汽车板簧刚度测试计算机数据采集系统

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摘要：介绍了汽车板簧刚度测试中所采用的一种计算机数据采集系统，提出了一种廉价实现高精度高效率连续数据采集的方法。采用力和位移传感器、A/D转换器、通用计算机和相应的办公自动化软件MicrosoftExcel，实现汽车板簧刚度连续测试，数据自动化采集和处理，提高了测试精度和工作效率。
关键词：板簧刚度采集系统

1引言

在汽车结构中有很多弹性元件，汽车钢板弹簧是汽车悬架系统中最大的承载弹性元件。因此，其载荷（力）与变形（直线位移）之间的关系——刚度是一个十分重要的考核指标。在实际应用中，涉及频度比较高的是静刚度。在汽车板簧的生产过程中，材料、工艺变化，都必须进行板簧的性能检测。

一般物体的刚度是非线形的，载荷变形形成迟滞回线，回线所包围的面积即为物体由加载到卸载所消耗的能量。用简单的一个比数来表达物体的刚度是线性处理的结果是不确切的。但有的物体刚度接近线形，所以常用静刚度代替和表述复杂的力学机理。静刚度是物体在力的作用下发生变形，力与相应变形之间比即为物体的静刚度，K=△P/△f，其中△P为力变化值，单位N；△f为位移变化值，单位mm。所以在板簧的刚度测试中，我们采用全程连续数据采集法，可以准确直观地反映板簧刚度的实际情况。

由于一般板簧的刚度变化是接近于线性变化，我们可以以静刚度来表示其弹性特征。而在非线性板簧中的刚度，也可简化成几段直线段来处理。

刚度的测量主要是采集力值与位移值数据。通常板簧传统的静刚度测试方法是沿用逐点测量、读数的测量方法。应用标准液压式（或机械式）压力试验机加载，板簧运行到相应的检测点位置上，其载荷由试验机度量盘指示，变形的位移值通过标尺指示，由人工读数的办法记录该点的载荷、位移值，然后通过手工计算得到板簧的刚度值。该方法的缺点是，测试精度较差，工作量大，效率低，无法得到连续的刚度曲线，可能导致试验结果的重大偏差。而且该类机器满量程较大，测试小载荷板簧时，误差很大。所以如在板簧刚度试验中采用计算机全程连续数据采集、软件分析的方法，可以方便地解决该问题。

2系统原理

试验前，将力与位移传感器安装在标准液压式（或机械式）压力试验机上，并与计算机连接。板簧按装车状态装夹到位。预加载三次，消除残余应力、偶然误差的影响。打开计算机专用的数据采集软件，设置好参数（切换到所用的传感器标定系数等），仪器进行自检程序无错后，开始加、卸载测试，数据采集开始。

测试过程中力与位移传感器的二路信号通过接口卡，经过放大器、A/D转换器，由专用的数据采集软件进行采集，力与位移曲线在线显示到计算机屏幕上。到达设定的最大载荷点后，开始卸载，重复采集过程。

同时该数据由专用数据格式存入MicrosoftExcel工作簿。加、卸载测试完毕，关闭应用采集程序，进入MicrosoftExcel程序，将保存的数据读入到MicrosoftExcel程序中，调入图表功能，以X、Y散点图绘制板簧加、卸载完整的载荷—变形曲线（刚度曲线）（X：位移值/f、Y：力值/P）。在图表中使用趋势线，数据拟合，回归分析得到二次方程代数式，其中，斜率即是板簧的刚度值。如是多级刚度板簧，取每一直线段回归分析，可以得出板簧该段的刚度值。虽然有人认为这样操作太烦琐，但是，MicrosoftExcel软件应用普及，图表功能中趋势线分析形式较灵活，完全能胜任刚度曲线的分析工作，所以没有必要自己编制分析软件。

该程序最大采集点数量可以达到500点。并可以在板簧运行过程中采集任意一指定检测位置点上的数据，并计算其刚度值。如遇到多级刚度板簧，可以分段计算出各段刚度值。

3系统硬件

该系统由传感器、数据采集控制装置、计算机和采集、分析软件四部份组成。

传感器：位移、力传感器。
数据采集控制装置：采集测试核心，具有传感器的放大器、A/D转