CN110595793A - 一种汽车开关门疲劳试验装置及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种汽车开关门疲劳试验装置及其试验方法，包括试验台、疲劳试验机构、开锁机构和控制系统；所述开锁机构包括开锁电机和卷筒，所述卷筒与车门把手之间通过绳索连接，用于车门的解锁；所述疲劳试验机构包括旋转装置、运动连杆和伸缩机构；所述伸缩机构的输出端与车门之间铰接；所述控制系统控制开锁电机、旋转装置和伸缩机构的运动，所述控制系统根据读取分析所述力传感器、位移传感器和旋转编码器的信号，用于判断疲劳强度。本发明通过控制系统实现试验频率、力、速度、角度的控制调节和记录，同时可以判断疲劳强度。

Description

一种汽车开关门疲劳试验装置及其试验方法

技术领域

本发明涉及汽车性能测试系统领域，特别涉及一种汽车开关门疲劳试验装置及其试验方法。

背景技术

随着汽车行业的发展，汽车安全性能在衡量汽车质量的标准占比越来越重。车门作为汽车车身关键运动部件，具有隔绝噪音，缓冲外部撞击，提供安全保护的重要作用。同时车门处于频繁使用的实际工况中，反复开关车门可能会产生疲劳破坏或隔音效果变差等不良影响，因此车门的疲劳耐久性能对于汽车的安全性和舒适性具有重要影响。目前通常汽车的四门疲劳试验台架采用气缸结构去开闭车门，会产生较大噪音并对车门造成巨大冲击，影响试验的准确性，且气缸不能在极端环境下使用，适用范围小，由气缸构成的结构较为复杂，成本增加。例如中国专利采用气缸驱动，结构复杂，试验台体积大，只能用于汽车外部，成本高，开锁机构有卡死的风险，把手受力方向不利解锁，容易造成损坏。中国专利采用气缸驱动摆臂带动车门移动，工作空间较小，而且关闭车门时没有设限位，容易造成车门过关，损伤车门。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种汽车开关门疲劳试验装置及其试验方法，试验装置运动空间大，且在车内外均可使用，使用效率高，设有保护措施，结合传感器技术，避免车门过开和过关，试验方法安全可靠，通过控制系统实现试验频率、力、速度、角度的控制调节和记录，供试验人员、设计人员进行分析判定，同时可以输出试验报告数据和打印。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种汽车开关门疲劳试验装置，包括试验台、疲劳试验机构、开锁机构和控制系统；

所述开锁机构包括开锁电机和卷筒，所述开锁电机安装在试验台上，所述开锁电机输出端与卷筒连接，所述卷筒与车门把手之间通过绳索连接，用于车门的解锁；

所述疲劳试验机构包括旋转装置、运动连杆和伸缩机构；所述旋转装置安装在试验台上，所述运动连杆一端与旋转装置铰接，所述运动连杆另一端与伸缩机构铰接，所述伸缩机构的输出端与车门之间铰接；

力传感器用于检测所述伸缩机构的输出端的拉力；位移传感器用于检测车门在开闭工作下伸缩机构的位移；旋转编码器用于检测所述伸缩机构旋转的角度；

所述控制系统控制开锁电机、旋转装置和伸缩机构的运动，所述控制系统根据读取分析所述力传感器、位移传感器和旋转编码器的信号，用于判断疲劳强度。

进一步，所述试验台包括滑轨平台、支撑柱、主支架和副支架；所述支撑柱可拆卸安装在滑轨平台上；所述开锁电机通过副支架可拆卸安装在支撑柱上，所述旋转装置通过主支架可拆卸安装在支撑柱上。

进一步，所述支撑柱通过槽用螺栓可拆卸安装在滑轨平台上；所述主支架和副支架分别通过槽用螺栓安装在支撑柱上。

进一步，所述伸缩机构为弹性驱动器或电磁驱动器。

进一步，车门边框内侧安装限位开关用于检测车门是否完全关闭，所述限位开关与控制系统连接。

进一步，所述绳索为弹性绳索。

一种汽车开关门疲劳试验装置的试验方法，包括如下步骤：

确定目标值：在一次开闭车门过程中，通过力传感器确定伸缩机构输出端最大力F_max；在伸缩机构输出端最大力F_max时，且在车门开启最大角度θ_max时，分别获取位移传感器和旋转编码器的取值；

解锁过程：通过开锁机构带动车门把手完成车门开锁；通过力传感器和旋转编码器，判断是否解锁；

开闭车门疲劳试验：若解锁成功，所述控制系统通过控制伸缩机构和旋转装置实现重复n次开闭车门动作；所述控制系统根据读取分析所述力传感器、位移传感器和旋转编码器的信号，判定得到车门铰链的疲劳失效临界次数和处于最优状态的次数范围。

进一步，所述通过力传感器和旋转编码器判断是否解锁，具体为：

通过旋转装置带动伸缩机构小幅度转动，若此时力传感器的检测值低于F_max，即判定解锁成功；反之则失败。

进一步，判定得到车门铰链的疲劳失效临界次数和处于最优状态的次数范围，具体为：

控制系统通过控制伸缩机构输出力为F_max，所述控制系统根据位移传感器和旋转编码器的取值计算出第n次重复开闭车门时车门开启角度值θ_n；所述控制系统通过n-θ曲线，得到车门铰链的疲劳失效临界次数和处于最优状态的次数范围。

进一步，判定得到车门铰链的疲劳失效临界次数和处于最优状态的次数范围，具体为：

控制系统通过控制位移传感器和旋转编码器使车门开启角度为θ_max，所述控制系统根据力传感器测量第n次重复开闭车门时伸缩机构输出的最大力F_n，所述控制系统通过n-F曲线，得到车门铰链的疲劳失效临界次数和处于最优状态的次数范围。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的汽车开关门疲劳试验装置，具有较大的运动空间，伸缩机构的输出端能与车门开关铰链位置相配合，提高装置适用性。

2.本发明所述的汽车开关门疲劳试验装置，槽用螺栓在使用时无需拆卸，仅需松开螺母就可移动相应部件，拧紧螺母就可以固定装置，装置使用方便。

3.本发明所述的汽车开关门疲劳试验装置，卷筒高度可调节，能与车门把手的高度一致，使得弹性绳索保持水平状态，改善解锁车门时力的方向，有利于车门解锁。

4.本发明所述的汽车开关门疲劳试验装置，伸缩机构可以缓冲开启和关闭车门的作用力，模拟人的手臂关闭车门的柔性力，避免车门的过开和过关造成破坏。

5.本发明所述的汽车开关门疲劳试验装置，弹性绳索可以缓冲开启车门的作用力和降低开锁速度，模拟人手的在开关门过程中的柔性力，提高车门疲劳耐久性试验效果。

6.本发明所述的汽车开关门疲劳试验装置，该装置在车内部与外部都能使用，且能同时开关两扇车门，提高试验装置的实用性。

7.本发明所述的汽车开关门疲劳试验装置的试验方法，该试验方法结合传感器技术，设置一次微开门测试和多重保护，使车门疲劳耐久性试验效果更逼真，提高试验过程的安全性。

8.本发明所述的汽车开关门疲劳试验装置的试验方法，通过控制系统实现试验频率、力、速度、角度的控制调节和记录，供试验人员、设计人员进行分析判定，同时可以输出试验报告数据和打印。

附图说明

图1为本发明所述的汽车开关门疲劳试验装置的结构示意图。

图2为本发明所述的控制系统原理图。

图中：

1-滑轨基座；2-长滑轨；3-三角座；4-移动底板；5-支撑柱；6-万向支撑地脚；7-伸缩机构；8-运动连杆；9-伺服电机；10-减速器；11-开锁电机；12-力传感器；13-光栅尺位移传感器；14-位移传感器安装板；15-旋转编码器；16-卷筒；17-副支架；18-主支架；19-槽用螺栓。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，本发明所述的汽车开关门疲劳试验装置，包括试验台、疲劳试验机构、开锁机构和控制系统；

所述试验台包括滑轨平台、支撑柱5、主支架18和副支架17；滑轨平台包括滑轨基座1、三角座3、长滑轨2和移动底板4，两个长滑轨2平行安装滑轨基座1上，通过三角座3保证两个长滑轨2处于平行状态。所述移动底板4通过槽用螺栓19安装在两个长滑轨2上，所述支撑柱5可拆卸安装在移动底板4上；所述开锁电机11通过副支架17可拆卸安装在支撑柱5上，所述旋转装置通过主支架18可拆卸安装在支撑柱5上。本发明的两个平行的长滑轨2上可以安装两个移动底板4，每个移动底板4均设有疲劳试验机构和开锁机构，这样可以同时实现开闭车辆的前后门，且在车内外均可使用，使用效率高。万向支撑地脚6能够支撑整个试验装置，调节整体高度并使装置在车内外保持水平。

所述开锁机构包括开锁电机11和卷筒16，所述开锁电机11安装在试验台上，所述开锁电机11输出端与卷筒16连接，所述卷筒16与车门把手之间通过绳索连接，用于车门的解锁；所述卷筒16可通过调节副支架17上的槽用螺栓19进行高度调节，实现与车门把手的高度一致，使得弹性绳索保持水平状态，改善解锁车门时力的方向，有利于车门解锁。所述弹性绳索可以缓冲开启车门的作用力和降低开锁速度，模拟人手的在开关门过程中的柔性力，提高车门疲劳耐久性试验效果。

所述疲劳试验机构包括旋转装置、运动连杆8和伸缩机构7；旋转装置包括伺服电机9和减速器10；伺服电机9与减速器10连接，所述旋转装置安装在试验台上，所述运动连杆8一端与所述减速器10输出端铰接，所述运动连杆8另一端与伸缩机构7铰接，所述伸缩机构7的输出端与车门之间铰接；所述伸缩机构7可以是弹性驱动器或电磁驱动器等。该驱动器具有低阻抗、缓震减冲、能量密度高等诸多不同于刚性驱动器的优点，伸缩机构7的输出端可以根据与车门开闭的距离进行相应伸缩，可以缓冲开启和关闭车门的作用力，模拟人的手臂关闭车门的柔性力，在车门开闭运动时保护试验装置安全工作，避免车门的过开和过关造成破坏。

力传感器12用于检测所述伸缩机构7的输出端的拉力；位移传感器用于检测车门在开闭工作下伸缩机构7的位移，位移传感器为光栅尺位移传感器13，通过位移传感器安装板14安装在伸缩机构7上；旋转编码器15用于检测所述伸缩机构7旋转的角度；所述光栅尺位移传感器13也可用磁栅尺位移传感器、磁致伸缩直线位移传感器、拉线式位移传感器等替代。车门边框内侧安装限位开关用于检测车门是否完全关闭，所述限位开关与控制系统连接。

如图2所示，所述控制系统控制开锁电机11、旋转装置和伸缩机构7的运动，所述控制系统根据读取分析所述力传感器12、位移传感器和旋转编码器15的信号，用于判断疲劳强度。

试验原理：

车门处于不同状态会产生不同的作用力和旋转角度，同时每个车门角度与光栅尺位移传感器13和旋转编码器15的检测值相对应，只要得知光栅尺位移传感器13和旋转编码器15的检测值即可得知车门实际开启角度。此外，车门铰链从处于最优状态依次到疲劳临界值状态和报废失效状态，在推拉过程中所需作用力逐渐增大，或在相同推拉力下能摆动地角度逐渐缩小。

本发明所述的汽车开关门疲劳试验装置的试验方法，包括如下步骤：

确定目标值：在一次开闭车门过程中，通过力传感器12确定伸缩机构7输出端最大力F_max；在伸缩机构7输出端最大力F_max时，且在车门开启最大角度θ_max时，分别获取位移传感器和旋转编码器15的取值；

解锁过程：通过开锁机构带动车门把手完成车门开锁；通过力传感器12和旋转编码器15，判断是否解锁，具体为：通过旋转装置带动伸缩机构7小幅度转动，若此时力传感器12的检测值低于F_max，即判定解锁成功；反之则失败。

开闭车门疲劳试验：若解锁成功，所述控制系统通过控制伸缩机构7和旋转装置实现重复n次开闭车门动作；所述控制系统根据读取分析所述力传感器12、位移传感器和旋转编码器15的信号，判定得到车门铰链的疲劳失效临界次数和处于最优状态的次数范围。具体为：

控制系统通过控制伸缩机构7输出力为F_max，所述控制系统根据位移传感器和旋转编码器15的取值计算出第n次重复开闭车门时车门开启角度值θ_n；所述控制系统通过n-θ曲线，得到车门铰链的疲劳失效临界次数和处于最优状态的次数范围。

或者控制系统通过控制位移传感器和旋转编码器15使车门开启角度为θ_max，所述控制系统根据力传感器12测量第n次重复开闭车门时伸缩机构7输出的最大力F_n，所述控制系统通过n-F曲线，得到车门铰链的疲劳失效临界次数和处于最优状态的次数范围。

如图1和2所示，本发明所述的汽车开关门疲劳试验装置的试验方法：

所述试验方法，示教完成后，首先进行车门解锁，所述开锁机构中，开锁电机11旋转带动卷筒16转动，弹性绳索绕卷筒16缠绕收紧，带动车门把手完成车门开锁。随后进行微开门测试，控制系统控制伺服电机9转动，通过减速器10带动运动连杆8转过，使得伸缩机构7小幅度运动，带动车门转动10度，由力传感器12的检测值判断车门是否成功解锁。当力传感器12的检测值低于力传感器12的最大设定值，即判定解锁成功；反之则失败。

若解锁成功，进行开关门疲劳测试。控制系统控制伺服电机9按设定速度转动，使伸缩机构7运动，带动车门直至完全打开，此时光栅尺位移传感器13的检测值达到对应的允许车门开启最大角度设定值，反馈给控制器控制伺服电机9停止工作，伸缩机构7停止，完成车门的开启动作。延时一段时间后，上位机通过控制器控制伺服电机9按设定速度反向转动，使伸缩机构7运动，带动车门关闭；特别地，当车门与车身之间夹角处于一个角度时，控制伺服电机9以当前角度范围所对应的转速进行转动，带动车门加速闭合，用于模拟人为快速关闭车门的动作，使车门疲劳耐久性试验效果更逼真，直至完全关闭，安装在车门边框上的限位开关触发信号，立即反馈给控制器控制伺服电机9停止工作，伸缩机构7停止，完成车门的关闭动作，实现一个工作循环。在试验中，以车门允许开启最大角度进行10万次往复车门开闭实验，试验后车门铰链应能保持正常工作。

其中控制系统能记录开关车门次数、通过旋转编码器15检测得到的伸缩机构7与运动连杆8的摆动角度、通过光栅尺位移传感器13检测得到的伸缩机构7的位移量和通过力传感器12检测到的推拉力大小。为了更直观地对上述数据进行分析，控制系统能自动地绘制坐标系图。操作人员在判断车门耐久强度时，可分为两种评判方式，一种是将测试中的力传感器12检测值做因变量，光栅尺位移传感器13检测值所对应车门开启实际角度做自变量，绘制坐标系，考察在相同开启角度下开闭车门所需力的大小；另一种是将测试中的力传感器12检测值做自变量，旋转编码器15检测值所对应车门开启实际角度做因变量，绘制坐标系，考察在相同推拉力大小下车门摆动的实际角度。试验人员和设计人员进行分析判定可以得到车门铰链的疲劳失效临界次数和处于最优状态的次数范围等等；进而方便设计人员进行优化改进。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种汽车开关门疲劳试验装置，其特征在于，包括试验台、疲劳试验机构、开锁机构和控制系统；

所述开锁机构包括开锁电机(11)和卷筒(16)，所述开锁电机(11)安装在试验台上，所述开锁电机(11)输出端与卷筒(16)连接，所述卷筒(16)与车门把手之间通过绳索连接，用于车门的解锁；

所述疲劳试验机构包括旋转装置、运动连杆(8)和伸缩机构(7)；所述旋转装置安装在试验台上，所述运动连杆(8)一端与旋转装置铰接，所述运动连杆(8)另一端与伸缩机构(7)铰接，所述伸缩机构(7)的输出端与车门之间铰接；

力传感器(12)用于检测所述伸缩机构(7)的输出端的拉力；位移传感器用于检测车门在开闭工作下伸缩机构(7)的位移；旋转编码器(15)用于检测所述伸缩机构(7)旋转的角度；

所述控制系统控制开锁电机(11)、旋转装置和伸缩机构(7)的运动，所述控制系统根据读取分析所述力传感器(12)、位移传感器和旋转编码器(15)的信号，用于判断疲劳强度。

2.根据权利要求1所述的汽车开关门疲劳试验装置，其特征在于，所述试验台包括滑轨平台、支撑柱(5)、主支架(18)和副支架(17)；所述支撑柱(5)可拆卸安装在滑轨平台上；所述开锁电机(11)通过副支架(17)可拆卸安装在支撑柱(5)上，所述旋转装置通过主支架(18)可拆卸安装在支撑柱(5)上。

3.根据权利要求2所述的汽车开关门疲劳试验装置，其特征在于，所述支撑柱(5)通过槽用螺栓(19)可拆卸安装在滑轨平台上；所述主支架(18)和副支架(17)分别通过槽用螺栓(19)安装在支撑柱(5)上。

4.根据权利要求1所述的汽车开关门疲劳试验装置，其特征在于，所述伸缩机构(7)为弹性驱动器或电磁驱动器。

5.根据权利要求1所述的汽车开关门疲劳试验装置，其特征在于，车门边框内侧安装限位开关用于检测车门是否完全关闭，所述限位开关与控制系统连接。

6.根据权利要求1所述的汽车开关门疲劳试验装置，其特征在于，所述绳索为弹性绳索。

7.一种根据权利要求1所述的汽车开关门疲劳试验装置的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

确定目标值：在一次开闭车门过程中，通过力传感器(12)确定伸缩机构(7)输出端最大力F_max；在伸缩机构(7)输出端最大力F_max时，且在车门开启最大角度θ_max时，分别获取位移传感器和旋转编码器(15)的取值；

解锁过程：通过开锁机构带动车门把手完成车门开锁；通过力传感器(12)和旋转编码器(15)，判断是否解锁；

开闭车门疲劳试验：若解锁成功，所述控制系统通过控制伸缩机构(7)和旋转装置实现重复n次开闭车门动作；所述控制系统根据读取分析所述力传感器(12)、位移传感器和旋转编码器(15)的信号，判定得到车门铰链的疲劳失效临界次数和处于最优状态的次数范围。

8.根据权利要求7所述的汽车开关门疲劳试验装置的试验方法，其特征在于，所述通过力传感器(12)和旋转编码器(15)判断是否解锁，具体为：

通过旋转装置带动伸缩机构(7)小幅度转动，若此时力传感器(12)的检测值低于F_max，即判定解锁成功；反之则失败。

9.根据权利要求7所述的汽车开关门疲劳试验装置的试验方法，其特征在于，判定得到车门铰链的疲劳失效临界次数和处于最优状态的次数范围，具体为：

控制系统通过控制伸缩机构(7)输出力为F_max，所述控制系统根据位移传感器和旋转编码器(15)的取值计算出第n次重复开闭车门时车门开启角度值θ_n；所述控制系统通过n-θ曲线，得到车门铰链的疲劳失效临界次数和处于最优状态的次数范围。

10.根据权利要求7所述的汽车开关门疲劳试验装置的试验方法，其特征在于，判定得到车门铰链的疲劳失效临界次数和处于最优状态的次数范围，具体为：

控制系统通过控制位移传感器和旋转编码器(15)使车门开启角度为θ_max，所述控制系统根据力传感器(12)测量第n次重复开闭车门时伸缩机构(7)输出的最大力F_n，所述控制系统通过n-F曲线，得到车门铰链的疲劳失效临界次数和处于最优状态的次数范围。