一种汽车空调控制器拨片耐久试验台架设计

陈喜 龚辉 张桂琴

摘要：文章介绍一种汽车空调控制器拨片耐久试验装置的开发与设计，根据空调控制器总成在实车上的安装方式，模拟用户操作方式，用铝材搭建台架，采用气动装置作为动力源，驱动拨杆操作空调控制器总成拨片，再运用PLC程序实现台架的自动化控制和操作次数的计数。该台架已完成多款车型空调控制器总成拨片耐久性的试验任务，试验过程中发现空调控制器总成拨片存在故障和不足，为研发设计提供了整改依据。

关键词：空调控制器总成；拨片；耐久试验；台架

中图分类号：TH122 文献标识码：A   文章编号：1674-0688（2023）06-0024-03

0 引言

汽车空调控制器是调节、控制汽车空调系统风量大小、温度高低、进风模式、出风模式及空气质量的装置，是汽车的重要组成部分。空调控制器总成通过旋钮、按键和拨片调节风量、温度及进出风模式，大多数情况下，进出风模式通过按键切换实现，风量大小和温度高低则通过旋钮或拨片进行调节。拨片结构因操作便捷、造型美观等优点，目前广泛应用于汽车空调控制器总成。拨片结构的空调控制器总成通过上下拨动拨片实现风量大小及温度高低的调节。现实应用中，用户对风量和温度有较多的调节需求，因此拨片结构耐久性能的好坏直接影响用户对汽车产品的评价与选择。开发设计一套实用的空调控制器拨片操作耐久试验台架可为产品的研发与改进提供重要依据。基于此目的，本文根据拨片使用场景，设计一套耐久试验台架。

1 试验台架设计

1.1 台架设计要求

空调控制器拨片操作耐久试验需模拟用户上下拨动拨片。空调控制器总成按实车装配固定在台架上，调整“Y”形拨杆位于空调控制器拨片中间，用气缸推动“Y”形拨杆上下运动，“Y”形拨杆推动空调控制器拨片上下移动。在台架上安装拨杆上限位件和下限位件，确保拨片操作到位的情况下，拨片在拨动过程中存有余量，防止拨片过压造成损坏。试验在常温、低温和高温3种不同环境下进行。空调控制器总成拨片耐久试验台架设计的原则是满足空调控制器总成拨片的试验要求，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造成损坏。

1.2 材料选择

选择铝型材作为台架主体的原材料，理由如下：①铝制品在高温和低温等恶劣环境下能保持良好的性能，具有良好的抗腐蚀性能；②铝型材带有“T”形槽，便于台架的拆装；③铝型材表面光滑，耐脏，易保养；④铝型材较其他金属材料重量轻，便于搬运［1］。为更贴合用户使用场景，台架根据空调控制器总成在实车的安装方式设计安装点，确保台架上的空调控制器总成与实车状态一致，以达到更好的验证效果。

拨杆采用铁块加工成“Y”形，确保拨杆能上下拨动空调控制器总成拨片。选择铁块作为拨杆原材料的主要原因如下：①铁块坚硬，能承受气缸较大的推动力而不发生弯折；②铁块价格低，易获取；③铁块性能稳定，在高温和低温等恶劣环境下能保持良好的性能。因拨杆硬度较大，为避免拨杆对空调控制器总成拨片的损坏，试验时用电工胶布包覆“Y”形拨杆。

1.3 动力源方式设计

在实际使用中，用户是通过手指拨动拨片操作空调控制器总成。试验过程中，需要选择一种动力源替代用户操作空调控制器拨片。该驱动装置需要满足以下条件：①动力源能满足拨动拨片所需的扭矩大小；②在高温和低温等恶劣环境下，动力源能正常工作；③动力源大小可调节；④动力源经济实惠，性价比高。综合以上几种因素，最终选择气动装置作为台架的动力源［2］。气动装置除了满足以上要求，还具有结构简单、安装简便、易于保养等优点，适合作为当前耐久性试验台架的驱动选择。

1.4 操作装置设计

对于带拨片的空调控制器总成，风量大小和温度高低通过上下拨动撥片实现。本台架采用“Y”形拨杆实现对拨片的上下拨动操作。“Y”形拨杆结构对称，这种结构的优势是拨杆在拨动过程中对空调控制器拨片的两面具有相同的受力面积。 “Y”形拨杆的末端位置装有上拨气缸和下拨气缸，通过气缸推动拨杆上下运动，实现对拨片的上下操作。“Y”形拨杆中间位置装有上回位弹簧和下回位弹簧，回位弹簧的作用是减小气缸的冲击力，保证台架上空调控制器总成的稳定性，同时当拨杆拨动拨片后，通过回位弹簧的弹力，保证拨杆回到起始位置。根据“Y”形拨杆的运行轨迹，在台架上安装拨杆的上限位块和下限位块，限位块的作用是保证拨片在上下运动过程中存有余量，避免拨片受到过大的压力，导致损坏。以上组件是台架的操作装置和重要的组成部分，是拨片能进行耐久操作的前提。

1.5 限位装置设计

气缸冲击力大，不易控制精度，试验过程中往往会因为较大的冲击力损坏空调控制器拨片；而较大的冲击力属于恶劣的使用工况，与客户实际使用工况不符合，因此台架试验有必要增加限位装置。本次台架安装有上下2个方向的限位块。气缸推动拨杆往上运动，拨杆操作空调控制器总成拨片，当拨杆碰到限位块时停止对拨片施加往下的作用力，避免拨杆对拨片产生较大压力而损坏样件。同理，当气缸推动“Y”形拨杆往下运动，拨杆操作空调控制器总成拨片，当拨杆碰到限位块时停止对拨片施加向上的作用力。

2 台架搭建

选定搭建台架的材料和动力源后，需要把设计好的操作装置搭建到台架上，以下为搭建台架的过程。

（1）使用铝型材搭建台架，用样件固定架参照实车安装方式将空调控制器安装到台架上。

（2）将温度和风量的上回位弹簧和下回位弹簧安装在“Y”形拨杆上，将拨杆固定于拨片荷叶，再将拨片荷叶固定在台架上。根据拨片与“Y”形拨杆的间隙位置调整距离，保证拨片位于拨杆的中间位置。

（3）安装并调整温度和风量的上拨气缸和下拨气缸，使它们在伸出过程中能够顶到温度“Y”形拨杆。

（4）安装并调整温度和风量的拨杆上限位块和下限位块，保证气缸被拨动后在伸出过程中触发拨片，同时保证拨片在上下拨动过程中存有余量，避免拨片因受力过大而损坏。

（5）接通变频稳压直流电源，给空调控制器总成供电。

（6）连接控制柜，编辑程序实现：温度上拨→温度下拨→风量上拨→风量下拨。

（7）接通气管，开始运行试验。

搭建好的空调控制器总成拨片耐久试验台架结构如图1所示。

3 台架运行过程

在实际使用中，往上拨空调控制器总成拨片可实现风量或温度挡位的增加，向下拨可实现风量或温度挡位的递减。

本台架采用PLC程序控制整套台架的动作和监控实现空调控制器总成拨片的风量或温度挡位变化。PLC系统具有如下优势［3］。

（1）PLC程序具有高可靠性。PLC采用专业的工业控制元件，例如具有良好可靠性和耐久性的CPU和输入输出模块，可满足工业自动化系统长期稳定运行的需求。

（2）PLC硬件配套齐全，功能完善，适用性强。虽然PLC的种类繁多，但是其产品已系列化和规模化，软件包齐全，用户可灵活组成各种规模和不同要求的控制系统。

（3）PLC编程语言易学易用。PLC一般采用易于理解和掌握的梯形图形语言和简单指令编写程序，易于被工程技术人员接受。

（4）PLC设备体积小、重量轻、能耗低。以超小型PLC为例，新出产品底部尺寸小于100 mm，重量小于150 g，功耗仅数瓦，体积小，容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

（5）PLC系統运行效率高并具有良好的可维护性，它以毫秒级的速度处理控制过程，可以满足大多数自动化系统的实时性要求。此外，它采用的是标准化技术，调试和维护简易，可极大地降低自动化系统的维护成本。

台架实现耐久试验的过程如图2所示。一个过程完成之后，利用PLC程序的自动循环指令再次运行，直至完成要求的试验次数。台架运行时，PLC程序还加入了报警功能，如果试验过程出现问题，台架会自动暂停试验并报警提醒巡视检查人员，降低了巡视检查人员的工作量，实现了机电一体化的功能。

4 结语

台架试验具有缩短研发周期、减少研发成本、便于采集试验数据等优点。本文结合现场试验的需求，成功设计出汽车空调控制器总成耐久试验台架。该台架可实时监测试验中拨片操作次数，结构简单、操作简便。台架系统由PLC程序控制，提高了试验数据的准确性和真实性，具有降低劳动强度、优化人机工程等优点。该台架已经过多次耐久试验验证，可靠性高，目前已应用于多个项目的空调控制器总成拨钮耐久试验中，很好地履行了耐久试验台架的功能，试验过程发现的新产品潜在故障为研发部门的整改提供了方向。该台架已经申请国家专利，后续会对该台架继续进行改进研究，以期为更多的试验项目提供参考。

5 参考文献

［1］付百学.汽车试验技术［M］.北京：北京理工大学出版社，2007：25-26.

［2］赵立军.汽车试验学［M］.北京：北京大学出版社，2008：32-33.

［3］公利滨.欧姆龙PLC培训教材［M］.北京：中国电力出版社，2012：18-19.