（机械电子工程专业论文）轿车后视镜耐疲劳实验台及角度测量系统的研究.pdf

摘要 针对目前轿车后视镜翻转耐疲劳实验和旋转性能测试依赖国外进口检测设 备的局面，研制一种操作简便、通用性强、检测精度高的实验设备和测量仪器具 有重要的实用价值。 本文首先基于现阶段关于轿车参数测量状况，设计了一套全自动无人值守后 视镜翻转耐疲劳实验台和角度测量系统。利用软件延时控制和多层嵌套判断实现 全自动无人值守功能；采用增量式旋转编码器配合带弹簧预紧力的随动拨杆机构 间接测量后视镜的旋转角度，规避了由于后视镜外壳曲线不规则给直接式角度测 量带来的困难。 根据测量原理进行了机械结构的总体设计和电控系统的设计。电控系统采用 串行通讯和i o 卡( a c 6 6 5 2 ) 进行控制，由a d 卡( a c 6 6 1 6 p ) 负责数据采集， 通过对控制端单片机和数显表分时发送握手信号进行相关的数据传输。软件控制 端采用面向对象及事件的高级编程语言v i s u a lb a s i c6 0 编写，数据处理和图 像显示更加方便快捷，操作更简单。 本实验台和角度测量系统的机械结构设计具有很强的针对性，软件编写精 练、全面，执行效率高，电控系统信号响应迅速，完全能够达到项目设计的预期 实验要求和测量精度。 关键词：轿车后视镜全自动无人值守耐疲劳实验动态角度测量 a b s t r a c t i nt h ef a c eo ft h es i t u a t i o nt h a tt h e f a t i g u ee x p e r i m e n t sa n dt h ea n g l e m e a s u r e m e n to ft h ec a rr e a r - v i e wm i r r o rd e p e n d e n to nt h ef o r e i g nt e s te q u i p m e n t ，w e d e v e l o pas i m p l e ，h i g hu n i v e r s a l i t y ；t h ed e t e c t i o no fh i g hp r e c i s i o nm e a s u r i n g i n s t r u m e n t si so fp r a c t i c a lv a l u e i nt h i sp a p e r ，b a s e do nt h es i t u a t i o no fp a r a m e t e r sm e a s u r e m e n to ft h ec a ra tt h i s s t a g e ，d e s i g n e das e to fc o m p l e t e l ya u t o m a t i cu n a t t e n d e df a t i g u et e s t - b e da n da n g l e m e a s u r e m e n ts y s t e m p e r f o r mt h ec o m p l e t e l ya u t o m a t i cu n a t t e n d e df u n c t i o nb yu s i n g d e l a yc o n t r o la n dm u l t i - l a y e r e dn e s t i n gj u d g m e n t i n c r e m e n t a lr o t a r ye n c o d e ra n d f o l l o w - l e v e rb o d yw i t hs p r i n gp r e t i g h t e n i n gf o r c ew e r eu s e dt oi n d i r e c tm e a s u r et h e a n g l eo ft h ec a rr e a r v i e wm i r r o r s h u nt h ed i f f i c u l to ft h ed i r e c ta n g l em e a s u r e m e n t b e c a u s eo ft h ei r r e g u l a rc u r v eo ft h er e a r - v i e wm i r r o rs h e l l b a s e do nt h em e a s u r i n gp r i n c i p l e ，d e s i g n e dt h em e c h a n i c a ls t r u c t u r ea n d e l e c t r o n i cc o n t r o ls y s t e m t h ee l e c t r o n i cc o n t r o ls y s t e mi sc o n t r o l l e db ys e r i a l c o m m u n i c a t i o na n di oc a r d t h ea dc a r di sr e s p o n s i b l ef o rd a t aa c q u i s i t i o n t h e c o m p u t e rt i m et os e n dh a n d s h a k es i g n a l st oc o n t r o lc l i e n ts i n g l e c h i pa n dd i g i t a lt a b l e f o rd a t at r a n s m i s s i o n t h ep r o g r a mc o d eo ft h es o f t w a r e c o n t r o l l e dc l i e n tw a sw r i t t e n b y v i s u a lb a s i c6 0w h i c hi s o b j e c t - o r i e n t e d a n de v e n t o r i e n t e d h i g h 1 e v e l p r o g r a m m i n gl a n g u a g e ，w h i c hm a d ed a t ap r o c e s s i n g ，i m a g ed i s p l a ya n do p e r a t i o n f a s t e r ，e a s i e ra n dm o r ec o n v e n i e n t m e c h a n i c a ls t r u c t u r eo fo u rf a t i g u et e s t b e da n da n g l em e a s u r e m e n ts y s t e mi sv e r y p u r p o s e f u l s o f t w a r ei sc o n c i s e ，c o m p r e h e n s i v e ，e f f i c i e n ti m p l e m e n t a t i o n e l e c t r o n i c c o n t r o ls y s t e mr e s p o n d st ot h er a p i ds i g n a l p r o j e c td e s i g n e dt om e e tt h ee x p e r i m e n t a l d e m a n d sa n dt h ee x p e c t a t i o n so ft h em e a s u r e m e n ta c c u r a c y k e yw o r d s ：c a rr e a r v i e wm i r r o r a u t o m a t i cu n a t t e n d e d f a t i g u et e s t d y n a m i ca n g l em e a s u r e m e n t 2 长春理工大学硕士( 或博士) 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，轿车后视镜疲劳试验台及角度测 量系统的研究是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。 除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰 写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：互左忱妒z 年塑月夕日 长春理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“长春理工大学硕士、博士学位论文版 权使用规定 ，同意长春理工大学保留并向中国科学信息研究所、中国优秀博硕 士学位论文全文数据库和c n k i 系列数据库及其它国家有关部门或机构送交学 位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长春理工大学可以 将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 作者签名：丝之塑塾丝：2 年蔓月蜇 指导导师签名：年羔月坦日 第一章绪论弟一早珀下匕 1 1 引言 轿车后视镜是驾驶员坐在驾驶室座位上直接获取轿车后方、侧后方以及下方的交 通、障碍、路况等信息的主要工具。为了使驾驶员方便舒适的驾车，防止行车安全事 故，保障人身安全，世界各国均规定了轿车必须安装后视镜，且所有后视镜均必须能 调整方向，以适应不同身高、驾驶习惯的驾驶员。由于后视镜的位置直接关系到驾驶 员能否观察到车后的情况，而驾驶员调整它的位置又比较困难，尤其是副驾驶一侧的 后视镜。因此，目前轿车的后视镜都改为电动，由电气控制系统来操纵，方便驾驶员 调整后视镜到适合自己的位置。 按安装位置分类后视镜可分为内后视镜、外后视镜和下视镜3 种。按后视镜的镜 面形状分类可分为平面镜、球面镜和双曲率镜面三大系列。另外还有一种棱形镜，棱 形镜的镜表面平坦，但其横截面为棱形，通常用作防眩目型的内后视镜。 按后视镜的调节方式分类可以分为车外调节和车内调节两种。车外调节式这种方 式是在停车状态下，通过用手直接调节镜框或镜面的位置的方式来完成视角的调节， 该方式费时费力，很难方便地一次性完成，驾驶员需在座位上用手伸出车窗外调节， 在行车、雨天等情况下调节很不方便。一般的大型汽车、载货汽车和低档客车都采用 车外调节方式，以降低成本。车内调节式这种方式可为驾驶员在行驶过程中调节后视 镜，观察后视野提供较为方便的条件。中、高档轿车大都采用车内调节方式。该方式 又分为手动调节式( 钢丝索传动调节或手柄调节) 和电动调节式两种。电动调节式后 视镜为驾驶员提供更便捷、更舒适的操作条件。它是目前中、高档轿车普遍采用的标 准装备。 后视镜的背后都装有两套电动机和驱动器( 减速齿轮和离合器) ，可操纵其上下及 左右运动。通常垂直方向的运动由一个电动机控制，水平方向倾斜运动由另一个电动 机操纵。电动机都为永磁型的。驾驶员在车厢内操纵按钮开关，通过调节按钮用电气 装置控制转动部件即可调整外后视镜的方向达到自己所需的视角。 电动后视镜的先进功能包括后视镜的加热除霜功能，当驾驶员在雾天或雨天行驶 时，由于雾气造成的后视镜镜面的积雾、冬天积霜或雨水侵袭会造成驾驶员对侧后方 的视线不清，影响行车安全，驾驶员需将手伸出车窗外进行清洁镜面表面，这样极不 方便，又是暂时措施，雾气及雨水又会马上使之模糊不清，因此，为了功能上的完备， 驾驶的安全性及操作的方便性，设计采用加热除霜装置，例如采用电加热除霜镜片， 当产生上述情况时，驾驶员就可方便地开启加热除霜按钮，解除不必要的后顾之忧。 后视镜自动折叠功能，当汽车进入较小区域，如弄堂、停车泊位时，由于后视镜 是车身最宽部位，这时为防擦伤及缩小停车泊位空间，保证在后视安全性上把损害程 度降低到最小限度，就需将后视镜折叠，通常做法是用手伸出窗外或人到车外将后视 镜折拢，这样在行车时就很不方便；另外，在进行洗车过程中擦洗后视镜镜面时，也 需要将后视镜向外翻折，以方便擦洗。因此，在折叠上设计了电动折叠功能，驾驶员 在车内就可方便地调节，解决了许多操作上的不便。折叠机构的设计既要有保证缓冲 及缩小车位的作用，又要保证后视功能的正常使用。 1 2 研发项目的提出 后视镜在我国强制性标准上是明确规定的汽车安全件。目前大多数检测项目仅针 对测试镜面的角度调节性能、后视镜内加热片的加热性能、视野范围和后视镜失真率 的测量。而对后视镜的机械性能方面的检测很少甚至没有相关文献。为了填补国内对 轿车后视镜检测方面的空白，本课题承接了长春质检院关于一汽轿车后视镜的系列检 测项目，其中包括本课题所要阐述的后视镜翻转疲劳实验台及转角测量系统。 1 3 国内外轿车后视镜相关参数检测的发展现状 据查阅国内外文献知，目前国内外轿车后视镜相关参数检测有如下几种： 1 、汽车后视镜反射率测量哺1 研制了一种检测汽车后视镜反射面的反射率的自动化检测系统。该系统采用溴钨 灯作为光源，在接受单元中采用光积分球体结构，利用硅光电池为传感器，使用高性能 的p i c l 8 f 4 5 2 单片机作为数据处理系统，测量汽车后视镜反射面的反射率。结果表明， 该系统测量速度快、精度高，能够在g b l 5 0 8 4 9 4 标准下进行汽车后视镜反射面的反 射率性能检测 2 、汽车后视镜失真率测量 如图1 1 测试时，将被侧汽车后视镜放置在工作台上，工作台可上下、左右移动， 照相物镜将经汽车后视镜反射的标准样板上的同心圆，成象在测微器上，摄像物镜再 将标准样板同心圆像连同分划线一起，成象在振像头上，这时，在显示屏上可清晰地 看到多圈成象圆环和用于测量的分划线，可方便地进行侧试操作面后视镜的失真率应 小于3 ，即用最内圈来看其最大变化值分别为2 1 m m 和0 9 m m 。，以误差不大于士0 5 计算，光栅的格值应不大于0 0 1 。 3 、测试镜面的角度调节性能和后视镜内加热片的加热性能 汽车后视镜的镜面的角度调节是由镜内的两个电机控制的，镜面全方位的调节就 是由这两个电机不同的旋转角度来控制。因此，只要采用两个位移传感器就可检测其在 x 轴和y 轴的镜面行程。位移传感器将两个垂直方向的移动位移转换成0 1 0vd c 的 标准信号送到p l c ，通过程序的运算和比较来控制两个电机旋转，从而达到控制镜面的 旋转角度。镜面的加热是利用加热电阻来完成的，根据加热电阻在常温下的阻值要求， 利用电阻电压转换器将电阻值转换成o 1 0v d c 的标准信号送到p l c 进行运算和比较 2 判别。 图1 1 测量结构简图 4 、k b e 在汽车后视镜检测中的应用哺1 k b e ( k n o w l e d g eb a s e de n g i n e e r i n g ) 系统，即知识工程的概念和技术，最早是 由美国于1 9 9 8 年提出的，其核心思想就是把k b e 与c a d 系统真正集成为一体，以实 现知识的获取、提炼、融合和应用的一体化。k b e 系统注重一个工业产品在其工程开 发生命周期的每个阶段中是否能够充分利用各种实践经验、专家知识以及其它有关的 信息，这些“知识 可能以很多种形式存在，比如：电子计算表格、设计手册和标准、 工程计算公式、设计人员的经验等，使这些知识得以构成知识库，并与c a d 系统有机 地结合起来，从而使传统c a d 的应用对象从几何造型、分析、制造延伸扩展到工程设 计领域，形成工程设计与c a d 系统的无缝连接。 本课题的研究是针对后视镜旋转角进行测量，主要是完成左右后视镜不同工作位 置时角度测量。根据项目要求，需要对后视镜的行驶位置、洗车位置以及停车位置的 旋转角度进行测量。 轿车后视镜有多个性能指标，其中后视镜翻转装置调节速率、后视镜翻转装置过 压保护及翻转过程中电流值大小均是检验后视镜质量优劣的性能指标，并规定：( 1 ) 后视镜翻转装置调节速率1 8 。s 时，电压为1 3 o 1 v ，调节速率8 。s 时，电压 为9 o 1 v ；( 2 ) 后视镜翻转装置过压保护电压为1 7 v ，且通电2 s 内到达极限位置， 同样通电2 s 内返回初始位置；( 3 ) 翻转过程中电流值规定：后视镜旋转运动时电流 0 4 a ，后视镜到达极限时电流 3 o a 。 1 4 本研发项目的目的和意义 本课题的研究是针对后视镜折叠翻转疲劳实验以及翻转角度的测量，主要是测试 3 左右后视镜在不同温度条件下固定翻转次数的耐疲劳寿命是否达标，以及在不同工作 位置时的翻转角度测量，根据试验标准技术要求，需要对后视镜的行驶位置、擦车位 置以及停车位置的旋转角度进行测量。从后视镜翻转耐疲劳实验和翻转角度测量对轿 车后视镜的检测进行了丰富和补充，也从一个新的质量标准评价轿车后视镜的产品质 量，这对汽车行业乃至其他相关机械产品领域的质量检测提供了新的方法和工具。 1 5 本课题研究的内容 本课题主要进行了如下四方面的研究： 1 、耐疲劳翻转实验台及翻转角度检测台的机械结构设计 2 、软件控制系统设计 3 、数据采集与误差分析 1 6 本章小结 本章主要介绍了汽车后视镜的发展现状，本课题的来源，国内外轿车后视镜检测 的发展现状，本课题的研发意义及所要研究的主要内容。 4 第二章技术指标要求以及测量原理 2 1 项目技术指标与要求 2 1 1 轿车后视镜翻转耐疲劳实验台的技术指标要求 表2 1 轿车后视镜耐疲劳翻转实验指标( 摘自该项目指标要求) 4 5 1 e n d u r a n c et e s t ，f o l d i n go ft h em i r r o rh o u s i n g o n l ya p p l i e st om i r r o r st h a tc a nb ef o l d e dm a n u a l l y c a r r yo u tt e s ta t - 4 0 。c ，+ 2 3 。c + _ 5 c ( r o o mt e m p e r a t u r e ) a n d + 5 5 c ( d r y h u m i d ) ： a c t u a t i o n s i nd i r e c t i o no ft r a v e l5 0 0 o p p o s i t et od i r e c t i o no ft r a v e l 20 0 0 a n g l eo fr o t a t i o n ( f r o mt h ez e r op o s i t i o n ) u n t i le n ds t o p sa r er e a c h e d a c t u a t i n gc y c l e f o u rt i m e so p p o s i t et od i r e c t i o no ft r a v e l ，o n c e i nt h ed i r e c t i o no ft r a v e l n u m b e r2c y c l e s r a i n t h ef o l d i n gt o r q u e sm u s tl i ew i t h i nt h ed r a w i n gt o l e r a n c e sb e f o r ea n da f t e rt h et e s t 轿车后视镜有多个性能指标，其中后视镜镜架耐久性试验( 只适用手工折叠的镜 子) 是测试后视镜疲劳寿命，确定质量优劣的性能指标之一。如表2 1 所示，其规定： 试验温度分别为一4 0 、+ 2 3 5 、+ 5 5 三种不同温度时，满足如下操作：( 1 ) 行 驶方向5 0 0 次；( 2 ) 行驶反方向2 0 0 0 次( 即：4 个5 0 0 次) ；( 3 ) 旋转角度：从零点位 置( 正常行驶位置) 到限位位置：( 4 ) 一个循环周期：行驶方向一次，行驶反方向四 次；( 5 ) 每分钟2 个循环周期。如上实验后扭矩必须符合图纸要求。可见，如何测试 后视镜疲劳性能指标是否符合标准成为了一个有待解决的问题。 2 1 2 轿车后视镜翻转角度测量系统的技术指标要求 轿车后视镜有多个性能指标，其中后视镜翻转装置调节速率、后视镜翻转装置过 压保护及翻转过程中电流值大小均是检验后视镜质量优劣的性能指标。如表2 2 所示， 其规定：( 1 ) 后视镜翻转装置调节速率1 8 。s 时，电压为1 3 0 1 v ，调节速率8 。s 时，电压为9 0 i v ；( 2 ) 后视镜翻转装置过压保护电压为1 7 v ，且通电2 s 内到 达极限位置，同样通电2 s 内返回初始位置；( 3 ) 翻转过程中电流值规定：后视镜旋转 运动时电流 o 4 a ，后视镜到达极限时电流 3 o a 。如何检验上述指标是否符合标准 要求成为了一个有待解决的问题。 表2 2 轿车后视镜翻转角度测量实验指标( 摘自该项目指标要求) 8 1 2c u r r e n td r a w t h ec u r r e n td r a ws h a l lb em e a s u r e da t ( 1 3 _ 0 1 ) v d u r i n ga c t u a t i o n 0 4 a c u r r e n td r a w ( i nt h ee n dp o s i t i o n ) 3 0 a 8 1 3 a d j u s t m e n ts p e e d s e et a b l e 4f o rt h ea d j u s t m e n ts p e e d t a b l e4 - a d j u s t m e n ts p e e ds p e c i f i c a t i o n s a d j u s t m e n ts p e e d ( o s )t e m p e r a t u r e ( c )v o l t a g e ( v ) - - - 1 8r t 1 3 + 0 1 - - 84 09 0 1 8 2 o v e r v o l t a g ep r o t e c t i o n n u m b e ro fc y c l e s1 0 v o l t a g e 1 7v 0 2 v ( a tt h em a x i m u mo p e r a t i n gt e m p e r a t u r el e s s2 0 c ) l o a dc y c l e ： f o l d i n gt op a r k i n gp o s i t i o n 2 sl t l ni nt h ee n dp o s i t i o n ；2 ss w i t c hi n t e r v a l e x t e n s i o nt od r i v i n gp o s i t i o n ；2 si n ni nt h ee n dp o s i t i o n 2 2 轿车后视镜翻转耐疲劳测试与翻转角度测量原理 2 2 1 轿车后视镜翻转耐疲劳实验台原理 根据工程项目所提出的对轿车后视镜翻转耐疲劳性能的测试要求，以及实际测试环 境的要求，我们将该实验台的实验原理归纳为以下三点： 1 虽然只适用于手工折叠的镜子，但实验次数较多，连续不问断，且有每分 钟2 个循环周期的时间限制，因此手工操作在工作强度和时间上都不允许。我 们采用了三相异步电机拖动，硬件线路及软件控制循环操作，实现全自动无人 值守。 2 由于该实验是往复循环试验，而不是圆周循环，且有正常行驶位、泊车位、 洗车位等三个测试位置点，因此在控制上需要三个限位开关对三个不同的位置 进行判断，进而从软件计数中获得实验进度，并为调整试验周期取得必要数据。 3 特别需要指出的是该实验台对测试环境的适应能力，由于实验温度分别为 - 4 0 、+ 2 3 5 、+ 5 5 三种不同温度，因此需要将实验台放入恒温设备中 进行各项实验。这就要求我们的实验台，无论是在机械结构还是硬件线路上都 要经得起高低温的的考验，特别是带传动环节，我们最后采用了同步带传动， 确保了传动稳定性，并且有一定的传动容错性，这给具有较大冲击负载的耐疲 劳实验提供了性能保障。 实验台机械结构原理如图2 1 。 6 图2 1 轿车后视镜翻转耐疲劳试验台原理图 具体机械结构设计、软硬件设计将在以后的章节中详述。 2 2 2 轿车后视镜翻转角度测量系统原理 根据工程项目所提出的对轿车后视镜翻转角度测量系统的技术指标要求，我们将该 测量系统的实验原理归纳为以下几点： 1 电动后视镜采用外接自驱动电路，配合硬件线路及软件控制，实现自动翻 转调整位置，即：正常行驶位、泊车位、洗车位。 图2 2 轿车后视镜翻转角度测量系统原理图 2 3 4 采用带弹簧定预紧力机构的随动拨杆、角度光栅编码器、数显表等，测量 后视镜的旋转角度。 上位机软件控制系统定时( 5 0 m s ) 对数显表采样，绘制实时转角曲线，通 过时间流、角度流计算实时角速度，绘制角速度曲线。 上位机软件控制系统定时( 5 0 m s ) 对后视镜外接自驱动电路采样电压值、 电流值，绘制与角度、角速度同步的电压曲线和电流曲线。 角度测量系统的机械结构原理如图2 2 。 具体机械结构设计、软硬件设计将在以后的章节中详述。 2 3 本章小结 本章详细介绍了轿车后视镜翻转耐疲劳实验台和角度测量系统的技术指标要求，以 及本课题对其采取具有针对性的测试与测量原理。 8 第三章机械结构总体设计 31 机械总体结构设计 3 1 1 轿车后枧镜翻转耐痖劳实验台的机械结构设计 本课题研发的轿车后视镜旋转耐疲劳性能测试实验系统就是专为测试轿车后视镜 转动疲劳寿命性能指标而设计的一套机电结合的一体化测量系统，它能够按颡4 试要求 确定测试项目并获得各个性能指标。本系统由机械部件、硬件线路、人机操作平台三 部分组成。其中机械结构部分是主要的末端执行机构，所有工作都要围绕它来展开。 下面我们就该实验台的整体机械结构做详细说明。 由实验原理知。试验台机械结构应该满足如下要求： 1 、能够将轿车后视镜固定在实验台上并且为了满足不同型号规格的后视镜的实 验要求，固定装置要能够调节后视镜在实验台上的位置以及俯仰角度。 为此我们采用了在后视镜固定板上打孔，螺钉锁紧的办法固定轿车后视镜。为了 适应不同后视镜的定位要求，我们在固定板上按厂方提供的后视镜型号尺寸列表分别 定位打孔。由于后视镜存在左右之分，并且是对称结构，所以我们在设计后视镜固定 板对采用了正反对称结构，在在测试完左后视镜时，只要把固定板拆下来反装就实现 了同样的定位孔固定右后视镜的功能，这样在定位打孔过程中就省下了一半的工作量 和成本，实际操作中收到了良好的效果。 在实验台上加工梯形槽并采用压块固定的办法，解决了后视镜位置调整的问题。 而在后视镜固定板上加装扇形的俯仰调整架则满足了不同型号规格的后视镜在测试过 程中的偏仰角度调整要求。 具体机械结构如图3 i 。 电机 定位孔 后视镜同定板 梯形滑槽 俯伸调整支架 压块 工作台 图3l 轿车后视镜龋转耐疲劳试验台机械结构 2 、能够让后视镜按设定好的三个位置( 正常行驶位、泊车位、洗车位) 自动旋转。 为了达到这一目的，我们在工作台上加装了三相异步电机。动力传动上，由于后视 镜在正常行驶位置存在弹簧卡位，后视镜在从其他位置旋转到此位置时冲击力很大， 所以不宜采用刚性传动结构，容易对实验台造成结构损坏。但是在实际工作运行中又 不能出现太多的丢转现象，为此，我们想到了用同步带传动的方式，既能保证较好的 传动比及传动力矩，又因为其自身存在的皮带特性，对冲击有较好的衰减作用，运行 过程中很好的保护了实验台的机械结构。 在工作循环中探测后视镜旋转位置时，我们使用了接近开关( 霍尔开关) 配合磁钢 探测后视镜的旋转位置，使用霍尔接近开关器件的好处就是非接触探测，不会因为后 视镜的卡位冲击对探测器件造成信号不稳定因素，也使硬件线路设计起来更加简单， 降低了成本。 由图3 1 可以看出本系统机械结构简单、可靠。机械部件包括：工作电机、待测 后视镜、后视镜固定板、俯仰调整支架、后视镜拨杆及其支架、分别位于零位、停车 位、洗车位的三个霍尔开关和工作台等。工作电机与拨杆轴通过同步齿型带连接。工 作时，工作电机转动带动位于工作台下的同步齿型带转动，同时拨杆轴被同步齿型带 带动转动，拨杆推动后视镜转动实现后视镜正、反方向运动。如图3 1 所示后视镜安 装、拆卸方便。 3 1 2 轿车后视镜翻转角度测量系统的机械结构设计 本课题研发的轿车后视镜翻转角度测量系统，就是专为测试轿车电动后视镜在正 常行驶位、泊车位、洗车位三个位置间转动时的角度，以及其在工作状态下的电压、 电流、转速等性能指标而设计的一套机电结合的一体化测量系统，它能够按测试要求 确定测试项目并获得各个性能指标。本系统由机械部件、硬件线路、人机操作平台三 部分组成。其中机械结构部分是主要的末端执行机构，所有工作都要围绕它来展开。 下面我们就该测量系统的整体机械结构做详细说明。 由测量原理知，该测量系统的机械结构应该满足如下要求： 1 、能够将轿车后视镜固定在实验台上，并且为了满足不同型号规格的后视镜的实 验要求，固定装置要能够调节后视镜在实验台上的位置以及俯仰角度。 由于该测量系统与上一节中提到的轿车后视镜翻转耐疲劳实验台结构类似，这里就 不再赘述。 2 、提供一种能够与后视镜转动过程同步的方法进行测量。 由于轿车后视镜的外壳形状很不规则，传统的测量方法无法确定的测量其翻转角 度，而且项目要求要有同步的电压值、电流值以及转速等相关数据，因此我们想到了 使用带弹簧定预紧力的同轴随动拨杆机构来使其运动同步，在随动拨杆机构的转轴上 安装角度光栅编码器，这样就实现了与后视镜转动同步的角度测量。在采集角度数据 的同时，我们对待测后视镜的外接自驱动电路的电压、电流值进行采集，再由上位机 对采样时间点与其叠加运算，后视镜的转速值也随之产生。这样一套机电结合的测量 系统很好的完成了该项目的各项测试指标，受到了使用方的致好评。 1 0 机械整体结构如图32 、33 本系统机械结构简单、可靠，如图1 所示为系统的机械部件及其部分连线。机械部 件包括：待测后视镜、后视镜支架、旋转编码器及其数显表、数字式稳压电源等。安 装、拆卸方便。 3 2 项目研发过程中遇到的问题及解决办法 在这个项目中，我们遇到了很多以前没有见到的问题和困难，但是经过大家的共 同努力，我们最终解决并克, 8 e t t 所有的问题和困难，下面我们着重阐述一下我们遇到 的问题及采取的解决办法。 3 2 1 轿车后视镜翻转耐疲劳试验台研发过程中遇到的问题及解决办法 1 、首先遇到的就是实验台的动力传动问题，前章机械结构总体设计部分已经讲过 后视镜的卡位问题，因此不能采用刚性传动系统，我们采用了v 带传动，张紧轮张紧 以增大摩擦力的办法。项目初期这个思路没有遇到什么问题，整机调试也都符合测试 要求。在最后的高低温实验当中问题突现了。低温测试时，我们发现v 带表面硬化， 摩擦力迅速减小，当温度到达一3 0 时，v 带开始打滑，运行过程中出现丢转，当温度 达到一3 5 以后，v 带传动根本毫无作用，低温测试失败。为了掌握更全面的问题，我 们又做了高温实验，同样的问题在5 0 时出现，v 带表面由于温度过高开始粘化，相 当于在v 带和带轮间涂抹了润滑剂，另外由于温度高，v 带膨胀使皮带张紧机构失效是 第二个原因，高温实验也宣告失败。皮带打滑另外一个后果就是导致软件超时设置频 频出错，系统不能正常工作，给我们项目研发人员造成很大压力。 在接下来的工作中，我们又试用了以色列v e c t o rp o w e r 公司生产的强力三角带和 美国g a t e s 公司生产的s u p e rh cp l u s 删v e x t r a 硼( 有齿窄面三角带) ，结果都不是太理 想，最后考虑使用具有一定弹性，且传动性能好的同步带传动机构，具体型号选用了 宁波慈溪恒诚同步带轮有限公司生产的2 0 h 0 7 5 a f 同步带轮和同步带。调整了传动结构 设计后，顺利通过了温度测试。 2 、在后视镜的拖动问题上我们也遇到过问题。起初我们采用的办法是给后视镜做 了一个外套盒，将后视镜整个套住，然后在外套盒上加装旋转拖动装置，实验结果不 理想，由于后视镜外壳曲线很不规则，在转动过程中经常由于受力点改变致使外套盒 脱落，不能正常拖动后视镜旋转。 在这个问题上我们最后采用了拨杆传动的方法，这样做的好处是使后视镜置于两个 调整固定好的拨杆之间，空间上留有一定间隙，这样在传动过程中，后视镜活动自如， 不会因为对心定位不准确导致径向卡死。 3 、在选用后视镜旋转位置的探测器上，最初选用了枢轴滚筒手柄型接触式电子行 程开关。前面机械设计部分提到了后视镜在正常行驶位有弹簧卡位功能，但是在旋转 过程中会有很大的机械冲击振动，接触式的电子行程开关经常被撞的脱离工作位置， 导致实验不能持续运行，另外由于振动，也使行程开关的信号多次反复，给程序运行 造成了混乱，影响了整个实验系统的正常工作。 在解决这一问题时，我们选用了南京茶花港联传感测控技术有限公司生产的h - j k 系列霍尔接近开关，这种接近开关的特点是磁导通回路，非接触探测。这一特性正好 解决了我们在项目中遇到的探测器被冲撞的问题，磁导通回路的另一个好处就是对目 标振动不敏感，对被探测目标的感应范围较大，这正好又解决了该项目中由于后视镜 在正常行驶位弹簧卡位冲击振动导致的位置信号多次反复的问题。 1 2 3 3 本章小结 本章详细介绍了轿车后视镜翻转耐疲劳实验台与角度测量系统的机械结构设计，以 及在设计过程中遇到的种种问题和我们采取的解决办法。 1 3 第四章软件控制系统设计 众所周知r 在现代机电控制系统领域软件控制占着至关重要的地位，首先软件 是人与机器进行交流的平台，有了它，借助功能强大的编程语言可以对机电系统进行 各式各样的运动控制、信号采集与处理、简化硬件控制系统设计、简化和优化机械结 构设计等等。本课题所设计的轿车后视镜翻转耐疲劳实验台和角度测量系统，均是以 软件控制为人机交互平台和数据处理中心的，下面我们将着重阐述本课题的软件控制 系统的设计。 41 翻转耐疲劳实验台软件控制系统介绍 图4 1 所示为轿车后视镜翻转耐疲劳实验台人机操作界面。通过对界面各功能的 操作控制轿车后视镜按要求完成若干次行驶方向正、反向的运动，并在运动中实时监 视实验状态。 p 鲨二1 1 0 笔嚣f囡国墨1 一二t 刈- 心”- 陲弋：黧三p ”翟兰停止刚示 燕15i4 三鼍妊：i 考 正转- 。 # 4 9 目 * ( ，)二 1 一- 反转-i 向噼侍- & # $ 8 超目* ( s ) 一 f 、毳位蓑冀黧：寻零位当t 宴# # 方自g 女女& ： 图4 1 人机操作界面 ( 一) 初始化参数设置 为确定左( 或右) 后视镜疲劳性能测试方式，首先应确定其初始化参数以保证所 需的乖常测试。即：初始化参数只在正常测试时有效，也就是在“启动停止”选择项 中的“自动”工作状态下有效，此时，“自动实时监视”窗会自动显示当前次疲劳测试 过程中行驶正、反方向的剩余次数及剩余时间。 1 实验次数 “实验次数”是指总的大循环次数；规定：行驶正、反方向以5 0 0 次为单位设定的 “单次实验行驶正方向次数”与“单次实验行驶反方向次数”之和与5 0 0 的乘积为一 次大循环。 2 单次实验行驶正方向次数 “单次实验行驶正方向次数”是指在一次小循环中沿行驶正方向转动的次数。 3 单次实验行驶反方向次数 “单次实验行驶反方向次数”是指在一次小循环中沿行驶反方向转动的次数；例如： 图2 中给出“单次实验行驶j f 方向次数”为1 ，“单次实验行驶反方向次数”为4 ，则 在一次小循环中使后视镜从零点开始先沿行驶正方向转动到限位再回到零位，该动作 只1 次，再沿行驶反方向转到限位再回到零点，该动作重复4 次，以上是一个小循环， 在一次大循环中共完成5 0 0 次上述小循环。 4 正转单程超时设定 “j 下转单程超时设定”用于设定到达正转限位时堆长的停留时间，范围为：o 一1 5 。若 后视镜在正向限位的停留时间超过该设定时间时，系统认为出错，会自动切断电源， 同时正向超时灯“囝”亮。 5 反转单程超时设定 “反转单程超时设定”用于设定到达反转限位时最长的停留时间，范围为：o1 5 。若 后视镜在反向限位的停留时间超过该设定时问时系统认为出错，会自动切断电源， 同时反向超时灯“”亮。 ( 二) 正转反转选择 “正转反转”选择只针对“启动停止，选择中的“丁m 国”选项而言。 1 一固单选框 当需要调整后视镜位置或确定其限位及零点位置时，需要工作在“a a 囝”状态。此 时，需要后视镜沿行驶j 下方向旋转时，首先点中“谚”单选框，之后点中“囝” 单选框，则后视镜沿行驶正方向旋转。需要停止时点中“”。 2 肼单选框 当需要调整后视镜位置或确定其限位及零点位置时，需要工作在一蛳”状态。此 时，需要后视镜沿行驶正方向旋转时，首先点中“州o ”单选框，之后点中“。o ” 单选框，则后视镜沿行驶正方向旋转。需要停止时点中“洲”。 ( 三) 启动停止方式选择 l7 一黝单选框 当需要手动调整后视镜位置或确定其限位及零点位置时，需要工作在“固状 态。此时，必须在“l r 转反转选择”栏中选择“正转”或“反转”，之后点中“旧o ” 爿能够实现手动操作后视镜旋转。当后视镜运动到j e 方向限位时，_ f 向限位“”灯 亮；当后视镜运动到反方向限位时反向限位。”灯亮。当在限位停留时间超过“超 时设定”时间时，系统自动切断电源。 2 - - u 单选框 “自动”状态是在进行后视镜疲劳测试时的工作状态。在调整好后视镜及霍尔开关位 置，确定了“初始化参数”后，点中“国”单选框，此时后视镜按“初始化参数” 规定的操作方式开始疲劳测试。测试过程中，当后视镜运动到正方向限位时，正向限 位“”灯亮；当后视镜运动到零位时，零位“”灯亮：当后视镜运动到反方向限 位时，反向限位“”灯亮。当在限位停留时间超过“超时设定”时间时，系统自动 切断电源。 3 一，单选框 在“自动”状态控制后视镜进行疲劳测试时或在“手动”状态调整后视镜运动时，需 要停止操作，则点中“骱”单选框。 ( 四) 其他命令选择 1 ! ! 竺按钮 系统在上电后，为保证疲劳测试结果的可靠性，首先应通过手动操作调整三个霍 尔开关分别位于零位、洗车位、停车位。之后丌始“自动”疲劳测试。而疲劳畏4 试开 始于零位，因此，在开始“自动”疲劳测试前应首先按下“4 鼍o ”按钮让后视镜刚 好位于零位。 2 一旦按钮 点击“”按钮，界面出现软件的“关于”对话框。 ( 五) 推荐的操作过程 ( i ) 系统上电后，先通过手动调整三个霍尔开关分别位于零位、洗车位、停车位，即 点中”囝，再点中r 。0 ，找到行驶正向限位；之后点中心，再点中r 一 找到行驶反向限位，最终调整好三个霍尔开关的位置； ( 2 ) 按疲劳测试要求设定“初始化参数”： ( 3 ) 点击“8 。”按钮，使后视镜沿正向方向旋转到零位处( 即：中间的霍尔开关 位置) ： ( 4 ) 点中“，”单选框开始疲劳测试。当整个疲劳测试循环周期结束后取下后视 镜检测扭矩是否符合图纸要求，便可知后视镜疲劳寿命是否达到要求。 42 翻转耐疲劳实验台软件控制系统设计 4 2 1 寻零过程设计 该实验系统的寻零与主体软件结构流程图空【i 图42 n 图4 2 寻零过程与主体控制程序流程 寻零位控制程序是为了使后视镜在开始实验前先到达正常行驶位置，以便开始无 人值守自动化实验。该程序的控制功能是这样实现的： p r i v a t es u bc o m m a n d lc 1 i c k ( ) 初始化寻零 i m a g e l v i s i b l e = f a l s e i m a g e 2 v i s i b l e = f a l s e o p t i o n 2 e n a b l e d = f a l s e o p t i o n 3 e n a b l e d = f a l s e o p t i o n 4 e n a b l e d = f a l s e o p t i o n 5 e n a b l e d = f a l s e o p t i o n l v a l u e = f a l s e f i n d z e r o ( o ) = & h e m s c o m m l o u t p u t = f i n d z e r o e n ds u b 首先对软件界面的所有控制指示灯进行初始化，f i n d z e r o ( 0 ) = & h e 定义为寻零标 志位，然后通过串行通讯口对控制端单片机发送寻零指令。当控制端单片机寻零完成 后将回送一个后视镜到达零位的信号回来，由串行口接收并进行判断，如下程序段： c a s e & h 4 s h a p e 8 b a c k c o l o r = & h f f & i ff i n d z e r o ( 0 ) = & h et h e n f i n d z e r o ( 0 ) = & h o e r r o r = m s g b o x ( “初始零位己选定，您现在可以开始循环实验! ，v b o k o n l y ， “温馨提示! ) s h a p e 8 b a c k c o l o r = & h 8 0 & c a l lo p t i o n lc l i c k e x i ts u b e n di f 程序中c a s e h 4 是对控制端单片机回发的信号进行判断，h 4 代表后视镜已经 在正常行驶位置，即零位。然后通过对f i n d z e r o ( o ) 的值判断得出是否为寻零过程， 是寻零过程说明寻零完成，标志位清零，并弹出对话框，提示寻零过程完成， s h a p e 8