汽车试验技术1

何耀华《汽车试验技术》主要介绍汽车试验理论和试验方法，其内容包括汽车测试系统的组成与特性分析、汽车试验系统中常用的典型传感器、信号的调理与传输、试验数据的采集与处理、DSP技术、虚拟仪器系统、汽车整车出厂检验系统、汽车整车性能的道路试验、汽车室内台架试验系统、汽车试验场试验、汽车噪声试验系统、试验设计与试验研究等。汽车试验的重要意义汽车试验对汽车产业发展的重要作用与影响现代汽车试验技术汽车是一个由成千上万零部件组装成的产品，每个零件的品质和功能，都有可能直接影响汽车的性能。因此，有关汽车的试验研究内容很广，需要解决的问题也极为复杂，既有涉及产品品质的检查性试验，也有涉及性能对比研究研发性试验，以及涉及安全和环保的认证试验等，从事汽车试验的单位和部门也包括了生产企业、科研部门和认证机构、使用单位，可见，汽车试验研究本身已经成为伴随汽车技术发展的一个相对独立的研究领域。按试验特征分类◦室内台架试验◦汽车试验场试验◦实际的道路试验按试验对象分类◦整车试验◦总成与大系统试验◦零部件试验按试验目的分类◦质检试验◦新产品定型试验◦科研试验各类试验的关系汽车道路试验系统的组成与工作原理汽车台架试验系统的组成与工作原理一、汽车试验方法探索性试验，新机构的原理验证试验，获取原始控制数据的定标试验，为产品、结构改进提供支持的功能试验，生产工艺的改进与验证试验，整车及总成部件的可靠性、耐久性试验，产品质量控制试验，汽车试验技术的探索、研究试验等。其发展主要表现在以下两个方面：1、试验内容逐年增加2、试验方法的不断更新二、汽车试验仪器设备◦自动化程度越来越高◦功能集成◦在试验室内再现各类试验环境◦高精度、高效率测试是测量和试验的综合，主要研究各种物理量的测量原理和测量信号分析处理方法。测试的基本任务是获取有用的信息，信息蕴涵在信号中。测量是以确定被测物属性量值为目的的全部操作。测试技术属于信息科学范畴，是信息技术三大支柱（测试控制技术、计算技术和通信技术）之一。简单测试系统可以只有一个模块，但精度低，无法实现测量自动化。为提高测量精度和自动化程度，通常先将被测物理量转换为电量，进行处理和输出。信息转换信息提取简单说来，测试系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。被测对象传感器信号调理传输信号处理显示记录观察者激励装置反馈、控制在科学实验、产品开发、生产监督、质量控制等，都离不开测试技术。测试技术应用涉及到航天、机械、电力、石化和海洋运输等工程领域。机械手、机器人中的传感器转动/移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、听觉传感器、接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传感器。在各种自动控制系统中，传感器起着系统感官的作用，是其重要组成部分。密歇根大学机械手装配模型切削力传感器，加工噪声传感器，超声波测距传感器、红外接近开关传感器等。数字化工厂电力、冶金、石化、化工等流程工业中，通常建立24小时在线监测系统。石化管道、储油罐等压力容器的破损和泄露检测。汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件出厂时，必须对其性能质量进行测量和出厂检验。汽车出厂检验原理框图汽车扭距测量机床加工精度测量楼宇中应用了许多测试技术，如安全监测、空气监测、温度监测、电梯运行状况。某楼宇自动化系统：电源管理、安全监测、照明控制、空调控制、停车管理、水/废水管理和电梯监控。烟雾传感器亮度传感器红外人体探测器家电产品和办公自动化产品设计中，大量的应用了传感器和测试技术来提高产品性能和质量。全自动洗衣机衣物重量传感器，衣质传感器，水温传感器，水质传感器，透光率光传感器(洗净度)液位传感器，电阻传感器(衣物烘干检测)。指纹传感器透光率传感器温湿度传感器温度传感器汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容。普通轿车：约安装几十到近百只传感器，豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。发动机：向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息，对发动机工作状况进行精确控制。传感器：温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等。底盘：控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系统等。传感器：车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、油温等。车身：提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等。传感器：温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等。1、传感器方面（1）利用新发现的材料和新发现的生物、物理、化学效应开发出的新型传感器光纤流速传感器荧光材料制作电子鼻传感器生物酶血样分析传感器振动网络传感器嵌入式计算机智能压力网络传感器智能倾角RS232传感器IC总线数字温度传感器自动化软件PLC串行口数据采集过程现场总线个人计算机或工作站图象公司IntranetorInternet分布式I/O动作基于虚拟仪器的新型工业测控系统架构量与量纲◦量是指现象、物体或物质可定性区别和定量确定的一种属性。不同类的量彼此可以定性区别，同一类中的量之间以量值大小来区别。◦1、量值◦用数值和计量单位的乘积表示。◦2、基本量和导出量◦基本量是相互独立的量，导出量是又基本量按一定函数关系定义的。◦3、国际单位制中的七个基本量◦长度、质量、时间、温度、电流、发光强度和物质的量。◦任何一个量可用基本量量纲的幂表示，在任一个量与其他量之间的关系式等号两侧的量纲相同。JNITML、、、、、、以确定被测对象的量值为目的而进行的实验过程。1.测量（Measurement）研究测量、保证测量统一和准确的科学。2.计量（Metrology）3.测试（MeasurementandTest）具有试验性质的测量。测量的四要素：被测对象、计量单位、测量方法和测量误差。一、测量方法分类◦1.直接测量与间接测量◦2.直接比较测量与替代测量◦3.接触测量与非接触测量◦4.静态测量与动态测量二、测量装置及有关术语◦1.传感器◦2.测量变换器提供与输入有给定关系的输出量的测量器件。传感器是第一级测量变换器，当测量变换器输出为标准信号时，称为变送器。◦3.检测器用以指示某种特定值的存在而不必提供量值器件或物质，如化学试纸。4.测量器具的示值5.准确度等级◦表示测量器具的等级或级别。6.标称范围◦示值范围。7.量程◦标称范围的上下限之差的模。8.测量范围◦在测量器具极限误差范围内，被测量值的范围。9.漂移◦测量器具的计量特性随时间的慢变化。一、测量误差的定义测量误差=测量结果-真值二、误差分类◦1.根据产生误差的原因◦仪器（工具）误差◦人为（个人）误差◦环境（条件）误差◦2.根据误差的统计特征◦系统误差，随机误差和过失误差。三、误差的表示方法◦1.绝对误差◦2.相对误差◦相对误差=误差÷真值≈误差÷测量结果◦3.引用误差◦用于表示计量器具特性◦引用误差=绝对误差÷引用值（量程）◦4.允许误差◦5.测量误差的分布特征被测量真值0x第i次的测量值ix测量值概率分布的数学期望测量值概率分布的标准偏差第i次的测量误差值i第i次的测量随机误差值ri系统误差s四、测量精度和不确定度◦1.测量精密度◦表示测量结果中随机误差大小的程度，也指在一定条件下多次测量所得结果彼此符合程度。◦2.测量正确度◦表示测量结果中系统误差大小的程度，反映了在规定条件下测量结果中所有系统误差的综合。◦3.测量准确度◦表示测量结果和被测量真值之间的一致程度，反映了测量结果中系统误差和随机误差的综合。36不精密（随机误差大）正确（系统误差小）精密（随机误差小）不正确（系统误差大）不精密（随机误差大）不正确（系统误差大）精密（随机误差小）正确（系统误差小）不精确不精确不精确精确第一节汽车试验系统的特性测试系统是由若干相互联系、相互作用的单元（试验装置、仪器设备和传输及控制部件），为实现特定的测试目的而组成的有机整体。把测量装置作为一个系统来看待，工程测量问题化为处理输入、系统传输特性和输出三者之间的关系。x(t)h(t)H(s)X(s)y(t)Y(s)系统分析中的三类问题：（1）测量：系统特性已知，输出可测量，推断输入。（2）系统定度：输入、输出可测量，推断系统传输特性。（3）信号预测：输入和系统特性已知，推断和估计系统的输出。1、静态特性：被测试量在测试状态下，被测试量不随时间变化或变化很缓慢时，测试系统的输出和输入之间的关系。2、动态特性：被测试量随时间变化而变化，测试系统的输出和输入之间的关系。xaayxa.....xaxaay10nn22101、灵敏度：输入量的变化所引起输出量变化的大小。2、分辨率：是指试验系统能测量到的最小输入量变化的值，即能引起输出量发生变化的最小输入变化量。3、重复性：之用同一试验系统在相同的试验条件下对同一被测量进行多次测量，其各次测量结果的接近程度。)()(Etxty4、回程误差：在测试过程中，经常会出现正向输入所得到的输出规律与反向输入系统的输出规律不一致，二者之间的差值称为回程误差。5、线性度：指定度曲线偏离理想直线的程度。6、漂移：零点漂移和灵敏度漂移第二节试验系统的动态响应一般在工程中使用的测试装置都可以当作时不变线性系统处理。)()()()()()(01110111txbdttxdbdttxdbtyadttydadttydammmmmmnnnnnn（1）叠加性)()()()()()(21212211tytytxtxtyxtyx，（2）比例性)()(taytax（3）微分性dttdydttdx)()(（4）积分性（5）频率保持性)(000)()(tjtjeYtyeXtx线性系统的叠加原理和频率保持性，在测量工作中具有重要作用。例如从复杂输入信号频域角度分析其对应的输出。0000)()(ttdttydttx理想测试装置理想的测试装置应该具有单值的、确定的输入－输出关系，最好是一个单向线性系统。实际的测试装置只能在一定工作范围和一定误差范围内满足线性要求。xy线性xy线性xy非线性动态特性的数学描述—传递函数)()()()(sGsXsHsYh011011)()()(asbsabsbsbsXsYsHnnnnmmmm当输入和系统的初始条件全为零时，0)(sGh传递函数中没有中输入x(t)项，即它与系统的输入无关。传递函数中的各系数是有系统结构特征决定的，系统结构和类型不同，其取值也不同。系统传递函数H(s)是根据任何线性系统的微分方程式得到的因此它适合于各类系统，如电系统，机械系统，机电混合系统等。niisHsHsHsHsH121)()()()()(niisHsHsHsHsH121)()()()()()()(1)()()()(211sHsHsHsXsYsH第三节试验系统动态特性的试验测定对于任何一个试验系统，若输入（激励）不同，则输出（响应）亦必然不同。为了便于分析又能全面了解系统的动态响应，人们常利用正弦、阶跃，脉冲等输入来研究系统的动态响应。)(0111011100)()(jQ)(P)()()()()()()()()()(jnnnnmmmmjeAjHajajajabjbjbjbjXjYjHexy)()(P)j()(22HHA)(P)(Qarctan)j(H)(幅频特性：相频特性：A()-曲线称为幅频特性曲线，()-曲线称为相频特性曲线。实际作图时，常画出20lgA()-lg和()-lg曲线，两者分别称为对数幅频曲线和对数相频曲线，总称为伯德图（Bode图）。作P()-Q()曲线并注出相应频率，称为奈奎斯特图（Nyquist图）。（1）频响函数是一系统对输入与输出皆为正弦信号传递关系的描述。它反映了系统稳态输出与输入之间的关系，也称为正弦传递函数。（2）传递函数是系统对输入是正弦信号，而输出是正弦叠加瞬态信号