前后盖在定时器规定的时间内没有关闭到正常合盖位置，控制器在规定的时间内没有收到前后盖正常传感器合盖信号，试验程序（拉手闸）不会启动。当合盖位置传感器在规定的时间内没有正常收到前后盖关闭信号，合盖故障判别定时器会发出故障信号，并报警停止系统工作。拉手闸故障判别和解锁位置故障判别原理与合盖故障判别相同，这里不作详细叙述。

前盖开合运行的故障判别，利用了合盖时的自由落下高度位置传感器，通过它作前盖落下高度位置判别，并作前盖运行故障判别。后盖开合运行的故障判别，利用了后盖合盖测速传感器，因为在运行时，后盖必须通过测速传感器作后盖合盖测速和后盖运行故障判别，判别过程与前相同。前后盖在定时器规定的时间内通过该传感器为正常，反之为故障。

2.2 四门试验的运行控制

四门的各试验流程完全相同，解锁故障判别和控制方法与前后盖解锁故障判别和控制方法相同。开门运行和关门运行的故障判别以及控制方法也与前盖的开盖和关盖的故障判别和控制方法相同。在汽车的四门试验运行中，光电传感器即作故障判别用，又作关门测速用。

3 试验台的特点

四门两盖耐久性试验台的特点是，该装置采用分体结构设计，每个车门和车盖的开合机构可独立工作，根据不同的车型，每个车门和车盖的开合机构的安装位置可方便调整，适用车型广。汽车门盖运行能模仿人员操作动作，在开合车门时，车门的开合机构装有拉门滑块，使开门受力更合理。汽车的前后盖开合机构，采用导轨弹簧柔性设计的真空吸盘组件，使汽车前后盖开合动作更易模仿人员操作动作，安装更加方便。该试验台使用的气缸采用宽温气缸，外包有保温电加热垫，使该试验台能在-40～＋90℃环境下正常工作，符合国际上对此试验通常使用的温度范围；四门的碰撞速度采用节流阀调速，光栅测速，从而控制开关车门的速度，使之符合试验要求；试验台的控制部分采用PLC技术和具有中文人机对话功能的触摸屏技术，电路简单，工作稳定，显示直观，操作方便。

4 结 论

文中自行研发的四门两盖耐久性试验台是运用机电一体化技术控制的车门及罩盖操作测试试验台。该试验台不但能模拟人开关车门及罩盖的顺序动作，还能对开锁力和关门速度进行测控；简化了试验装置安装方法，节约安装时间，解决了翻转臂回转中心与前盖铰链回转中心不易对正的问题，适应各种车型，能满足不同型号车辆在不同环境下的测试功能要求，特别是试验过载时，真空吸盘会因为过载与前盖脱离，保证试件不会因过载而损坏。独立化、柔性化、模块化的设计理念为试验台的进一步开发奠定了良好的基础。

[1]廖常初. PLC编程及应用[M]. 北京：机械工业出版社，2003:29-55.

[2]龚仲华. 三菱FX/Q系列PLC应用技术[M]. 北京：人民邮电出版社，2008：351-374.

[3]李雪梅，曾德怀，丁峰. 真空吸盘的设计与应用[J]. 液压与气动，2004，(3): 48-49.