1、汽車安全帶卷收力試驗(yàn)臺(tái)的分析與設(shè)計(jì)ExchanaeofExperiencel經(jīng)驗(yàn)交流l機(jī)竄襄械工業(yè)標(biāo)鰓備國(guó)訇鍛準(zhǔn)化與質(zhì)中汽認(rèn)證中心口王寧量根據(jù)CNCA一02C一026:2005機(jī)動(dòng)車輛類續(xù)帶的卷收器的卷收力必須在1N7N之間.CT)(o強(qiáng)制性認(rèn)證實(shí)施規(guī)則汽車安全帶產(chǎn)品和通過(guò)分析,卷收器卷收力試驗(yàn)臺(tái)研發(fā)方案硬寸勻llGB14166-2003機(jī)動(dòng)車成年乘員用安全帶性技術(shù)應(yīng)當(dāng)滿足下列條件:和約束系統(tǒng)中成人安全帶卷收力試驗(yàn)內(nèi)容要1)位移速度要求:500mm/rnin;=0求.中汽認(rèn)證中心需要研發(fā)一種滿足各種樣式的2)鎖止位移:有效長(zhǎng)度的25%士50mm;N成人安全帶卷收力性能的試驗(yàn)臺(tái).3)判定數(shù)據(jù)范圍

2、:1N7N;首先.我們對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行細(xì)致的分析,在4)其他要求:通過(guò)導(dǎo)向輪或樣品自帶導(dǎo)向GB14166-2003中.對(duì)于卷收器卷收力的試件安裝._34應(yīng)條款號(hào)):5.6.4.2將卷收器按在汽車上的安裝狀態(tài)固定住.把織帶全部拉出.然后以約500mm/min的速度將織帶卷入卷收器內(nèi).當(dāng)卷入的織帶長(zhǎng)度為織帶有效長(zhǎng)度的25%士50mm時(shí).測(cè)量卷收器的卷收力.對(duì)帶有導(dǎo)向件的卷收器,則按實(shí)際安裝尺寸.并讓織帶穿過(guò)導(dǎo)向件進(jìn)行測(cè)量卷收力測(cè)量4.2.5.3.4如果卷收器是腰帶的一部分.當(dāng)按照5.6.4.1在假人卷收器之間自由長(zhǎng)度上測(cè)量時(shí).織帶的卷收力不應(yīng)小于7N;如果卷收器是肩帶的一部分時(shí).進(jìn)行類似測(cè)量時(shí),織帶的卷

3、收力應(yīng)不小于2N且不大于7N:如果織帶通過(guò)導(dǎo)向裝置或?qū)蜉?應(yīng)在假人與導(dǎo)向裝置或?qū)蜉喼g的自由長(zhǎng)度上測(cè)量卷收力:如果卷收器總成帶有手動(dòng)或自動(dòng)防止織帶全部卷回的裝置.則在測(cè)量卷收力時(shí).應(yīng)使該裝置失效.按5.6.4.2測(cè)量時(shí)用于腰帶的卷收力必須大于2.6N.用于肩帶或連1)設(shè)備可對(duì)位移速度進(jìn)行設(shè)定;2l設(shè)備可判定位移有效長(zhǎng)度變化及所占織帶全長(zhǎng)的百分比:31設(shè)備可檢測(cè)相應(yīng)設(shè)定位移時(shí)刻的負(fù)荷力值并顯示:4)設(shè)備元件配合應(yīng)保證實(shí)驗(yàn)室計(jì)量認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn):5)設(shè)備應(yīng)符合電氣常規(guī)設(shè)計(jì)使用原則.我們主要分四個(gè)部分對(duì)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行如下設(shè)計(jì):(1)機(jī)械部分在調(diào)研了幾家國(guó)家汽車檢測(cè)中心安全帶試驗(yàn)設(shè)備的工作方式后.根據(jù)卷收器實(shí)

4、車安裝方式和滿足標(biāo)準(zhǔn)要求.設(shè)備機(jī)械部分設(shè)計(jì)決定采用斜橋式設(shè)計(jì):用三根120mmx20mm的型材(長(zhǎng)度2.5米)組成一個(gè)直角U形槽,導(dǎo)軌固定在底部型材上.絲杠通過(guò)滾珠螺母和導(dǎo)軌滑塊連接,在絲杠兩頭分別設(shè)計(jì)凸形軸承座.內(nèi)嵌軸承對(duì)絲杠經(jīng)驗(yàn)交流IExchangeofExpedence進(jìn)行三點(diǎn)支撐,絲杠右側(cè)軸端通過(guò)連軸器與伺服電機(jī)相連接.兩個(gè)軸承座其軸線的延長(zhǎng)線與直線導(dǎo)軌平行度應(yīng)該小于0.02mm.連軸器是用來(lái)連接給進(jìn)機(jī)構(gòu)的兩根軸.使之一起回轉(zhuǎn)傳遞扭矩和圖1絲桿部分立體爆炸圖由于絲杠和導(dǎo)軌以及U形槽組成的機(jī)械主體部分重量在100kg左右.因此我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)緊湊的工作臺(tái)架.采用50mmx50mm的方形鋁合

5、金型材.設(shè)計(jì)主體部分的軸承座讓絲杠主體架在工作臺(tái)上能轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度.以便在安全帶安裝角度上多出一個(gè)自由度.正常測(cè)量是基本保持絲杠呈45o后固定.整個(gè)臺(tái)架和絲杠的裝配示意圖如圖3所示圖3汽車安全帶卷收力試驗(yàn)臺(tái)立體示意圖運(yùn)動(dòng)的裝置.兩根軸用脹緊套壓緊在連軸器里面,使之相互聯(lián)動(dòng).汽車安全帶卷收力試驗(yàn)臺(tái)主絲杠部分立體爆炸示意圖和機(jī)械原理示意圖如圖1和圖2所示.電動(dòng)圖2機(jī)械原理示意圖向件收器(2)動(dòng)力源部分在對(duì)比分析了步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)不同的工作要求后.最終決定采用伺服電機(jī)作為本試驗(yàn)臺(tái)的動(dòng)力源,采用伺服電機(jī)主要因?yàn)槠渚忍岣?通過(guò)編碼器可對(duì)絲杠的轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制.其啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,轉(zhuǎn)矩不隨轉(zhuǎn)速變化而變化,其

6、較步進(jìn)電機(jī)輸出穩(wěn)定.在控制精度上.由于所選伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器每接收10000個(gè)脈沖則電機(jī)轉(zhuǎn)一圈,即其脈沖當(dāng)量為360.門0000=0.036.,是步距角為1.8.的步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量的1/50.3000r/min伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩一轉(zhuǎn)速特性比較.如圖4.從圖4al中可以看出,其轉(zhuǎn)矩輸出平穩(wěn),不因轉(zhuǎn)速的改變而改變,而圖4b)為交流110伏.相電流為8A的步進(jìn)電機(jī),其轉(zhuǎn)矩輸出在低速時(shí)保持一段時(shí)間后.隨著轉(zhuǎn)速的提高.逐漸下滑失去額定轉(zhuǎn)矩特性.當(dāng)遇到機(jī)械故障或瞬間負(fù)荷的增加,步進(jìn)電機(jī)很容易造成傳動(dòng)失效,而伺服電機(jī)則擁有更加良好穩(wěn)定的輸出效果.伺服電機(jī)主要靠脈沖時(shí)間來(lái)定位.伺服電機(jī)接收到一個(gè)脈沖時(shí)間.

7、就會(huì)旋轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的角度,從而實(shí)現(xiàn)位移變化.伺服電機(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能.每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度.都會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)數(shù)量的脈沖.通過(guò)編碼器將發(fā)出與接收的脈沖形成了對(duì)ExchangeofExperienceI經(jīng)驗(yàn)交流機(jī)比,即閉環(huán)控制,就能夠很精確地控制電機(jī)的轉(zhuǎn)5mm,即精度為5mm/10000,達(dá)到0.0005mm.械工動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)精確的定位.該設(shè)備使用的伺服電動(dòng)力輸出源精度的提高打破了技術(shù)瓶頸,對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)LtVJ回促山一力,r脈,.傳砌絲干上哥往刃嗣米果準(zhǔn)調(diào)廈伺徽網(wǎng)幫g/J.標(biāo)準(zhǔn)(N?m)化與15.12.912.9(3500)質(zhì)量'重復(fù)使用'7.5'474_77連續(xù)使用,=l.6C

8、o寸茸lIL'NInT_10002O0o300o400050ooO(r/min)a)轉(zhuǎn)矩(N'm)步進(jìn)電機(jī)交流l1Ov8AlU'J9.8y?18.4,7.7,7.0,6.3'.5.6114.94.2.l3.5|2.8|2.11.40.7_36脈沖比率(PPS)37l1l83775112187375750112518753705轉(zhuǎn)速(RPM)b)圖4伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性對(duì)比通過(guò)調(diào)研.本試驗(yàn)臺(tái)決定采用OMRON公司新推出的G系列伺服電機(jī).它是針對(duì)位置控制,速度控制,轉(zhuǎn)矩控制等廣泛用途所開發(fā)的產(chǎn)品.電機(jī)容量可實(shí)現(xiàn)應(yīng)對(duì)從小容量的50W到大容量的7.5kW的各種需求

9、.編碼器的標(biāo)準(zhǔn)配備為2500脈沖的增量編碼器規(guī)格和高分辨率的17位絕對(duì)值/增量通用編碼器規(guī)格的電機(jī).增益調(diào)整功能搭載了實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整功能及適應(yīng)濾波器功能.并可自動(dòng)進(jìn)行復(fù)雜的增益調(diào)整.并且為了降低操作中出現(xiàn)的機(jī)械共振.陷波濾波器也可進(jìn)行自動(dòng)設(shè)定以實(shí)現(xiàn)降低機(jī)械的振動(dòng).此外.通過(guò)安裝了制振控制功能.對(duì)于負(fù)載剛度較低的振動(dòng)結(jié)構(gòu)也可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的停止性能.(3)主電氣控制部分和拉力傳感部分使用PLC可編程控制器經(jīng)過(guò)設(shè)備工作過(guò)程控制元件.提高控制穩(wěn)定性.PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置.它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器.用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序運(yùn)算,計(jì)時(shí),計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作

10、的指令.并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出.控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程.PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成個(gè)整體.易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì).由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù).采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造.內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù).具有很高的可靠性.在編程難度上.PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)法.這種編程方法很有規(guī)律,很容易掌握.對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng).梯形圖的設(shè)計(jì)時(shí)間相比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖或單片機(jī)的機(jī)器語(yǔ)言程序的時(shí)間減少很多,可擴(kuò)展性良好,對(duì)伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制有專屬設(shè)計(jì).對(duì)于測(cè)量安全帶拉力.應(yīng)用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器.它具有極低的價(jià)格和較高的精度以及較好的線性

11、特性.電阻應(yīng)變片是一種將被測(cè)件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號(hào)的敏感器件它是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一電阻應(yīng)變片應(yīng)用最多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種.通常是將應(yīng)變片通過(guò)特殊的粘和劑緊密地粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上.當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí).電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變.使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變.從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化.這種應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通常較小.一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋.并通過(guò)后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大.再傳輸給處理電路D模塊進(jìn)行處理傳送給PLC程序作出判斷假如輸出1N標(biāo)定到輸出電壓為0.1V.則7N根據(jù)正比輸出的原則為0_7V左右.另外我們要特別考慮一個(gè)安全織帶

12、完全拉出后.在電機(jī)拉動(dòng)遏阻后.壓力傳感器感受到一個(gè)特別大的力用來(lái)給電機(jī)作為反轉(zhuǎn)的條件信號(hào).我們把這個(gè)力設(shè)定為50N,對(duì)應(yīng)輸出就是5V.在這個(gè)前提下,我們可以選擇輸入信號(hào)量程為05V的電壓輸入型D模塊.其電壓量程05V對(duì)應(yīng)不同的十六進(jìn)制數(shù)或者BCD碼.如圖5所示.數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換16進(jìn)制(10進(jìn)制BCD碼)189C63o0萬(wàn)一177060000.25V0/05V5-25VFED4-300圖5o5V電壓輸入A/D模塊數(shù)字量關(guān)系以BCD碼為例.當(dāng)拉力值為1N或者7N(傳感器輸出電壓為0.1V和0.7V),則經(jīng)過(guò)D轉(zhuǎn)換后.送入PLC程序進(jìn)行對(duì)比指令判斷的數(shù)字就是十進(jìn)制數(shù)#0120和#0840.同樣我們還可以根

13、據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定2N(O.2V)的判斷值為#0240.2.6N(0.26V)的判斷值為#0312.而當(dāng)電機(jī)拉動(dòng)受到阻力大于50N.則壓力傳感器輸出大于5V.此時(shí)PLC程序接收到BCD碼為#6000的判斷值,觸發(fā)反轉(zhuǎn)線圈,PLC順序輸出一個(gè)反轉(zhuǎn)指令給伺服電機(jī)控制器.讓伺服電機(jī)反轉(zhuǎn).同時(shí)卷收器開始收回織帶.卷收力試驗(yàn)臺(tái)電氣控制總圖如圖6所示.(4)上位機(jī)部分從對(duì)安全帶卷收力試驗(yàn)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期跟蹤和實(shí)驗(yàn)室積累的試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)分析.收集試驗(yàn)數(shù)據(jù)的主要途徑是在于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的對(duì)應(yīng)卷收長(zhǎng)度25%這一特殊性.以及單一試驗(yàn)最終的位移力值曲線圖,對(duì)于位移數(shù)據(jù)采集精度上,提高采集頻率是一種有效的辦法.由于控制部件已經(jīng)采用PLC可編

14、程控制器.考慮到整套系統(tǒng)中存在多種形式的數(shù)據(jù)采集.數(shù)字量和模擬量同時(shí)處理運(yùn)算.所以采用組態(tài)化的軟件作為本系統(tǒng)的上位機(jī)37Exchange0fExperienceI經(jīng)驗(yàn)交流l目翳鞴嬲鞘翳機(jī)界面更能有針對(duì)性.組態(tài)軟件主要特點(diǎn)有:好地完成一個(gè)復(fù)雜工程所要求的所有功能;械a)延續(xù)性和可擴(kuò)充性:用組態(tài)軟件開發(fā)的C)通用性:每個(gè)用戶根據(jù)工程實(shí)際情況,工業(yè)應(yīng)用程序,當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)(包括硬件設(shè)備或系統(tǒng)結(jié)構(gòu))利用組態(tài)軟件提供的底層設(shè)備的I/O驅(qū)動(dòng),開放標(biāo)或用戶需求發(fā)生改變時(shí),不需做很多修改而方便式的數(shù)據(jù)庫(kù)和畫面制作工具,就能完成一個(gè)具有準(zhǔn)化地完成軟件的更新和升級(jí):動(dòng)畫效果,實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理,歷史數(shù)據(jù)和曲線并與質(zhì)b)封裝性:

15、通用組態(tài)軟件所能完成的功能存,具有多媒體功能和網(wǎng)絡(luò)功能的工程,不受工量都用種方便用戶使用的方法包裝起來(lái).對(duì)于技況環(huán)境限制.術(shù)人員.不需掌握太多的編程語(yǔ)言技術(shù),就能很220VL1N.,臻Il原急lIC1(o2PI1動(dòng)點(diǎn)停氆l1一l持忙I一L丑寸啟躲16A.O,IAC:3O,S2S3S47光電開關(guān)感器伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器一60W'O;I04S1電源:-t-A.DC347lCNA,I:CNBD1(oOO6O6OOOOO匪口1I;q:lCMRONCPILL14DTD0HR0NCP1W一器lAp0lOo丫9丫9'ooo()oOOr_1z圖lllllIlli-ICNIC一一llI旋轉(zhuǎn)38串行通訊電纜圖6卷收力試驗(yàn)臺(tái)電氣控制總圖組態(tài)軟件在今后的維護(hù)和升級(jí)上帶來(lái)十分便公司生產(chǎn)的CP1L型產(chǎn)品,8輸入點(diǎn)/6輸出點(diǎn),捷的方式.由于組態(tài)軟件是一種成熟的工業(yè)控制應(yīng)用.所以提高本項(xiàng)目的高精度和可靠性.確定使用組態(tài)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集,處理和分析.以及執(zhí)行功能的操作菜單實(shí)現(xiàn).其組件的通訊如圖7所示:圖7安全帶卷收力試驗(yàn)臺(tái)通訊流程圖最終.PLC可編程控制器選用了OMRON負(fù)荷傳感器通過(guò)變送器進(jìn)行模擬量的返回利用CP1WAD041擴(kuò)展經(jīng)行A/D轉(zhuǎn)換后輸入到PLC進(jìn)行處理.此型號(hào)PLC具備RS232串行通訊功能和U