汽车后视镜耐疲劳实验台设计与研制

王乔穆　程云祺　刘俊岐

摘 要：汽车后视镜旋转性能测试是在国家强制检测项目外，又一考核后视镜基本性能的重要试验项目，但缺少研制检测设备的生产厂商，研制一种通用性强、全自动无人值守的实验设备具有重要的实用价值。文章基于国家标准和行业标准的一些要求，设计了一套后视镜翻转耐疲劳实验台，本实验台的机械结构设计具有很强的针对性，后视镜夹具设计合理，通用性强，易于装夹和操作，规避了由于后视镜外壳曲线不规则带来的实验困难，完全能够达到实验要求和实验目的。

关键词：汽车后视镜；耐疲劳实验；自动测试

文章的研究是针对汽车外后视镜折叠翻转疲劳实验，实验设备能自动完成测试过程，全项试验无需测试人员手动操作后视镜进行任何动作，主要是测试左右后视镜在不同温度条件下固定翻转次数的耐疲劳寿命是否达标。本系统由机械部件、软件控制系统等组成。

1 机械结构总体设计

实验台能够满足所有汽车厂商不同后视镜的尺寸要求，为了能够将不同汽车后视镜固定在实验台上，为此我们采用了在后视镜固定基座上打孔，螺钉紧固的方法固定测试后视镜。基座打孔位置参考厂方提供的后视镜型号尺寸。为了让后视镜在设定好的位置自动旋转，我们在工作台上加装了伺服电机，由于实验温度分别为-40℃、+23℃±5℃、+55℃三种不同温度，因此需要将实验台放入恒温设备中进行各项实验。无论是在机械结构还是硬件线路上都要经得起高低温的的考验，特别是传动环节，我们最后采用了伺服电机直接驱动，确保了传动稳定性，并且有一定的传动容错性，这给具有较大冲击负载的耐疲劳实验提供了性能保障。

在测试过程中，探测后视镜旋转位置时，我们使用了霍尔传感器探测后视镜的旋转位置，使用霍尔传感器的好处就是非接触探测，不会因为后视镜的卡位冲击对探测器件造成信号不稳定因素，也使硬件线路设计起来更加简单，降低了成本。本系统机械结构简单、可靠。机械部件包括：工作电机、待测后视镜、后视镜固定板、后视镜拨杆及其支架、分别位于旋转极限位置的两个霍尔感应装置等。工作时，工作电机转动带动拨杆推动后视镜转动实现后视镜正、反方向运动。

2 电路控制系统设计

该设计中的电路控制系统包括硬件电路的设计与软件程序的设计。硬件电路由六部分组成，分别是电源单元、电机驱动单元、控制器单元、检测单元、显示单元及编码器单元。当系统工作时，单片机输出信号输出驱动单元，从而控制电机的运动过程。驱动电机带动随动拨杆使后视镜转动，在电机的转动轴上安装旋转编码器来跟踪后视镜转动的实际位置，利用霍尔接近开关检测后视镜转动的次数，并将检测到的数据通过显示单元显示出来。系统整体框图如图1所示。

3 硬件设计

硬件设计包括单片机最小系统设计、电机驱动电路设计、码盘信号提取信号设计、显示电路设计。下面主要讲解电机驱动电路与码盘信号提取信号电路的组成及其原理。电机驱动电路选用了由CD4011，P沟道IRF4905芯片和N沟道IRF3205设计的H桥驱动电路。场效应管具有内阻极小、开关速度快等诸多优点，且方便加散热片。场效应管是电压驱动器件，只要栅极电压稍高一点就能使芯片导通，单片机P口输出的电压不太够，所以还要增加栅极驱动电路，可以用coms与非门，例如CD4011，场效应管P沟道用IRF4905，N管用IRF3205，受到P管电流限制，整个电路最大电流可达为74A，满足系统的要求。

旋转编码器通过内部两个光敏接受管转化其角度码盘的时序和相位关系如图3所示。得知旋转编码器的A相与B相的关系之后，可通过D触发器和逻辑与门的处理（如图4所示）得到电机转动的信号。当电机正转的时候，A相位超前于B相位，所以D触发器的1脚输出始终未高电平“1”，D触发器的2脚始终输出低电平“0”。因此端口1输出方波信号，端口2一直输出低电平。当电机反转的时候，A相位滞后于B相位，所以D触发器的1脚输出始终未高电平“0”，D触发器的2脚始终输出低电平“1”。因此端口2输出方波信号，端口1一直输出低电平。在结合单片机后，通过对比检测两个端口信号的变化可区分电机的正反转。

4 软件设计

系统的软件部分使用mega16单片机作为主控芯片，系统上电初始化之后首先进行霍尔检测，检测后视镜是否经过安装霍尔元件的位置，若经过则系统进入中断，后视镜耐疲劳实验次数加1。打开电机的开关，调节好电机的速度，单片机检测旋转编码器输出的脉冲个数，经过数据处理之后可以得出后视镜所处的位置，单片机依次往复循环。整个实验进行的过程中显示部分会实时显示后视镜的位置以及后视镜转过的次数。