旋钮的扭矩扭力测试
按键和旋钮是汽车上除方向盘、脚踏油门刹车之外使用最频繁的人机接口,在车上按下一键启动,旋钮导航,旋钮音量调节,按键切换中控显示内容,等等,为了使用户操作体验最好,汽车及配套厂商都会严格要求旋钮及按键的操作力,旋转扭力,操作手感;使用荷重试验机可以有效测试出按键的手感曲线,扭力试验机测试出旋钮的扭力,
图1 某车型电子换挡旋钮
相对按键的生硬单功能的操作来说,旋钮的操作给人一种更好的操作体验感,一个旋钮可以控制整个导航,可以控制车载音响的换台、音量及开关,甚至最近新出的众泰某车型,导入了电子旋钮换挡功能,旋钮越来越受到汽车设计师及用户的喜爱。
因此,旋钮的扭力,手感测试也越来越受汽车厂商的重视,厂商需要逐步在生产线中导入旋钮全自动化全检检测,但旋钮的扭力测试一直以内是汽车制造行业的一个技术难点,
难点1:扭力小,
通常只有10-20mNm左右,典型28mm直径旋钮的扭力峰值只有13.3mN.m,产品设计标准±25%,即允许误差±3.325mN.m,根据测试1/10原则,测试系统重复性至少要做到±0.3325mN.m,才能可靠的测试旋钮的扭力。
图2 典型的汽车旋钮扭力-角度波形图
上图可以看到旋钮的力矩非常小,峰值力矩在13mN.m左右,谷值力矩在1mN.m,测试系统需要非常小的扭矩传感器,而且是动态的扭矩传感器;测试采集系统精度必须足够,结构设计也要避免产生额外的扭力矩,例如避免传感器测量端轴承的使用。
难点2:同心度要求高
旋钮测试对系统的同心度要求极高,同心度误差会导致测试数据完全偏离中心点,看起来数据是测试到了,与真实值则是严重偏差。
图3 某研究论文展示的扭力-角度波形图
如上图所示,测试的扭力波形去程和回程在相同的角度上下起伏波动,是为典型的同心度偏差测试波形数据,在我们的测试系统中,也能模拟出了类似的情况。
图4 偏心时的5次测试数据
将同心度调整OK后测试的数据如下图,整体平缓,上下对称:
图4 矫正同心度后3次测试数据
难点3:测试效率;
1)汽车行业部分实验室有进口的旋钮扭力测试设备,测试效果OK,但是测试速度较低,一般只有10-30°/s,完整测试一个旋钮耗时20-30s以上,且只能适用与实验室研究使用,无法自动夹取产品,每次测试需要手动调整XY台以调整中心,手动调节夹紧旋钮,测试耗时极长;
2)部分汽车配件厂商如伟世通有自主研究的6轴机器人的测试系统,其测试旋钮只能做到3°/s,测试一个旋钮就要耗时240s,供试验研究有用,在车间要实现全检显然无法跟上节拍;
3)也有部分自动化厂家声称做出来旋钮测试设备,但是未见实际使用效果,也未见到完整的测试波形数据,具体数据无从得知。
显然,以上几种方式无法适用于自动化生产线的节拍要求,测试效率不够。
难点4:综合成本及适用性
进口的全自动此类设备单价超200W,单独测试旋钮和测试按键的进口仪器每台均超过20W(生产线不适用),类似伟世通的研究项目材料费用超30W(效率太低),
综合以上研究,我们开发了一台既能测试按键,又能测试旋钮,还能适应于不同规格产品的按键扭力一体试验机,测试效率高,数据稳定性好,成本适中,柔性度好,能够适用于不同规格型号的汽车按键及旋钮在自动化生产线测试:
图5 按键旋钮测试一体机
更换产品安装治具即可实现不同型号规格的产品测试,实测5个按键,1个旋钮的产品,从放入产品到产品自动退出,测试节拍22s,其中
1)测试速度:
按键测试速度可达800mm/min,
旋钮测试速度360°/s,
2)数据精度:
按键力重复性0.2gf(速度600mm/min)
旋钮扭力重复性0.1mN.m(240°/s)
3)自对中及自纠偏,自动夹住旋钮,保证测试同心度
4)成本适中,柔性度好:更换夹具即可使用不同产品
5)带扩展IO,可远程控制,适用于全自动化生产线
旋钮力矩测试重复性数据展示:
图6 自动XY移动及夹取旋钮后测试5次的波形数据对比
测试仪可以二次编程动作,自动选择测试旋钮或按键的数目, XY移位时自动规避操作面板的各种突出障碍物或加速位提高测试效率。
图7 旋钮按键测试一体机测试波形图展示
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