轿车车门关闭力自动测试评价系统开发

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轿车车门关闭力自动测试评价系统开发 [复制链接]

摘　要：应用力与位移传感器和计算机技术，研制了轿车车门关闭力—位移自动测量系统。该系统能够同时采集关门过程中车门的关门力和位移。实测结果表明，该测量系统结构简单、操作方便，测量精度满足实际要求。
　　关键词：车门；传感器；关闭力；位移；自动测试系统

　随着汽车工业的发展，车门的关闭力、密封性也成为衡量汽车性能的一项重要指标。尽管轿车车门关闭力—位移便携式测试系统［1］简单方便，易于携带，不受实验场地的限制，其测试精度能满足实验要求，但在实验的过程中，也存在一些问题，如每次实验的基准点的位置不确定，关门的快慢受人为因素影响比较大，而车门的关闭力与关门的速度有很大的关系。为了消除这些影响，设计了自动测试系统。该系统由计算机控制，由步进电机驱动丝杆螺母，完成车门关闭过程，同时由计算机控制数据采集与处理。自动测试系统有以下优点：
　　（1）克服了手动测试系统基准点不一致的缺点，保证重复实验过程中有统一的起点；
　　（2）车门关闭过程由计算机控制，使得关闭速度得以控制，消除了实验过程中的人为因素；
　　（3）车门关闭过程中，采集点的时间间隔由计算机控制，保证重复实验过程采集到定点的关闭力值， 消除手动测试系统数据采集过程中的人为因素。

1　系统原理　　
　　轿车车门关闭力—位移自动测试系统包括硬件和软件2部分。硬件主要有：驱动装置、传动装置、测力装置、位移测量装置、测量系统基座、计算机及通信接口等。软件主要有：计算机控制程序、数据采集及通信、数据处理与分析、输出及存储等。可以实现以下功能：
　　（1）同时测量力与位移，可以获得关闭力—位移之间的变化曲线，获得最大受力变形参数，并与计算机实时通讯；
　　（2）计算机控制测量和数据采集过程。
　　在测试过程中，步进电机控制系统的运动，控制关闭过程。力传感器、位移传感器测量过程，以及数据采集、处理过程由软件控制。力与位移传感器所测的关闭力和车门位移量，转换为电信号传给数据采集部分，信号经二次仪表放大、滤波等处理后，转换成数字信号，通过COM串行口输入计算机，实现计算机实时数据采集和通讯，并将数据保存为文本文件。计算机根据实时传输的数据，对数据进行处理并保存至文件中。系统原理如图1所示。

　　

2　系统机械结构
　　系统采用步进电机为驱动环节，采用丝杆螺母机构为传动机构，联轴器连接丝杆与步进电机，从而实现将旋转运动转化为直线运动，带动车门运动，实现车门关闭力和位移的同时测量。力测量环节和位移测量环节安装在车门上，整个系统固定安装在车门外部的基座上。该机械系统如图2所示。

　　

3　控制系统　　
　　轿车车门关闭力—位移测试装置是一套完全由计算机程序控制、采集测量数据及对实验数据分析处理的计算机集成控制测量系统。它具有以下特点：
　　计算机以中断方式产生步进脉冲，经由计算机并行口发出脉冲，控制步进电动机运转，完成车门关闭过程。同时步进电动机的正转与反转及转速均通过并行接口进行设置。
　　计算机控制关闭力和位移的测量过程以及数据的采集频率，采集的数据通过串行通讯口，实现与计算机的实时通讯。同时将数据保存为文本文件，进行数据处理。
　　由于在控制程序中需要直接对硬件进行操作，因此选用TURBOC＋＋3．0软件作为编译工具，整个控制程序的工作流程如图3所示。

4　测试装置　　
　　轿车车门关闭力—位移自动测试装置照片如图4所示：

5　测量结果
　　利用开发出的测试装置，对国内一款轿车左右4个车门进行测试，测量的结果达到设计的目的。在同一起始点，以相同的速度关闭车门，所测得的力—位移曲线显示其有很高的重复性。
　　图5所示的是该款汽车左前门的十次测量曲线。其中第一个波峰在车门锁相互接触后达到的峰值，数值如表1、表2所示；第二个极值在位移为24．15 mm处，车门达到关闭状态，即车门的最大关闭力数值。

　　从力—位移曲线上可以看出，车门的关闭过程中所受的影响因素很多，包括装配间隙、门锁、密封条等。在0～11 mm处，受车门自身的装配以及铰链影响，但作用力较小；随着步进马达的驱动，在11～14．5 mm处，车门与门锁相接触，达到第一个波峰；在压紧的过程中，即从14．5～24．15 mm之间，密封条所起的作用越来越大，对于车门的最终关闭力的大小起决定作用。

 

6　结　论　　
　　（1）该测试装置不仅能测量出车门的关闭力，而且可以自动测量出车门关闭过程中的力和密封条压缩位移；
　　（2）采用计算机控制，程序使用方便，能够方便地得到力—位移变形曲线。
　　（3）与便携式测量系统相比，测量的有效数据大幅增加，测量的重复性好。