汽车滑移门耐久台架耐久试验装置设计

陈勇强，卢厚柱，何程远，黄鹏，王均天

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州545005）

汽车滑移门耐久台架耐久试验装置设计

陈勇强，卢厚柱，何程远，黄鹏，王均天

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州545005）

介绍一种汽车滑移门耐久试验装置的开发与设计，主要利用搭建台架的方式，再运用PLC程序来实现台架的自动化控制，来完成滑移门的耐久试验任务，发现滑移门潜在的故障，为设计提供整改依据。

滑移门；耐久；台架

汽车两侧门是汽车的重要组成部分，车门的性能关系到车内乘客和货物的安全，而车门的耐久性能关系到车门自身能否发挥其作用的重要指标；设计汽车滑移门耐久试验台架，基本要求有：（1）要模拟司乘人员对滑移车门的实际操作；（2）要能实现自动化技术；（3）不允许对车门系统产生额外的破坏；（4）低成本，能满足试验要求和现场管理要求[1]。当前国内外在开展车门的耐久性能试验时，采用的是钢铁焊接钢铁的方法，该方法工序复杂，带有危险性，操作难度大，同时不具备通用性，效果极不理想。本文选择针对当前滑移门耐久试验过程中出现的问题，设计了一套耐久试验台架。

1 设计的主要原理

本文针对滑移门的耐久试验需求对试验所需台架进行了开发设计，本着滑移门的试验特点：车门的主要动作是解锁、开门和关门，所以所设计的台架必须满足并实现这三个基本动作；而在解锁，开门和关门时，其各自有最大操作力的要求，所以该台架所用到的执行元件的作用力大小必须能实现可控；还要根据现场管理要求，台架要整洁美观，易于保养，能转移和定位，性价比高等要求。

2 台架结构设计

2.1 结构方案

为了满足现场要求，设计滑移门耐久试验台架选择采用铝合金型材作为最初的原材料，主要因为：

（1）铝合金型材是大众化材料，价格不高，容易采购；

（2）铝合金型材是铝制品，不容易生锈，容易保养；

（3）铝合金型材上有专门的T型槽，方便拆装；

（4）铝合金型材重量轻，不需要太多的劳动力一起配合即可开展[2]；台架结构组成见图1.

图1 滑移门耐久试验台架结构组成

首先搭建基架10，为了方便整个台架的移动，基架完成之后，要在基架上安装四个万向脚轮，因为白车身较重，同时根据试验要求，试验分高温、低温、高湿等多个阶段，所以所采用的万向脚轮必须是承重型，并且耐高低温，防腐，还要带刹车功能，以便固定整个台架，将白车身放置并固定在基架上，然后根据滑移门的位置现场安装固定台架的其他部分。

驱动车门来回移动的装置采用气缸，原因有：（1）气缸的能量来源是压缩空气，公司厂房都配备右压缩空气管；（2）试验有多种不同环境下阶段，而不同的环境对气缸的性能产生的影响远远小于对其他元件（如电缸，油缸等）的影响；（3）气缸使用寿命长，能节约成本。选择两个气缸实现对车门的三个动作，即一个气缸负责实现解锁动作，另外一个气缸负责实现开门和关门动作。为了确保气缸能实现车门的操作，同时又能避免气缸以及车门的被破坏，在现场加工了一些工装夹具来辅助整个台架功能的实现，如手柄工装、支架及解锁接点等。因为滑移门的开关门路径并不是直线的，而台架所采用的滑轨是直线的，为了避免试验过程中对车门和台架产生干涉，碰撞而引起破坏，车门与滑轨之间保持有绝对的安全距离，车门与滑块之间的连接采用万向连接，所以在支架4与滑块之间采用转轴连接，摆杆1与滑块之间采用铰链连接。采用这种方式可以实现万向摆动，避免车门在运动过程中与滑轨发生相对运动时产生对台架以及车门的破坏；同时确保台架配件能牢固安装在台架上，优化试验效果。

2.2 气缸计算

滑移门是直线开门和关门，车门的运动行程都很长，如果采用长气缸，则会引起气缸容易变形；为了保护气缸，采用类似曲柄滑块原理，将圆周运动转化为直线运动，避免了采用长气缸，从而实现了对气缸的保护，具体为：在门边安装一根滑轨1，滑轨1上安装滑块，滑块与车门连接，通过控制滑块的运动来实现车门的开关，而另外还有一根滑轨2连接滑块，滑块均能够相对滑轨1和滑轨2来回滑动；气缸来回驱动滑轨2来回运动，滑轨2在来回运动的同时，与带动滑块一起运动，而由于滑轨1对滑块的作用，即就能将气缸的伸缩运动转化成车门的来回运动，因为气缸2在安装过程中要求与滑轨1平行，根据相似三角形原理，可以确定气缸2的安装位置：摆杆2的运动行程很短，可以将其运动的弧线近似看成直线，假设气缸2与摆杆2之间的绞点在开门初始位置为A1，开门结束位置为A2，摆杆2与滑块绞点在门开初始时为B1，在门开结束位置时为B2，摆杆2与支架固定点为O，气缸平行与摆杆1安装，见图2.

图2 机构简图

由此可知，

所以，

而OB1、B1B2的长度可直接测量得，有所选气缸的型号可知A1A2长度，所以可得气缸2的安装位置。

为了保证车门的最大开启力、最大关门力和最大解锁力，确保车门合手柄在设计要求范围内开启和关闭，以最大开门力的计算为例，同样根据平行三角形原理；假设气缸对摆杆2的拉力为F2，滑块对车门的拉力为F1，根据平行三角形原理，可知：

OA1、OB1的长度均可由上得知，F1的大小根据设计取得，由此可得F2大小。

再根据气缸的型号可得气缸的缸径，例如所选择的气缸型号为CG1BN20-75-XB7，可知气缸的缸径为20 mm，行程75 mm，所以可假定气缸2的大腔缸径为D2，气缸的杆径为d2，F2的大小是由气缸的小腔产生，用游标卡尺可测量杆径大小，根据小腔气缸压力大小的计算公式：

而F的大小由公式（3）可得，所以可得气缸2的最大压力P，可根据此设定气压阀，以确保车门在设定的最大开启力范围内开门；最大关门力的计算方法类似于最大开门力的计算方法。而最大解锁力的大小计算方法则可直接根据公式（4），公式（6）计算得到。

3 台架控制程序设计

本台架需要实现的主要功能是：解锁—开门—关门这三个动作，中间加入调压阀，节流阀等辅助元件。针对功能需求，采用PLC程序，因为PLC可编程控制器是通过储存在存储器中的程序实现控制功能，同一台控制器还可以用于不同的控制对象，灵活，通用性强；通过控制气路系统来实现对动作器的控制，以完成对车门的开关控制，实现台架的机电一体化功能，不仅可以完成台架的自动控制，自动计数，同时还能够实现自动循环等功能[3]。相应的控制过程如图3所示。

图3 台架功能控制流程

PLC程序控制的梯形图如图4.

图4 解锁控制过程PLC梯形图

其他开门和关门过程的梯形图同理。

以上为实现耐久试验的一个过程，一个过程完成之后，利用PLC程序的自动循环指令，将该过程又重新开始，同时加入计数累计指令，将试验次数累计，直至完成要求试验次数最终台架搭建效果，如图5所示。台架设计完成之后，目前已经完成公司下达的不少于十个滑移门项目的耐久试验，在试验过程中对台架的检查结果中可知，台架能满足对整个试验的要求，不仅能确保解锁力、开关门力的大小和方向均在设计要求的范围内执行，同时每一次开关门都能够真实模拟司乘人员实际对滑移门的开关情况，试验过程中也发现了很多问题，这些问题为设计部门整改车门系统提供了依据和方向。

图5 滑移门耐久试验台架

4 结束语

车门的耐久性能关系到车门自身能否发挥其作用。针对汽车滑移门耐久试验需求，设计了耐久试验台架。本台架采用铝合金为原材料搭建，采用PLC控制程序实现控制，利用PLC程序自动控制、自动计数和自动循环，每一次均能够精确到位，减轻了工作人员的工作强度；相比于其他企业的滑移门耐久试验台架，本台架具有结构简单，低成本，功能性强，能满足试验的要求，所采用的铝合金型材不易生锈，易于日常保养，采用PLC程序控制可实现自动化精确控制，减轻工人的工作强度；台架牢固可靠，只要平时做好维护保养工作，台架在试验过程中出现的异常很少。经过多次试验验证后，台架耐久性能高，目前经过得到多位专家的高度评价，并且已经申请到了国家专利，相信将来能在不断创新的台架设计领域中发挥自身的优势，被更多的汽车企业所认可。

[1]付百学.汽车试验技术[M].北京：北京理工大学出版社，2007.

[2]傅强.汽车机械基础[M].上海：同济大学出版社，2009. [3]公利滨.欧姆龙PLC培训教材[M].北京：中国电力出版社，2012.

[4]（德）理查德（Richard，F.）.现代汽车技术[M].北京：机械工业出版社，2010

[5]闻邦椿.机械设计手册[M].5版.北京：化学工业出版社，2010.

Design of Durability Test Bench for Auto Sliding Door

CHEN Yong-qiang，LU Hou-zhu，HE Cheng-yuan，HUANG Peng，WANG Jun-tian
（SAIC GM Wuling Automobile Limited by Share Co.,Ltd.，Liuzhou Guangxi 545005，China）

This paper mainly introduces a kind of development and design of durability test platform for automobile sliding door.The main way to build a platform，and then using PLC program to realize the automatic control of the platform，to finishing the durability test requirements for sliding doors，and then realizing the durability of sliding door

sliding door；durability；platform

U463.83

A < class="emphasis_bold">文章编号：1

1672-545X（2017）05-0078-04

2017-02-08

陈勇强（1988-），男，广西人，本科，助理工程师，研究方向：零部件子系统耐久试验；卢厚柱（1987-），男，广西人，本科，技术员，研究方向：门盖系统耐久试验；黄鹏（1990-），男，湖南人，本科，助理工程师，研究方向：零部件子系统耐久试验；何程远（1986-），男，广西人，本科，助理工程师，研究方向：零部件子系统耐久试验；王均天（1986-）男，贵州人，本科，助理工程师，研究方向：零部件子系统耐久试验。