車(chē)門(mén)電動(dòng)玻璃升降器試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)

陳勇強(qiáng)　郜晗　張小芳

摘 要：本文主要介紹一種汽車(chē)車(chē)門(mén)電動(dòng)玻璃升降器試驗(yàn)裝置，利用鋁合金型材搭建試驗(yàn)基架，采用力傳感器和位移傳感器輔助;該裝置能排除車(chē)門(mén)及附件對(duì)玻璃升降器的干擾測(cè)試電動(dòng)玻璃升降器不同位置堵轉(zhuǎn)力大小，剛度大小以及對(duì)載荷與電流之間的關(guān)系曲線。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)玻璃升降器;剛度;關(guān)系曲線

1 前言

汽車(chē)車(chē)門(mén)電動(dòng)玻璃升降器是汽車(chē)的重要的汽車(chē)零部件之一，它的主要功能：（1）驅(qū)動(dòng)汽車(chē)門(mén)窗的打開(kāi)與關(guān)閉;（2）使玻璃停留在導(dǎo)軌上的任意位置，乘客可根據(jù)自身需要使用升降器調(diào)整車(chē)窗的高度，（3）保證車(chē)門(mén)玻璃升降平穩(wěn)，門(mén)窗能隨時(shí)順利開(kāi)啟和關(guān)閉，（4）解決了乘客觀察車(chē)外情況需求與確保車(chē)門(mén)人物的安全的兩者之間存在的矛盾[1]。電動(dòng)玻璃升降器是客戶(hù)在選擇汽車(chē)時(shí)的重要參考，其性能的好壞直接影響到客戶(hù)對(duì)汽車(chē)產(chǎn)品的選擇。而電動(dòng)升降器相關(guān)試驗(yàn)，是所有設(shè)計(jì)與研發(fā)的數(shù)據(jù)重要來(lái)源，試驗(yàn)數(shù)據(jù)直接決定了新產(chǎn)品的研發(fā)方向。所以試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性在產(chǎn)品研發(fā)階段是極其關(guān)鍵的;而當(dāng)前汽車(chē)行業(yè)，針對(duì)電動(dòng)玻璃升降器展開(kāi)相關(guān)性能測(cè)試均是在實(shí)車(chē)車(chē)門(mén)上完成，車(chē)門(mén)及其附件生產(chǎn)制造機(jī)裝配的差異對(duì)于升降器產(chǎn)生的干擾極大，導(dǎo)致所測(cè)量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度不高，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與研發(fā)帶來(lái)極大的負(fù)面影響。本文針對(duì)當(dāng)前試驗(yàn)中遇到的問(wèn)題提出一套解決方案。

2 臺(tái)架設(shè)計(jì)要求

電動(dòng)玻璃升降器系統(tǒng)是由玻璃升降器，玻璃，玻璃導(dǎo)槽密封條，導(dǎo)軌，內(nèi)外水切以及固定螺栓螺母組成的子系統(tǒng)，將玻璃升降器系統(tǒng)安裝在車(chē)門(mén)鈑金上組成車(chē)門(mén)。在平時(shí)的試驗(yàn)過(guò)程中，由于車(chē)門(mén)制造尺寸的偏差，玻璃導(dǎo)槽密封條的摩擦力的大小差異以及導(dǎo)軌，水切的制造壓縮負(fù)荷大小差別以及整個(gè)系統(tǒng)各零件的安裝工藝的差異對(duì)玻璃升降器的試驗(yàn)整體性能影響甚大;本次設(shè)計(jì)要求即是設(shè)計(jì)一套試驗(yàn)裝置，該試驗(yàn)裝置能夠滿(mǎn)足排除車(chē)門(mén)玻璃導(dǎo)槽密封條等附件對(duì)電動(dòng)玻璃升降器的影響，測(cè)量電動(dòng)玻璃升降器的堵轉(zhuǎn)電流、對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)不同位置上下堵轉(zhuǎn)時(shí)的堵轉(zhuǎn)力值大小及玻璃升降器的剛度值大小，同時(shí)還能夠測(cè)量玻璃升降器的不同輸入電壓和最大輸出力值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，測(cè)量不同載荷情況下對(duì)應(yīng)玻璃運(yùn)行電流大小的曲線關(guān)系。

3 試驗(yàn)臺(tái)架設(shè)計(jì)

3.1 基架材料的選擇

試驗(yàn)基架，即整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)架的基礎(chǔ)，試驗(yàn)過(guò)程中的樣件、測(cè)試工裝、儀器等均安裝固定在基架上，并在基架上完成試驗(yàn)的開(kāi)展;針對(duì)試驗(yàn)臺(tái)架基架材料的選擇，對(duì)比了幾種原材料的優(yōu)缺點(diǎn)后，選擇了鋁型材作為臺(tái)架的基架材料，主要因?yàn)椋海?）鋁型材是鋁制品，在與空氣，水，石油化學(xué)體系中以及高溫高低等惡劣環(huán)境下，具有良好的抗腐蝕性;（2）鋁型材上自帶有專(zhuān)門(mén)的T型槽，方便臺(tái)架的拆裝;（3）鋁型材耐臟，且易處理，保養(yǎng)工作簡(jiǎn)單（4）鋁型材輕巧，搬運(yùn)方便[2]。

3.2 動(dòng)力源的選擇

本次試驗(yàn)臺(tái)架的試驗(yàn)要求是：在試驗(yàn)過(guò)程中需要能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量顯示玻璃升降器電機(jī)的運(yùn)行電流，電壓值大小，同時(shí)還需要為玻璃升降器的運(yùn)行提供電能來(lái)源，在標(biāo)定電壓與玻璃升降器堵轉(zhuǎn)力值時(shí)還需要多組不同輸入電壓，所以要求動(dòng)力源的電壓能夠大小實(shí)現(xiàn)可調(diào);綜合各方面考慮因素，選擇直流開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源作為玻璃升降器的能量來(lái)源。主要是因?yàn)椋海?）開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源不僅能夠提供電壓輸入，同時(shí)還能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量電路中的電流值;（2）測(cè)試過(guò)程中需要調(diào)節(jié)對(duì)玻璃升降器的電機(jī)端電壓大小，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源上有電壓調(diào)節(jié)旋鈕，可滿(mǎn)足試驗(yàn)要求;（3）開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓范圍寬，穩(wěn)壓效果好。同時(shí)直流開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源內(nèi)置變壓器，可直接從外部220V交流電壓轉(zhuǎn)換成為所需的直流電壓，中間無(wú)需增加變壓器，簡(jiǎn)化試驗(yàn)臺(tái)架。

3.3 測(cè)試設(shè)備的選擇

試驗(yàn)過(guò)程中，還需要滿(mǎn)足對(duì)升降器堵轉(zhuǎn)力值大小的測(cè)量，同時(shí)還要能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)玻璃升降器剛度的測(cè)量，測(cè)試的試驗(yàn)項(xiàng)目主要有拉力和壓力，經(jīng)多次分析篩選，采用拉壓力傳感器，拉壓力傳感器安裝方便，測(cè)試精度高，彈性變形小，對(duì)測(cè)試位移的影響小等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)后續(xù)的剛度測(cè)量的計(jì)算過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生極大的影響;在展開(kāi)對(duì)電動(dòng)玻璃升降器剛度測(cè)試時(shí)，根據(jù)剛度的計(jì)算公式：

k=P/S? ? ? ? ? ? ? （1）

式中：k為剛度值;P為作用于結(jié)構(gòu)的恒力;S為由于力而產(chǎn)生的形變位移

式中所需的P值可由力傳感器直接讀出，而位移形變值的測(cè)量選用位移傳感器，對(duì)比其他距離測(cè)量工具，位移傳感器讀數(shù)精度高，安裝方便，安裝完之后讀數(shù)能夠?qū)崟r(shí)顯示等優(yōu)勢(shì)，與試驗(yàn)臺(tái)的需求相吻合。

3.4 臺(tái)架設(shè)計(jì)過(guò)程

臺(tái)架設(shè)計(jì)效果下圖所示：

①利用鋁合金型材將臺(tái)架基架搭建完成，根據(jù)試驗(yàn)樣件的大小以及試驗(yàn)過(guò)程操作便利性、低成本性以及現(xiàn)場(chǎng)管理要求確定基架材料的尺寸;

②將玻璃升降器、模擬玻璃按照實(shí)車(chē)安裝固定方式安裝在升降器安裝板上，安裝之前先確定玻璃的質(zhì)量M;

③將選用氣缸，拉壓力傳感器與剛性桿直線連接起來(lái)固定在基架上，剛性桿上安裝有上下限位器，限位器的安裝位置可調(diào);

④在模擬玻璃對(duì)稱(chēng)與剛性感的左右兩個(gè)位置安裝兩個(gè)位移傳感器，之所以使用兩個(gè)位移傳感器，主要原因是在測(cè)試過(guò)程中，模擬玻璃不能實(shí)現(xiàn)完全平行運(yùn)動(dòng)，使用兩個(gè)位移傳感器，然后去兩者的代數(shù)平均值可降低由于運(yùn)動(dòng)的不平行造成的誤差;

⑤使用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源給玻璃升降器電機(jī)供電，調(diào)試臺(tái)架直至滿(mǎn)足試驗(yàn)條件;

4 試驗(yàn)實(shí)施過(guò)程

臺(tái)架在使用之前先把力傳感器，位移傳感器置零，穩(wěn)壓電源的輸出電壓調(diào)到所需電壓，同時(shí)調(diào)試試驗(yàn)臺(tái)架直至滿(mǎn)足開(kāi)始試驗(yàn)的要求后才可開(kāi)展試驗(yàn)。

4.1 測(cè)試玻璃升降器上下堵轉(zhuǎn)力與升降器位置的關(guān)系

首先將氣缸調(diào)節(jié)至不會(huì)因?yàn)槔於扉L(zhǎng)的位置，然后啟動(dòng)穩(wěn)壓電源給玻璃升降器供電，驅(qū)動(dòng)玻璃上升到指定位置;再調(diào)節(jié)上限位器的位置到玻璃上沿，固定牢固后，繼續(xù)接通電機(jī)電路給電機(jī)持續(xù)供電，讓玻璃保持繼續(xù)上升的趨勢(shì)，因?yàn)橄尬黄鞯淖饔?，電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，堵轉(zhuǎn)力值通過(guò)限位器、剛性感作用到力傳感器上，此時(shí)力傳感器的顯示值和玻璃重量之后即為上堵轉(zhuǎn)力大小值F1。

測(cè)試玻璃升降器不同位置下堵轉(zhuǎn)力值跟測(cè)試上堵轉(zhuǎn)力值方法類(lèi)似。

在使用該臺(tái)架開(kāi)展不同位置堵轉(zhuǎn)力值時(shí)，可同時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)位置的不同輸入電壓，測(cè)試該位置不同電壓所對(duì)應(yīng)的堵轉(zhuǎn)力值大小。

4.2 測(cè)試玻璃升降器的剛度值

首先斷開(kāi)電源電路，調(diào)節(jié)氣缸使其有足夠的行程，再調(diào)整上限位器至玻璃上邊沿，試驗(yàn)之前先將位移傳感器與力傳感示數(shù)清零，然后給氣缸供氣，推動(dòng)氣缸伸出或回收，玻璃升降器在受到推力作用產(chǎn)生形變和反作用與力傳感器，此時(shí)的力傳感器的示值即為玻璃升降器受到的作用力大小與玻璃重力大小代數(shù)和，第一位移傳感器和第二位移傳感器的示值平均值即為玻璃升降器受到作用后產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的位移形變，根據(jù)公式（1）及以下公式可知玻璃升降器剛度大?。?/p>

S=（S1+S2）/2? ? ? ? ?（2）

P=F±G? ? ? ? ? ? （3）

G=Mg? ? ? ? ? ? ?（4）

G=G1+G2? ? ? ? ? ?（5）

式中：S為形變位移;S1、S2為對(duì)應(yīng)第一第二位移傳感器的形變位移;P為玻璃升降器受到的作用合力;其中當(dāng)氣缸伸出，P為F與G之和，反之為差;G1為模擬玻璃重力，G2為拉力傳感器及剛性桿重力，g為重力加速度;

4.3 測(cè)試玻璃升降器運(yùn)行電流及載荷的關(guān)系

使用該裝置測(cè)試玻璃升降器運(yùn)行電流及載荷的關(guān)系時(shí)，需要用到砝碼，同時(shí)要先確定剛性桿的重量大小;測(cè)試方法是：調(diào)節(jié)上限位器與模擬玻璃上邊沿接觸，將氣缸和拉力傳感器拆下，在剛性桿端分別掛上一定規(guī)格型號(hào)的砝碼，然后給電機(jī)通電，使玻璃升降器帶動(dòng)玻璃、剛性桿及砝碼實(shí)現(xiàn)上升與下降運(yùn)動(dòng)，記錄運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的電流值（第一次試驗(yàn)可直接讓玻璃升降器空載運(yùn)行，同時(shí)記錄運(yùn)行過(guò)程中的電流值大小），再對(duì)應(yīng)砝碼的重量示值繪制曲線，即可得到玻璃升降器運(yùn)行載荷及電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系。所用砝碼的規(guī)格型號(hào)的最大值不超出玻璃升降器運(yùn)行載荷最大值，砝碼的數(shù)量越多，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)兩越大，對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線越清晰。

示例，見(jiàn)表1：

以上為玻璃升降器試驗(yàn)臺(tái)架的設(shè)計(jì)與實(shí)施過(guò)程，使用該臺(tái)架，可排除車(chē)門(mén)、膠條、水切等車(chē)門(mén)附件對(duì)玻璃升降器的干擾測(cè)量電動(dòng)玻璃升降器的運(yùn)行電流，堵轉(zhuǎn)電流及對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)不同位置上下堵轉(zhuǎn)時(shí)的堵轉(zhuǎn)力值大小，同時(shí)還能夠測(cè)量玻璃升降器的剛度值大小和標(biāo)定玻璃升降器的輸入電壓及最大輸出力值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，結(jié)合試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)玻璃升降器的性能好壞，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)依據(jù)。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)電動(dòng)玻璃升降器試驗(yàn)臺(tái)架的研究，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的實(shí)際需求，成功設(shè)計(jì)出來(lái)汽車(chē)車(chē)門(mén)電動(dòng)玻璃升降器試驗(yàn)臺(tái)。該臺(tái)架經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)驗(yàn)證之后，試驗(yàn)臺(tái)的可靠性能極高，試驗(yàn)數(shù)據(jù)精確，試驗(yàn)結(jié)果與專(zhuān)業(yè)試驗(yàn)設(shè)備的試驗(yàn)結(jié)果相比的誤差在合理的范圍內(nèi)。目前該試驗(yàn)臺(tái)架已應(yīng)用到多項(xiàng)電動(dòng)玻璃升降器性能試驗(yàn)項(xiàng)目中，并很好的履行試驗(yàn)臺(tái)架的測(cè)試功能，為項(xiàng)目的設(shè)計(jì)研發(fā)提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。目前該臺(tái)架已申請(qǐng)了國(guó)家專(zhuān)利，并納入標(biāo)準(zhǔn)化管理項(xiàng)目中，后續(xù)會(huì)建立整改機(jī)制持續(xù)改進(jìn)，相信會(huì)在玻璃升降器試驗(yàn)領(lǐng)域中將發(fā)揮越來(lái)越舉足輕重的作用。

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