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摘 要：气弹簧是一种具有支撑、缓冲、刹车、调整高度和调整角度的有效配件，车用气弹簧的一般应用在车门后，发动机罩，行李箱盖打开，调节角度发挥作用。目前，国内气弹簧试验主要是根据QC / t207-1996该车采用普通气弹簧和GB25751-2010压缩气弹簧，而这两个标准之间的差异是气弹簧释放速度。本文就以GB25751-2010《压缩气弹簧》为基础对汽车通用气弹簧伸展速度的测量进行探究。
关键词：汽车通用；气弹簧；伸展速度；测量
气弹簧是一种省力升降弹簧机构，就目前其发展而言一般可将其可分为自锁式气弹簧（如座椅底部，老板椅靠背）、不可锁定气弹簧（如汽车后备箱，衣柜门升降支撑装置），气弹簧的结构主要包括套、活塞和活塞杆，在套中加入高压空气或氮气，在活塞面积不等的两端会产生压力差，压力差推动活塞和活塞杆的移动和支持的人或物体发生机械运动。
1 实验介绍
1.1 测试原理
对气弹弹簧伸展速度的测试主要通过V=S/T计算，该公式成立前提是气弹簧伸展过程中做匀速运动。实际上气弹簧在伸展过程中首先做加速运动，到气弹簧长度变为原长时速度达到最高，此时开始逐渐做减速运动，并直至速度为零。本文所说实验假设气弹簧伸展过程为匀速运动。实验中将气弹簧活塞杆向下夹在测试设备上，并根据实验前设定的行程将其压入活塞杆，之后再一瞬间撤销压力使气弹簧做自由运动，通过装置测定其伸展距离S以及伸展时间T，之后根据实验假设条件将其带入公式V=S/T计算，得出伸展平均速度。
1.2 技术要求
技术要求即实验过程中各项技术参数，首先实验环境温度应控制在常温状态下，范围是20±2℃，实验前需将气弹簧放置于环境中2小时以上让气弹簧充分接受环境因素影响使实验结果更具说服性。
1.3 判定标准
数据统计标明气弹簧伸缩速度应控制在100-200mm/s之间，如有特殊需求可由供应商机客户协商解决。
2 气弹簧释放速度的测试方案
2.1 测试构想
气弹簧工作需要气体或液体介质，在介质推动下做伸缩运动。气弹簧主要结构包括压力管、活塞连杆、活塞以及其他基本组件构成。气弹簧内部一般充满高压氮气，活塞内部封密性极好，因此活塞两端气压值相等。气弹簧最大特点是其两端气压虽相等，但活塞截面积有大小之分，因此压力值大小并不相等。气弹簧活塞一端连接连杆，在相同气压值条件下活塞两端由于面积不同产生压力值差，造成存在一个方向指向活塞截面积小的一端，即为弹簧弹力。气弹簧的伸展速度V只要是在弹力作用下产生的。
一般而言弹簧由于自身属性因素影响刚，其伸展距离S固定不变，从公式V=S/T可以看出，当S为以常数时，V同T间存在反比关系，即T越小，V越大，反正T越大，V越小。从宏观角度来看就是伸展时间越小伸展速度越快。T其实是一个时间差，以气弹簧被人为形变至指定长度释放开始即为初始时刻，至弹簧形变之最小压缩状态为终止时刻，以终止时刻减去初始时刻即为T值。T值准确性主要与初始时刻以及终止时刻有关，测试仪器主要捕捉这两个时刻的时间数值，所以一定要选取适当数据收集系统以及灵敏度较高的传感器。
2.2 伸展速度V的测试单元
2.2.1 自动化行业测试系统分类
当前自动化行业测试系统主要有三类。第一类是指运用作为广泛的普通仪器仪表；第二类指控机及数据采集系统；第三类主要指PLC以及人机界面系统。随着需求不断增加，普通仪器仪表只能够进行单一物理量测试，已经无法满足实际需求，正逐渐被淘汰。数据采集系统虽然具有一定科学性，但其应用必须在配备上位机条件下，该系统价格比较昂贵，且主要为模拟量接口。由于数字量I/O端口较少，因此编程不够灵活；PLC系统的自动化程度是当今同种作用系统中最高的，且PLC稳定性较强，编写程序灵活性较强，自动控制系统先进，数字量I/O较多，完全符合当前需求。
进行此次测量时主要选取西门子S7-200 CPU222晶体管型PLC作为数据采集系统，做出这样决定主要是考虑到其I/O端口的硬件响应时间以及定时器。
编写PLC程序时采用的是1ms定时器，该定时器最大特点是其当前值不与周期扫描同步进行，因此在实际测量过程中由于定时器造成的影响一般可忽略不计。
进行编写PLC程序时应尽量对I/O的采集采用"立即指令"，这些指令都不根据S7-200扫描周期进行更新，执行主要通过采集到到I/O的变化来实现。由此可见采样时由于成簇扫描周期造成的影响可忽略不计。
数据采集过程中硬件系统由于存在反应上差异，因此需考量硬件系统延迟对测试结果造成的影响。一般情况下（未使用高速计算器），，西门子S7-200型PLC的I/O端口硬件响应时间应该小于1ms。
对采集时间工具是选用奥托尼克斯BUP-50S对射光电传感器，该传感器硬件响应时间低于1ms，在所有同类型传感器中处于先进水平。通过数字示波器对奥托尼克斯BUP-50S传感器进行性能测试，其响应时间为400us，能够满足测试需求。
综合来看，就伸展时间来看，测试过程中硬件延时为1.4ms，一些气弹簧行程时间较长，因此对于硬件延时造成的损失一般可忽略不计。对于行程时间较长的气弹簧伸展时间较短，因此硬件延时可能造成结果出现较大误差，因此需将硬件延时考虑到数据统计中。、
2.2.2 测试单元
PLC： 西门子S7-200CN CPU222 晶体管型 8输入/6输出
人机界面： 西门子Smart700 IE 7寸触摸屏
光电传感器： 奥托尼克斯BUP-50S PNP对射常开型 响应时间<1ms
最小检测直径Φ1.5mm
高度尺： 量程，500mm，分辨率，0.02mm
2. 3 气弹簧伸展速度控制单元结构图
通过对测试数据进行统计，其有效行程为S，活塞连杆又最大拉伸量运动至最大压缩量时间为T，之后再将S7-200 PLC与人机界面Smart 700IE进行联通，并对收集到的数据进行读写分析（如图一）。
2.4 伸展速度v 机械结构单元简介
如上图二所示，将气弹簧末尾段安装于试验台上，并用辅助固定装置将气弹簧中部固定，根据实际测试需求需先将传感器1以及传感器2的位置调整至适当位置，并用高度尺测量出两个传感器之间间距S。前期准备完成后通过气缸控制气压使得气弹簧活塞杆受到连续性压缩并制止最大压缩位置，同时需将安装于气缸的特殊压头推至电磁铁附近，之后再操作电磁铁使之吸引住卡板，控制气缸气压缓慢回收，卡板此时位置位于夹住气弹簧活塞杆的前。
将相关参数输入至人机界面中，此时PLC读取带S数值，人工点击开始键，电磁铁电力消失其磁力随之消失，卡板被释放，气弹簧活塞杆的前端随之被松开，活塞杆开始快速伸展做往复运动，传感器1以及传感器2的对射光线会被阻挡，此时PLC会读取到两个时刻并记录下来。再将先前读取的S和时间差值T进行计算得出平均速度V。
综上所述，平均速度V准确性主要有测量过程中收集到数据准确性决定，采用的S7-200 PLC定时器最小分辨率是1ms，满足测量需求。实际统计发现，PLC测量相对于数字示波器的示值偏差约为百分之一，数值具有一定参考价值。
结束语：
汽车零部件对其质量有重要影响，气弹簧是其中重要零部件之一，性能测试过程中主要研究其伸展速度，通过伸展速度的测量为汽车发展提供一定方向，便于生产出性能更好的汽车。气弹簧具有一定通用性，因此通过提升气弹簧性能能够有效提升汽车整体性能，为人们更好的出行奠定坚实基础。
参考文献
[1]喻建军.汽车通用气弹簧伸展速度的测量[J]. UG NX4机械设计培训.2012（5）：45-46
[2] 蔡行健. 深入浅出西门子S7-200PLC. 北京： 北京航空航天大学出版社，2012.1
关键词：汽车通用；气弹簧；伸展速度；测量
气弹簧是一种省力升降弹簧机构，就目前其发展而言一般可将其可分为自锁式气弹簧（如座椅底部，老板椅靠背）、不可锁定气弹簧（如汽车后备箱，衣柜门升降支撑装置），气弹簧的结构主要包括套、活塞和活塞杆，在套中加入高压空气或氮气，在活塞面积不等的两端会产生压力差，压力差推动活塞和活塞杆的移动和支持的人或物体发生机械运动。
1 实验介绍
1.1 测试原理
对气弹弹簧伸展速度的测试主要通过V=S/T计算，该公式成立前提是气弹簧伸展过程中做匀速运动。实际上气弹簧在伸展过程中首先做加速运动，到气弹簧长度变为原长时速度达到最高，此时开始逐渐做减速运动，并直至速度为零。本文所说实验假设气弹簧伸展过程为匀速运动。实验中将气弹簧活塞杆向下夹在测试设备上，并根据实验前设定的行程将其压入活塞杆，之后再一瞬间撤销压力使气弹簧做自由运动，通过装置测定其伸展距离S以及伸展时间T，之后根据实验假设条件将其带入公式V=S/T计算，得出伸展平均速度。
1.2 技术要求
技术要求即实验过程中各项技术参数，首先实验环境温度应控制在常温状态下，范围是20±2℃，实验前需将气弹簧放置于环境中2小时以上让气弹簧充分接受环境因素影响使实验结果更具说服性。
1.3 判定标准
数据统计标明气弹簧伸缩速度应控制在100-200mm/s之间，如有特殊需求可由供应商机客户协商解决。
2 气弹簧释放速度的测试方案
2.1 测试构想
气弹簧工作需要气体或液体介质，在介质推动下做伸缩运动。气弹簧主要结构包括压力管、活塞连杆、活塞以及其他基本组件构成。气弹簧内部一般充满高压氮气，活塞内部封密性极好，因此活塞两端气压值相等。气弹簧最大特点是其两端气压虽相等，但活塞截面积有大小之分，因此压力值大小并不相等。气弹簧活塞一端连接连杆，在相同气压值条件下活塞两端由于面积不同产生压力值差，造成存在一个方向指向活塞截面积小的一端，即为弹簧弹力。气弹簧的伸展速度V只要是在弹力作用下产生的。
一般而言弹簧由于自身属性因素影响刚，其伸展距离S固定不变，从公式V=S/T可以看出，当S为以常数时，V同T间存在反比关系，即T越小，V越大，反正T越大，V越小。从宏观角度来看就是伸展时间越小伸展速度越快。T其实是一个时间差，以气弹簧被人为形变至指定长度释放开始即为初始时刻，至弹簧形变之最小压缩状态为终止时刻，以终止时刻减去初始时刻即为T值。T值准确性主要与初始时刻以及终止时刻有关，测试仪器主要捕捉这两个时刻的时间数值，所以一定要选取适当数据收集系统以及灵敏度较高的传感器。
2.2 伸展速度V的测试单元
2.2.1 自动化行业测试系统分类
当前自动化行业测试系统主要有三类。第一类是指运用作为广泛的普通仪器仪表；第二类指控机及数据采集系统；第三类主要指PLC以及人机界面系统。随着需求不断增加，普通仪器仪表只能够进行单一物理量测试，已经无法满足实际需求，正逐渐被淘汰。数据采集系统虽然具有一定科学性，但其应用必须在配备上位机条件下，该系统价格比较昂贵，且主要为模拟量接口。由于数字量I/O端口较少，因此编程不够灵活；PLC系统的自动化程度是当今同种作用系统中最高的，且PLC稳定性较强，编写程序灵活性较强，自动控制系统先进，数字量I/O较多，完全符合当前需求。
进行此次测量时主要选取西门子S7-200 CPU222晶体管型PLC作为数据采集系统，做出这样决定主要是考虑到其I/O端口的硬件响应时间以及定时器。
编写PLC程序时采用的是1ms定时器，该定时器最大特点是其当前值不与周期扫描同步进行，因此在实际测量过程中由于定时器造成的影响一般可忽略不计。
进行编写PLC程序时应尽量对I/O的采集采用"立即指令"，这些指令都不根据S7-200扫描周期进行更新，执行主要通过采集到到I/O的变化来实现。由此可见采样时由于成簇扫描周期造成的影响可忽略不计。
数据采集过程中硬件系统由于存在反应上差异，因此需考量硬件系统延迟对测试结果造成的影响。一般情况下（未使用高速计算器），，西门子S7-200型PLC的I/O端口硬件响应时间应该小于1ms。
对采集时间工具是选用奥托尼克斯BUP-50S对射光电传感器，该传感器硬件响应时间低于1ms，在所有同类型传感器中处于先进水平。通过数字示波器对奥托尼克斯BUP-50S传感器进行性能测试，其响应时间为400us，能够满足测试需求。
综合来看，就伸展时间来看，测试过程中硬件延时为1.4ms，一些气弹簧行程时间较长，因此对于硬件延时造成的损失一般可忽略不计。对于行程时间较长的气弹簧伸展时间较短，因此硬件延时可能造成结果出现较大误差，因此需将硬件延时考虑到数据统计中。、
2.2.2 测试单元
PLC： 西门子S7-200CN CPU222 晶体管型 8输入/6输出
人机界面： 西门子Smart700 IE 7寸触摸屏
光电传感器： 奥托尼克斯BUP-50S PNP对射常开型 响应时间<1ms
最小检测直径Φ1.5mm
高度尺： 量程，500mm，分辨率，0.02mm
2. 3 气弹簧伸展速度控制单元结构图
通过对测试数据进行统计，其有效行程为S，活塞连杆又最大拉伸量运动至最大压缩量时间为T，之后再将S7-200 PLC与人机界面Smart 700IE进行联通，并对收集到的数据进行读写分析（如图一）。
2.4 伸展速度v 机械结构单元简介
如上图二所示，将气弹簧末尾段安装于试验台上，并用辅助固定装置将气弹簧中部固定，根据实际测试需求需先将传感器1以及传感器2的位置调整至适当位置，并用高度尺测量出两个传感器之间间距S。前期准备完成后通过气缸控制气压使得气弹簧活塞杆受到连续性压缩并制止最大压缩位置，同时需将安装于气缸的特殊压头推至电磁铁附近，之后再操作电磁铁使之吸引住卡板，控制气缸气压缓慢回收，卡板此时位置位于夹住气弹簧活塞杆的前。
将相关参数输入至人机界面中，此时PLC读取带S数值，人工点击开始键，电磁铁电力消失其磁力随之消失，卡板被释放，气弹簧活塞杆的前端随之被松开，活塞杆开始快速伸展做往复运动，传感器1以及传感器2的对射光线会被阻挡，此时PLC会读取到两个时刻并记录下来。再将先前读取的S和时间差值T进行计算得出平均速度V。
综上所述，平均速度V准确性主要有测量过程中收集到数据准确性决定，采用的S7-200 PLC定时器最小分辨率是1ms，满足测量需求。实际统计发现，PLC测量相对于数字示波器的示值偏差约为百分之一，数值具有一定参考价值。
结束语：
汽车零部件对其质量有重要影响，气弹簧是其中重要零部件之一，性能测试过程中主要研究其伸展速度，通过伸展速度的测量为汽车发展提供一定方向，便于生产出性能更好的汽车。气弹簧具有一定通用性，因此通过提升气弹簧性能能够有效提升汽车整体性能，为人们更好的出行奠定坚实基础。
参考文献
[1]喻建军.汽车通用气弹簧伸展速度的测量[J]. UG NX4机械设计培训.2012（5）：45-46
[2] 蔡行健. 深入浅出西门子S7-200PLC. 北京： 北京航空航天大学出版社，2012.1