汽车车门试验台的制作方法

本发明涉及汽车整车及零部件测试领域，特别涉及一种汽车车门试验台。

背景技术：

在汽车零部件系统中，汽车车门为汽车车身的主要部件之一，为驾驶员和乘客提供出入车辆的通道。汽车车门部件主要包括车门铰链、车门开度限位器、门锁机构等。开闭汽车车门的动作主要包括开锁止、开锁、开车门、关车门和关锁止五个步骤。因汽车车门有耐用时限，超过此时限会使汽车具有安全隐患，所以，为了检验汽车车门的耐久性，生产出符合要求的车门部件，开发一种实用、高可靠的汽车车门试验台十分重要。

目前，整车厂家使用的汽车车门试验台多数采用气动控制方式，对汽车车门进行耐久性测试。但也有部分厂家采用了电动控制方式，相比气动控制方式，电动控制方式可摒弃所示气动控制方式中开环粗放式的控制方式，采用闭环控制，实时测量汽车车门开闭的速度，试验噪声小，且在高低温试验舱内，电元件受环境因素影响较小，使试验结果具有可重复性和较高置信度，测试结果可靠。

然而，现有技术中，采用电动控制方式的汽车车门试验台一般设置于被测汽车外部，占用较大的高低温试验舱体积。而且，一般通过将电机紧固于铝型材的不同位置来调节试验台测试机构的高度。此外，现有技术的汽车车门试验台需调节测试机构中电机所在轴与被测车门铰链轴平行，由于汽车车门所在的轴线并非绝对垂直于地面，这会造成汽车在开关门时X，Y，Z方向上将具有一定的转动量，这容易造成测试机构中的部件损坏，安装过程也比较复杂，费时费力。现有技术一般采用在汽车车门铰链转轴安装角速度传感器来检测汽车车门的运动速度，难以保证角速度传感器与车门同轴的同时，由于安装位置窄小使安装难度大。此外，现有技术的试验台一般采用刚性结构附着于被测汽车车门，易破坏被测车门。经过长时间汽车车门试验，汽车车门与试验台测试机构将有较高的损耗。

由以上分析可知，现有技术中采用电动控制方式的汽车车门试验台具有安装复杂、对被测汽车车门与测试机构损耗率高以及占用空间大等缺点。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是现有技术中采用电动控制方式的汽车车门试验台具有安装复杂、车门与测试机构损耗率高以及占用空间大等问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种汽车车门试验台，包括：机械执行机构、电动控制系统和分别耦接所述机械执行机构和所述电动控制系统的传感单元；所述机械执行机构可内置于所述汽车；所述机械执行机构包括：

附着机构，适于附着于所述汽车车门；

传动机构，所述传动机构的第一端耦接所述附着机构；

伺服电机，耦接所述传动机构的第二端，适于驱动所述传动机构；

固定支架，适于支撑固定所述机械执行机构。

可选的，所述机械执行机构装配于所述汽车的座椅安装孔。

可选的，所述附着机构包括采用紧固件装配的第一挡板和第二挡板，所述附着机构装配于所述汽车车门扶手。

可选的，所述附着机构还包括设置于所述第一挡板和第二挡板之间的缓冲物。

可选的，所述机械执行机构还包括：升降平台，可动式安装于所述固定支架；所述升降平台包括旋转手臂，转动所述旋转手臂可调节所述伺服电机的高度。

可选的，所述传感单元包括角度传感器和力传感器，分别耦接所述传动机构，适于探测所述传动机构的运动信息。

可选的，所述传动机构包括减速机和运动机构；所述运动机构包括可调节臂、关节轴承、第一固定臂和第二固定臂；所述减速机的第一端耦接所述伺服电机，第二端耦接所述可调节臂的第一端，第三端固定于所述升降平台； 所述关节轴承分别耦接所述可调节臂的第二端和所述第一固定臂的第一端；所述第二固定臂耦接所述第一固定臂的第二端和所述附着机构。

可选的，所述角度传感器安装于所述可调节臂和所述第一固定臂之间；所述力传感器安装于所述第一固定臂和所述第二固定臂之间。

可选的，所述第二固定臂与所述力传感器之间装配有弹性保护器件。

可选的，所述传感单元还包括速度检测单元，所述速度检测单元固定于所述汽车车门表面，并耦接所述电动控制系统，适于检测所述汽车车门的速度信息。

可选的，所述速度检测单元包括三轴陀螺仪。

可选的，所述电动控制系统包括：人机界面单元、可编程控制单元、传感信号输入单元、现场总线通信单元和伺服电机控制器；所述人机界面单元与所述可编程控制单元电连接，所述传感信号输入单元电连接于所述传感单元和所述可编程控制单元之间，所述可编程控制单元通过所述现场总线通信单元电连接所述伺服电机控制器，所述伺服电机控制器电连接于所述伺服电机。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

本发明实施例汽车车门试验台包括：机械执行机构、电动控制系统和分别耦接所述机械执行机构和所述电动控制系统的传感单元；所述机械执行机构可内置于所述汽车，可有效降低高低温试验舱的体积，减小试验空间。

进一步，所述机械执行机构包括升降平台，通过旋转所述升降平台的旋转手臂即可调节所述机械执行机构的高度。并且，本发明实施例的机械执行机构包括可调节臂、关节轴承、第一固定臂、第二固定臂和附着机构；所述第二固定臂与附着机构之间设有鱼眼接头；采用两级臂结构、关节装置以及鱼眼接头，可保证汽车车门开关时的自由度。此外，所述机械执行机构可被整体拆卸为三部分：包含附着机构的第一部分、包含运动机构的第二部分以及包含固定支架、升降平台、伺服电机与减速机的第三部分。因此，本发明汽车车门试验台易于安装，可快速拆卸，灵活性强，可广泛应用于多种车型。

进一步，在机械执行机构中，第二固定臂与力传感器之间设有弹性保护器件，弹性保护器件具有弹性蓄能特性，使汽车车门被关闭时有缓冲力作用在车门上；所述附着机构与汽车车门扶手间设置缓冲物以保护被测车门；所述传感单元包括力传感器，可实时监测对汽车车门的作用力，若打开汽车车门时发生故障，可立即对汽车车门实施保护；所述传感单元还包括速度检测单元，具体为三轴陀螺仪，可直接粘附于汽车车门，不损伤汽车车门；采用的两级臂、关节装置和鱼眼接头，保证了汽车车门开关时的自由度，避免了实验过程中的机械干涉。因此，本发明汽车车门试验台可降低试验过程对被测汽车车门和测试机构的损耗。

附图说明

图1是本发明实施例汽车车门试验台的总体示意框图。

图2是本发明实施例机械执行机构的立体结构示意图。

图3是本发明实施例固定支架的立体结构分解示意图。

图4是本发明实施例伺服电机、减速机及连接机构立体分解示意图。

图5是本发明实施例可调节臂、角度传感器、关节轴承及第一固定臂的立体结构分解示意图。

图6是本发明实施例第二固定臂与力传感器的立体结构分解示意图。

图7是本发明实施例附着机构的立体结构分解示意图。

图8是本发明实施例电控系统的示意框图。

以上各图中，101：机械执行机构；102：电控控制系统；103：传感单元；1012：传动机构；1013：运动机构；1：固定支架；2：升降平台；2a：旋转手臂；2b-2e：挡板；2f：固定挡板；2g：螺柱；2h：滑块；2j：螺柱；2k：限位轴承；3：伺服电机；4：减速机；4a：传输轴；5：可调节臂；5a：上板；5b：下板；6：角度传感器；6a：垫圈；6b：轴承；6c：角度传感器主体；6d：力传感器探头；7：关节轴承；8：第一固定臂；9：力传感器；10：第二固定臂；10a：鱼眼接头；10c：轴承；10f：螺栓；10k：轴承；10m：弹性螺栓；10b、10d、10e、10g、10h、10j：挡板；11：附着机构；11a：U型板；11b： 连接板；12：连接机构；12a：挡板；12b：固定挡板；12c-12d：支架；13：电线缆；801：人机交互单元；802：传感信号输入单元；804：可编程控制单元；805：现场总线通信单元；806：伺服电机控制器。

具体实施方式

如背景技术部分所述，现有技术中采用电动控制方式的汽车车门试验台具有安装复杂、被测车门与测试机构损耗率高以及占用空间大等问题。

为了解决以上问题，本发明提出一种汽车车门试验台，包括：机械执行机构、电动控制系统和分别耦接所述机械执行机构和所述电动控制系统的传感单元。本发明实施例占用空间小，易于安装，可适用于多种车型，并且在试验的过程中可有效地降低对被测汽车车门与测试机构的损耗。

为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

如图1所示，本发明实施例提供一种汽车车门试验台，包括机械执行机构101、电动控制系统102和分别耦接所述机械执行机构和所述电动控制系统的传感单元103；所述传感单元103适于探测所述传动机构的运动信息。

其中，所述机械执行机构101包括：

附着机构11，附着机构11适于附着于汽车车门，以带动被测汽车车门的开闭。

传动机构1012，其第一端耦接所述附着机构，可实现对汽车车门推拉的力的传动。

伺服电机3，与所述传动机构1012的第二端耦接，适于驱动所述传动机构1012，伺服电机3以不同的速度转动，通过传动机构1012驱动被测汽车车门以不同的线速度进行开闭。

固定支架1，适于支撑固定所述机械执行机构101。

在本实施例中，机械执行机构101可内置于被测汽车。

在具体实施中，机械执行机构101可以通过螺纹连接方式装配于被测汽车的座椅安装孔。

可以理解的是，本发明实施例汽车车门试验台可内置于被测汽车，可有效降低高低温试验舱的体积，减小试验空间。

在本实施例中，电动控制系统102被集成于一电学机柜(图未示)中，所示电学机柜设置于所述高低温实验舱之外，通过电线缆13将伺服电机3与电动控制系统102连接；传感单元103也通过另一电线缆(图未示)与电动控制系统102连接。

所述机械执行机构101可适用于多种车型，且不局限于汽车车门数量。

如图2所示，在本发明实施例汽车车门试验台中，传动机构1012包括减速机4和运动机构1013；其中，运动机构1013包括：可调节臂5、关节轴承7、第一固定臂8和第二固定臂10；传感单元103包括角度传感器6和力传感器9。

电动控制系统102分别电连接于角度传感器6、力传感器9和伺服电机3；电动控制系统102适于控制伺服电机3的转动速度和转动角度，并进而通过传动机构1012和附着机构11驱动被测汽车车门的开闭，并控制其运动速度。此外，电动控制系统102适于采集角度传感器6和力传感器9输出的模拟电信号，可实时获得被测汽车车门的运动位置和对汽车车门作用力的大小以及其他相关参数。

传感单元103还包括速度检测单元1031，速度检测单元1031可以被固定于被测汽车车门的表面，速度检测单元1031耦接电动控制系统102，适于检测被测汽车车门的速度信息。

速度检测单元1031可以是三轴陀螺仪(图未示)，三轴陀螺仪可以检测被测汽车车门在X、Y和Z方向运动的角速度。三轴陀螺仪的体积较小，分量较轻，安装时可直接采用胶带粘贴于被测汽车车门的门钣金上。在具体实施中，并不限制所述三轴陀螺仪的安装方向。所述三轴陀螺仪除可以测量被测汽车车门开闭的运动速度外，还可对被测汽车车门开闭的能量进行测算，进而直观地从关门能量曲线中得出被测汽车在关门过程中能量的损失情况，进而挖掘出影响被测汽车关门性能的位置点。

固定支架1适于装配支撑所述机械执行机构101；减速机4的两端分别与 伺服电机3和可调节臂5耦接，关节轴承7耦接可调节臂5和第一固定臂8，第二固定臂8耦接第一固定臂10；角度传感器6耦接于可调节臂5和第一固定臂8之间；力传感器8耦接于第二固定臂8与第一固定臂10之间。

机械执行机构101还可以包括升降平台2、连接机构12和电线缆13。升降平台2适于耦接所述减速机4，并调节机械执行机构101的高度；连接机构12适于耦接减速机4与升降平台2；电线缆13适于连接伺服电机3与电动控制系统102。

图3是升降平台2的立体结构分解示意图。

如图3所示，升降平台2动式安装于所述固定支架1；为适应不同的被测汽车车型而适当调整机械执行机构101的位置。

升降平台2包括旋转手臂2a、挡板2b、挡板2c、挡板2d、挡板2e、固定挡板2f、螺柱2g、螺柱2j、滑块2h和限位轴承2k；挡板2b、2c、2d、2e组成了升降平台2的框架，固定挡板2f上设有的四个螺纹孔，起到和外部部件连接的作用；旋转手臂2a与螺柱2j固定连接，螺柱2j与2g底部与固定支架1螺纹连接并贯穿于滑块2h内部；滑块2h内部有一限位轴承2k，在转动旋转手臂2a时，限位轴承2k带动螺柱2j在滑块2h内滑动，带动升降平台2实现高度调节，通过转动旋转手臂2a可以调节伺服电机3的高度。

图4是本机械执行机构101的伺服电机3、减速机4及连接机构12的立体分解示意图。

如图4所示，伺服电机3适于驱动机械执行机构101，通过控制伺服电机3的转速和转动角度可以控制被测汽车车门的开闭速度与角度。伺服电机3的一端与减速机2螺纹连接，伺服电机3的电线缆13可被引出试验舱外，与电动控制系统102的伺服电机控制器806(参照图8)电连接。减速机4适于在伺服电机3和运动机构1013之间起到匹配转速和传递转矩的作用；具体地，减速机4可以降低伺服电机3的转速并增大伺服电机3的转矩，以使被测汽车车门的运动线速度通过不断的调整达到要求。减速机4通过连接机构12与升降平台2的固定挡板2f螺纹连接，其中，支架12c与12d起到支撑作用，固定挡板12b和升降平台2螺纹连接。减速机4与伺服电机3可被看作一个 整体连接于被升降平台2，其位置可随着升降平台2升高或降低；当升降平台2降到最低时，机械执行机构101的高度取决于减速机4与伺服电机3高度之和。在具体实施中，根据对不同汽车车型的车内空间评估，减速机4与伺服电机3高度之和一般被设置不高于350mm。

图5为机械执行机构101中可调节臂5、角度传感器6、关节轴承7及第一固定臂8的立体结构分解示意图。

参见图5，在本实施例中，可调节臂5包括上板5a和下板5b，上板5a与下板5b之间设有螺纹孔，并通过螺纹连接装配；上板5a的一端与减速机4的传输轴4a同轴连接，二者之间设有挡板12a，位置相对固定；减速机4的转动可以带动上板5a运动，并带动可调节臂5转动，可调节臂5的转动平面垂直于减速机4的传输轴4a；设置上板5a与下板5b之间螺纹孔的错位连接，可调整可调节臂5的长度，可增大或减小可调节臂5的转动半径，进一步使本发明汽车车门试验台可以应用于多种车型。

在本实施例中，通过关节轴承7、轴承6b和垫圈6a的配合，将可调节臂5的下板b和第一固定臂8同轴连接。角度传感器6同轴连接于第一固定臂8；角度传感器6分为主体6c与探头6d；主体6c固定于第一固定臂8，探头6d固定于轴承6b，可间接随可调节臂5转动。因此，角度传感器6可检测可调节臂5和第一固定臂8的相对角度，从而实现对被测汽车车门位置的计算。

图6为机械执行机构101中第二固定臂10与力传感器9的立体结构分解示意图。

如图6所示，鱼眼接头10a的一端和第二固定臂10固定耦接，鱼眼接头10a的另一端耦接于附着机构11，通过第二固定臂10拉动或推动附着机构11，使被测汽车车门完成开闭动作。第二固定臂10与轴承10c连接，并可在轴承10c上滑动；轴承10c通过螺栓10f固定于挡板10h上；弹性螺栓10m连接第二固定臂10和力传感器9，弹性螺栓10m具有弹性蓄能特性，可很好地保护测试部件和被测车门。同时，力传感器9可以反映出被测汽车车门被施加的作用力大小，实时反映被测汽车车门试验过程中的作用力状态。挡板10b、10d、10e、10g、10h和10j均为不同形状、起保护作用的挡板。

图7是本发明机械执行机构101中附着机构11的立体结构分解示意图。

如图7所示，附着机构11可包括采用紧固件装配的第一挡板11a和第二挡板11b，装配于所述汽车车门扶手。在具体实施中，为防止车门被破坏，在第一挡板11a和第二挡板11b之间设置缓冲物。具体地，所述缓冲物可以为缓冲棉。

在具体实施中，为了使机械执行机构101轻便易安装，机械执行机构101中各个刚性连接臂可以采用强度高、密度低、抗蚀性佳的轻型航空铝型材进行加工和制作。

被测汽车车门的耐久性试验均在密闭的所述高低温试验舱内完成，试验舱内部环境要求在-40℃至85℃之间，湿度最高可达98％，因此，为了保证试验的可靠性，本实施例的角度传感器6、力传感器9、伺服电机3以及减速机4的选型需严格遵从耐高低温-40℃至85℃之间及耐湿度98％的标准，同时要求达到IP65以上防护等级。

在本实施例中，所述机械执行机构包括升降平台，通过旋转所述升降平台的旋转手臂即可调节所述机械执行机构的高度。并且，本发明实施例的机械执行机构包括可调节臂、关节轴承、第一固定臂、第二固定臂和附着机构；所述第二固定臂与附着机构之间设有鱼眼接头；采用两级臂结构、关节装置以及鱼眼接头，可保证汽车车门开关时的自由度。此外，所述机械执行机构可被整体拆卸为三部分：包含附着机构的第一部分、包含运动机构的第二部分以及包含固定支架、升降平台、伺服电机与减速机的第三部分。因此，本发明汽车车门试验台易于安装，可快速拆卸，灵活性强，可广泛应用于多种车型。

此外，在机械执行机构中，第二固定臂与力传感器之间设有弹性保护器件，弹性保护器件具有弹性蓄能特性，使汽车车门被关闭时有缓冲力作用在车门上；所述附着机构与汽车车门扶手间设置缓冲物以保护被测车门；所述传感单元包括力传感器，可实时监测对汽车车门的作用力，若打开汽车车门时发生故障，可立即对汽车车门实施保护；所述传感单元还包括速度检测单元，具体为三轴陀螺仪，可直接粘附于汽车车门，不损伤汽车车门；采用的 两级臂、关节装置和鱼眼接头，保证了汽车车门开关时的自由度，避免了实验过程中的机械干涉。因此，本发明汽车车门试验台可降低试验过程对被测汽车车门和测试机构的损耗。

本发明实施例汽车车门试验台采用电动控制方式实现。在本实施例中，电动控制系统102包括人机交互单元801、可编程控制单元804、传感信号输入单元802、现场总线通信单元805、伺服电机控制器806。其中，人机交互单元801、传感信号输入单元802和现场总线通信单元805均和可编程控制单元804电连接，可编程控制单元804通过现场总线通信单元805与伺服电机控制器806进行通信。

电动控制系统102还可以包括信号输入输出功能单元(图未示)，并电连接于所述可编程控制单元804。

人机交互单元801与可编程控制单元804电连接，适于将人机交互单元801设置的汽车车门运动速度及开闭频率等信息发送至可编程控制单元804。具体地，人机交互单元801与可编程控制单元804的通信方式可以采用TCP/IP协议。

传感信号输入单元802适于采集来自于角度传感器6和力传感器9发送的模拟电信号，实时反映可调节臂5与固定臂8之间的相对角度以及传动机构1012对汽车车门作用力。

信号输入输出功能单元适于发送或接收数字信号。信号输入输出功能单元输出一数字脉冲信号用于开启被测汽车门锁。具体地，所述数字脉冲信号控制一个电机(图未示)，所述电机驱动被测汽车车门开锁开启。此外，力传感器9对汽车开关门的作用力进行检测，若对汽车开关门的作用力大于预设值，则判定被测汽车车门锁未被打开或发生故障。

可编程控制单元804为电动控制系统102的控制核心。具体地，可编程控制单元804是一种具有微处理器功能的数字电子设备，常用于自动化控制。对可编程控制单元804编程，使可编程控制单元804对接收到的来自人机交互单元801的命令与数据进行处理；可编程控制单元804通过现场总线通信单元805向伺服电机控制器806发送控制指令，对伺服电机3的转速和转角 进行精密控制。

伺服电机控制器806是一种多轴伺服电机控制器，在本实施例中，伺服电机3的数量与被测汽车车门的数量一一对应，一般为3至5个。

在具体实施中，人机交互单元801可以是触摸屏，也可以是其他HMI(Human Machine Interface，人机接口)装置。

可编程控制单元804可以是PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)，也可以是任一具有可编程控制功能的装置，能够支持现场总线协议编程、模拟信号输入以及数字信号输入输出功能，如FPGA(Field-Programmable Gate Array)或微控制器。

传感信号输入单元802，可以是一个装置，也可集成在可编程控制单元804中。

信号输入输出功能单元，可以是一个装置，也可集成在可编程控制单元804中。

信号现场总线通信单元805可以是例如ProfiNET协议、ProfiBUS协议或ModBUS等。

以上为对本发明实施例的机械执行机构101和电动控制系统102组成及工作原理的介绍，以下将介绍本发明实施例汽车车门试验台的工作过程。

本发明实施例汽车车门试验台主要对汽车车门的耐久性进行试验，试验在密闭的高低温试验舱完成。在本实施例中，所述高低温试验舱可以采用RS485通信协议与可编程控制单元804进行通信，试验舱内的温度与湿度可程控。

试验开始前，预先打开被测汽车车门的锁止部件，并固定支架1安装完成后，针对不同的被测汽车车型和车身高度，适当地调整升降平台2和可调节臂长度5。此外，预先在人机交互单元801内设置被测汽车车门运动的速度值和被测汽车车门的开闭频率，并设置环境舱温度与湿度值。针对不同的环境参数需设置被测汽车车门开闭的速度值不同。

试验开始后，预先设置短时间的试验预运行。可编程控制单元804接收 来自人机交互单元801的预设参数，通过现场总线通信单元805与伺服电机控制器806通信，以控制伺服电机3；伺服电机3运转，减速机4配合调节伺服电机3的转速，伺服电机3通过减速机4驱动传动机构1012，带动与附着机构11耦接的被测汽车车门运动。同时，角度传感器6检测角度差值输出的模拟电信号传输至可编程控制单元804，判断被测汽车车门的运动位置是否合理，力传感器9实时检测对被测汽车车门作用力的大小并输出模拟电信号至可编程控制单元804，判断对被测汽车车门的作用力是否在正常范围，若有异常，立即排查，如锁止未打开等。所述三轴陀螺仪检测被测汽车车门的运动速度，若所述运动速度与人机交互单元801的预设值不符，则通过伺服电机控制器806实时调整伺服电机3的转速及转动角度，通过不断地对被测汽车车门的运动速度的检测与调整，使之达到对应环境温度和湿度的预设速度。

在试验预运行后，正式启动被测汽车车门试验，设置不同的高低温试验舱温度与湿度梯度，进行多次重复试验。在试验结束后，对被测汽车车门的老化状态进行检测，判断被测汽车车门的耐久度。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。