汽车试验方法

1汽车试验方法概述机械量的电测量技术汽车整车性能试验汽车总成与零部件试验第一章概述一、基本概念所谓“汽车测试”，简单地说,就是通过实际测试的手段确定汽车的某个（些）参数。这里的“参数”，一般是指物理量的定量数值；个别情况下也可能是定性评价。一般来说，汽车试验所采用的仪器设备、试验场所、试验环境和试验工况等，都应该遵循国家或者相关部门、行业或企业发布的正规标准文件。标准可以确保试验操作规范、安全，数据结果准确、可信、具有典型性、代表性和可比性。而有些探索性、创新性试验，也可以由研究人员自行制定试验标准和操作规范，这也是对汽车基础理论、设计制造技术和汽车试验方法的有力推动。二、试验与理论的关系、试验的必要性理论分析不能完全取代实际测试，尤其是对于现代汽车行业来说，汽车试验的必要性主要体现在以下几方面。1．作为一种室外交通工具，汽车的使用条件复杂，整车、各系统、机构和零部件会遇到各种难以预料的载荷、工作条件和行驶环境。2.汽车是一种高度普及的社会化的民用商品（军用和专业比赛车辆不在此列），研究、制造单位之间的竞争异常激烈。厂商为了争夺市场，势必要在产品的性能、质量和成本之间做出平衡，“不惜血本”的模式是走不通的，过分的“精益求精”也是不符合商业规律的。一个研发任务，要在有限的人力、物力和时间条件下，寻求在法规允许和市场满意框架下的利益最大化，势必要通过科学、合理的试验手段，定量、可靠地确定产品的设计参数，达成研发和制造效费比的最优化。而在深层次的理论分析和机理解释方面，暂时有所欠缺是可以接受的。3.汽车研究和设计的许多问题，已经有了理论模型，但是这些模型并非普遍适用，或者模型中的某些参数不易确定。4.由上述几点可以看出，理论不能代替试验，归根结底，在于现有理论的不准确性或者局限性。因此，进行汽车试验，以及对汽车试验的方法进行研究，对于优化汽车产品的设计、推动汽车工业的发展、完善汽车基础理论研究以及刺激和带动相关技术理论（如，传感技术、信号分析理论和技术、电子设备制造技术等等）的发展，都具有重要意义。三、汽车试验的分类汽车试验的研究范围广泛、项目繁杂，可以从不同角度进行分类。1.按试验目的分类（1）质量检查试验（2）新产品定型（鉴定）试验有时将质量检查试验和新产品定型试验统称为产品检验性试验。（3）科研探索类试验科研探索类试验，所涉及的大都是目前尚未成熟的技术或者尚未普遍成立的2理论，试验项目的深度、广度较大，试验规范和操作实施方法可以由试验者根据具体的试验项目灵活确定，对试验数据的精确度要求很高，采用的设备非常先进，手段通常较复杂。与之相比，产品检验性试验在试验项目、规范、过程和操作方法等方面必须依据国家和部门、行业的有关标准来进行，确保试验工作有章可循，试验对象之间的定量分析具有可比性。2.按试验对象分类就是按车辆结构层次划分为三类：整车试验、机构及总成试验和零部件试验。3.按试验场所分类主要就是室内和室外两个场所。两类试验各有优劣、互为补充。（1）室外道路试验由于试验环境条件真实，驾驶操作真实，通常不需要对车辆进行解体，可以进行几乎所有整车性能试验，而且其结果可信度较高。但室外条件不易控制，试验过程易受无关因素干扰，数据重复性较差。车载条件也对测试仪器设备提出了更高的要求。而且室外道路试验的组织和实施耗时较长，动用人员较多。对于有越野性能要求的车辆，“道路”也可以包括田间、沙地、冰雪地等非铺装地面。（2）室内台架试验可以消除天气、道路状况和交通流量等不确定因素的影响，有利于组织和安排试验，缩短试验周期，试验数据精密度高、重复性好、可比性强。但真实行驶工况的模拟是一个需要重视的问题，否则试验结果是不可信的。台架本身搭建时间可能较长，但试验操作本身过程较短（对于疲劳类试验，台架运行的时间很长，但并不需要全程人工操作和监控），仪器设备大多是固定式的，比较容易布置和操控。（3）试验场试验这是又一类室外道路试验。（4）使用试验顾名思义，使用试验就是在实际使用中对车辆（或车辆的某部分）的某个指标进行测试，对于道路和气象条件、车辆载荷、驾驶操作习惯、车辆技术状况和维修调整作业等不做任何特殊规定，完全按驾驶员意图和实际行驶环境操作。得到的结果最为真实可信；但是试验数据的典型性和重复性不好，且可操作性很差。能够采用使用试验方式的汽车试验项目并不多。四、汽车试验的基本步骤总体而言，可以划分为四个基本步骤。1.制定试验大纲它是指导试验的纲领性技术文件，它的编制是否科学、合理，将影响整个试验的成败。2.试验仪器设备和人员的准备3.具体实施操作4.编写试验报告3第二章机械量的电测量技术在现代社会，试验测试手段和方法广泛应用于国民经济和社会生活的各个领域。包括汽车试验在内，现代测试技术普遍具有两大特点：从测试装置的组织和构成的角度看，采用的是“模块化”；在信号测量的实现手段上，采用的是“电测法”。第一节测试系统的转换特性一、测试系统的基本组成从“模块化”的观点出发，一个完整的测试系统，从被测信号变换和传输的过程来看，主要包括三部分：传感器、信号调节器、记录与显示装置。另外还可能有定度、校准装置和数据处理设备等。如图2-1所示。传感器：将被测量（通常是非电量）转换成电信号的装置。也称为感应器或变送器。信号调节器：也称信号调理器，指的是信号的中间变换与传输。来自传感器的信号，经过中间处理后，才能成为能量足够、不易失真、干扰少、便于传输的电信号，供记录或显示。记录与显示装置：也就是测试系统的输出端，或称“负载”。同时，为了使测试系统自身工作正常、结果可靠，还需要有定度和校准等装置。定度：也叫标定，就是确定测试装置的输出-输入关系，比如图2-6显示的定度曲线。校准：校准，就是在同一信号的作用下，用该工作装置和更高精度等级的标准装置的输出信号进行比较，找出工作装置的误差，进行修正。此处的“测试系统”，仅是直接服务于被测物理量的测量。而整个汽车试验的硬件体系还要包括被试件、动力输入装置、加载装置和其他联接支承设备等环节，这些环节的功用，就是产生、并向测试系统提供一个或几个被测物理量。二、对测试系统的基本要求一个理想的测试系统，要满足两点基本要求：1.具有单值、确定的输出-输入关系。最好是线性的。2.满足单向性。所谓“单向性”，是指被测系统的运作可以对测试系统施加影响、4而测试系统对被测系统没有反作用或者反作用尽量小。三、系统的基本思想我们暂时不考察测试系统内部的详细构造和物理原理，将其视作一个“黑箱”，那么这个黑箱的基本功能就是将输入量x按某种关系转换成输出量y。显然，在输入、系统和输出三个环节中，已知两个，就可以求解另一个。1.已知系统特性h和输出y，就可以推断输入信号x，这就是测量。2.已知输入x和输出y，可以确定系统特性h，这就是定度（标定）。3.如果已知输入x和系统特性h，则可以在不进行实测的条件下确定输出y。这称为输出信号预测。四、测试系统的静态特性静态，指的就是测试系统的输入和输出都不随时间变化（或非常缓慢）。在这个定义中，“输入和输出”改成“输入或输出”是一样的。测试系统的静态数学模型，用输出—输入关系式表达为：nn2210xaxaxaay...（2-1）式中—x为系统的输入量、y为输出量；0a、1a、2a、…、na等为常数。系统及其特性，就取决于0a、1a、2a、…、na等的数值。如果系统是绝对理想的，满足单值、单向和线性的条件，那么其输出—输入关系式应该是一条过原点的直线：xay1。系统的实际特性曲线与上述理想直线之间存在着各方面的偏差，就构成了系统的静态特性。1.曲线的截距—零点漂移零点漂移的含义是，当测试系统的输入为零时，输出不为零。显然，当a0不等于零时，就会造成零点漂移。2.曲线的斜率—灵敏度灵敏度S是系统的输出增量Δy与输入增量Δx之比，也就是输出—输入关系曲线上各点的斜率。一般来说，测试装置的灵敏度以高些为好，但灵敏度过高，往往会引起测量范围变窄、装置的稳定性下降。由于系统自身特性的改变或者环境条件改变等因素的影响，造成公式（2-1）中的0a、1a、2a、…、na等数值的变化，就表现为灵敏度的改变，或者叫“灵敏度漂移”。灵敏度漂移常以在输入不变的情况下每小时输出的变化量来衡量，越小越好。5图2-5零点漂移、灵敏度及其漂移3.曲线与直线的偏差—非线性度非线性度是指测试系统的实际输出—输入关系与理想线性关系的偏差。图中实线为定度曲线，也就是系统输出—输入关系实际特性；虚线是根据实际特性进行拟合得到的理论直线。B是实际曲线与理论直线的最大差值，A是仪器的标称输出范围（即，满量程）。定量评价：非线性度%100AB4.曲线上行和下行的差异—回程误差同一输入量下，正向输入（输入量由小到大，即加载）和反向输入（输入量由大到小，即卸载）时，所对应的输出量不同，这就是回程误差。如图2-7所示。图中Δh是正向输入与反向输入的差值，称滞后量。回程误差=%Ahmax100全量程最大滞后量回程误差的产生，主要来源于各种滞后的物理效应，以及仪器设备存在不工作区（死区）。滞后效应包括磁性材料的磁化与退磁、弹性材料的变形与恢复等，机械运动结构中的摩擦和间隙（自由行程）则是产生不工作区的主要原因。6五、测试系统的动态特性动态指的是系统的输入和/或输出随时间变化的状态。1.测试系统的动态数学模型—微分方程大多数测试系统都是线性的，而且系统参数为常数，所以其数学模型是常系数线性微分方程。其通式可以写作：（2-2）式中—x为系统的输入量、y为输出量；0a、1a、…、1na、na、0b、1b、…、1mb、mb为常数。也就是说，要写出微分方程，必须知道系统的结构参数。1.线性系统的主要性质（1）叠加特性：几个输入同时作用于系统所引起的输出，等于几个输入单独作用于系统所引起的输出之和。（2）比例特性：某输入的若干倍作用于系统所引起的输出，等于该输入单独作用于系统所引起的输出的若干倍。（3）微分特性：某输入先求微分、然后作用于系统所引起的输出，等于该输入直接作用于系统所引起的输出、再求微分。（4）积分特性：某输入先求积分、然后作用于系统所引起的输出，等于该输入直接作用于系统所引起的输出、再求积分。（5）频率保持性：线性系统，若输入为某一频率的正弦信号，则其稳态输出将保持同一频率。频率保持性的重要意义在于，对于线性测试系统，如果知道输入的频率，那么系统的输出信号中就只有该频率的成分才有可能是这个输入引起的，其余频率分量都是噪声干扰。2.传递函数由数学分析可知，对微分方程进行拉普拉斯变换（拉氏变换），可以建立传递函数H(s)。我们定义：传递函数=输入量的拉氏变换输出量的拉氏变换。经计算可得：（2-3）3.频率响应函数（频率响应特性）（1）频率响应函数的数学定义当系统的输入为简谐输入时，可以取js，则传递函数)(sH就变成频率响应函数)(jH，简称频响函数或频响。x(t)bdtdx(t)b...dtx(t)dbdtx(t)dby(t)adtdy(t)a...dty(t)dadty(t)da011m1m1mmmm011n1n1nnnn011n1nnn011m1mmmasasasabsbsbsbsH......)(7（2-4）式中，1j，即虚单位。（2）频率响应特性的基本思想（频率响应函数的工程解释）对于一个线性系统，令其输入为任意正弦信号)sin()(10tXtx，那么稳态输出可写作：)sin()(20tYty。可见，系统的特性（转换关系）就表现为将0X转换成0Y、将1转换成2。于是定义频率响应函数)(jH:系统的输出量与输入量之比，XYjH)(。经过详细数学推证，我们定义：幅频函数（幅频特性）)(A：频率响应函数的模，又称幅值比，为输出幅值与输入幅值之比。即00XYjHA|)(|)(。相频函数（相频特性）)(：频率响应函数的相角，为输出向量与输入向量的相位差。即12jH)()(。（3）一阶系统其微分方程的一般式可以写作)()()