汽车车门手动玻璃升降器耐久试验台架设计

陈勇强，韦天鹏

汽车车门手动玻璃升降器是汽车的重要组成部分，主要功能有：（1）调整汽车门窗开度大小；（2）保证车门玻璃升降平稳，门窗能随时顺利开启和关闭；（3）当升降器不工作时，玻璃能停留在导轨上的任意位置；（4）解决了乘客观察车外情况需求与确保车门人物的安全的两者之间存在的矛盾[1]。所以手动玻璃升降器耐久性能的好坏直接影响到客户对汽车产品的评价与选择。开发设计一套实用的手动玻璃升降器试验台架对于产品的研发和改进是很有必要的。当前国内外采用的是钢铁焊接的方法，该方法工序复杂，操作难度大，同时不具备通用性，台架搭建成本高，试验效果极不理想。本文选择针对当前手动玻璃升降器耐久试验过程中出现的问题，设计了一套耐久试验台架。

1 台架设计要求

针对手动玻璃升降器耐久试验的试验要求，手动玻璃升降器耐久试验需要驱动手柄转动，手柄转动的同时带动手动玻璃升降器运动，从而带动玻璃上升，玻璃上升到直至切入玻璃导槽之后，仍需要保持堵转一定时间，然后等待一段时间后，电机驱动手柄驱动盘带动手柄反方向转动，手柄反方向转动的同时带动手动玻璃升降器运动，从而带动玻璃下降，玻璃下降到底之后，保持一定的堵转时间，这样就完成了一个循环；试验分成常温、高温、高湿、低温等不同环境阶段。手动玻璃升降器台架设计的原理就是要满足手动玻璃升降器的试验要求，还要尽可能地反馈试验过程中潜在的问题，同时不能对试验样件产生附加的损害。

2 试验台架设计

2.1 材料选择

设计台架时，针对试验台架原材料的选择，对比了几种原材料的优缺点后，选择了铝型材作为台架的原材料，主要因为：（1）铝型材是铝制品，在与空气、水、石油化学体系中以及高温高低等恶劣环境下，具有良好的抗腐蚀性；（2）铝型材上自带有专门的T型槽，方便台架的拆装；（3）铝型材耐脏，且易处理，保养工作简单；（4）铝型材轻巧，搬运方便[2]。确定了台架基本原材料的选择之后，就可以确定台架的基本框架材料。为了模拟更加真实的手动玻璃升降器耐久试验环境，选择将整个车门都固定在试验台架上，同时安装上与手动玻璃升降器运行相关的所有负载，这样可以更加确切的模拟手动玻璃升降器的实际运行环境，达到更好的试验效果，而台架基架大小的确定就以车门的大小为基准。

2.2 动力源方式设计

手动玻璃升降器的实际运行方式是司乘人员用手来摇动的，而在台架中需要选择一种动力来源作为替代司乘人员来驱动台架，该驱动装置需要满足以下几个条件：（1）动力来源需能满足试验要求的扭矩大小；（2）台架动力来源能满足试验要求的高低温环境；（3）该动力来源能实现正反转；（4）该动力来源运行速度大小可调；（5）该动力来源经济实惠，性价比高[3]。综合各个因素考虑，最终考虑使用汽车电动玻璃升降器电机作为该试验台架的驱动装置，因为该电机正是用于电动玻璃升降器用的电机，其扭矩大小，以及匹配高低温环境，正反正功能均是针对玻璃升降器来生产的，而且作为一个汽车生产商，电动玻璃升降器是一个汽车配件，其原材料源源不断，采购成本极低；电动玻璃升降器电机同时也能作为一款电机对待，可以通过调节电流，电压大小达到调整其运行速度，运行扭矩大小，能满足试验要求的几个要求，同时玻璃升降器电机还具有结构简单，安装容易，易于保养等优点，适合当前耐久试验台架的选择。

2.3 驱动装置设计

试验台架的动力源确定之后，还需要选择一个驱动装置，用于与手柄直接接触，带动手柄摇动，选择该驱动装置时，除需要满足台架设计要求，还要满足以下要求：（1）能够将电机能量传递到手柄上；（2）不能够对手柄产生附加的载荷与破坏；（3）重量轻，转动惯量小；（4）经济实惠，性价比高。综合以上几个因素，最终选择采用尼龙板加工成的圆盘来作为该驱动装置，因为相对于金属制品，尼龙盘重量较轻，同时价格便宜，性价比高。为了避免圆盘在运动过程中因为台架安装的误差，手柄与圆盘发生相对运动是而产生对手柄的挤压，在与手柄接触之处加工成长孔，尺寸比手柄摇轮大。为了保持驱动圆盘的平稳性，可以在圆盘上开四个个一样大小的长孔。

基于以上设计，确定台架的结构如图1、图2所示。

图1 汽车手动玻璃升降器耐久试验台架结构组成

图2 圆盘

如2图，在搭建耐久试验台架时，根据车门大小搭建完成台架基架1之后，将车门按照实车固定在汽车上的方式固定安装，安装完成之后，要保证车门在试验过程中不会产生晃动，试验才能够正常进行。在试验过程中，需要对手柄的驱动扭矩进行实时监控，以确保施加在手柄上的扭矩大小满足试验要求，同时也能够保护试验样件免受破坏，所以在试验台架上，需加装扭矩传感器2，该扭矩传感器要满足在高低温高湿环境下也能正常工作，同时最大扭矩值要大于手柄驱动电机的最大扭矩值。

3 台架的运行过程

本台架需要实现的主要功能是：玻璃上升—玻璃堵转—玻璃下降—玻璃堵转，台架采用PLC程序来控制整套台架的动作的实现和监控，主要因为PLC 有如下优势：（1）PLC 可编程方法简单易学；（2）PLC功能强，性能价格比高；（3）硬件配套齐全，用户使用方便；（4）可靠性高，抗干扰能力强。综合PLC程序控制的优点，采用PLC程序控制，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[4]。

具体运行过程如图3所示。

玻璃上升动作控制过程：

玻璃下降动作过程：

图3 台架动作控制过程

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，同时在PLC程序中加入了其他报警功能，在试验过程中出现问题时，台架会自动报警并暂停试验，提醒巡视检查人员注意，大大减少了巡视检查人员的工作量，实现了机电一体化功能。

4 结束语

通过对手动玻璃升降器耐久试验台架的研究，结合现场试验的实际需求，成功设计出汽车车门手动玻璃升降器耐久试验台架。该台架经过多次耐久试验验证之后，台架的可靠性能极高，目前已应用到多项手动玻璃升降器耐久试验项目中，并很好地履行耐久试验台架的功能，发现了很多新产品潜在的故障，为研发部门的整改提供了方向。目前该台架已申请了国家专利，并投入在多项手动玻璃升降器耐久试验项目中，相信在手动玻璃升降器耐久试验领域中发挥重要的作用。

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

[2]付百学.汽车试验技术[M].北京：北京理工大学出版社，2007.

[3]赵立军.汽车试验学[M].北京：北京大学出版社，2008.

[4]公利滨.欧姆龙PLC培训教材[M].北京：中国电力出版社，2012.