汽车试验学复习课

汽车试验学复习课2015—06--17手工生产阶段的汽车试验技术在早期的手工生产阶段，由于汽车产品的产量小，人们对其性能和质量的要求不高，因此汽车试验工作亦处在一种较为原始的状态。汽车试验的主要方法是操作体验和主观评价。尽管如此，汽车试验工作仍受到制造者和用户的普遍重视，任何一辆汽车在出厂之前都要开到道路上去试试；用户在购买之前大多也要上车体验一番；汽车制造商不时还会举行一些展示汽车性能的比赛活动。大批生产阶段的汽车试验技术二十世纪初，福特在伊利·惠特尼发明汽车“标准化部件”的基础上发明的“汽车流水生产线”的建成便宣告汽车大批量生产阶段的开始。随之而来的汽车使用可靠性、寿命及性能方面的问题日渐突出。为了使“流水生产”方式所带来的高效率、低成本得以充分发挥，各汽车生产厂商便开始了大量的有关材料、工艺、可靠性、寿命、磨损及性能等诸多方面的试验研究，并推动了汽车标准化工作的长足进步。在此期间的汽车试验除借助于其它行业比较成熟的技术和方法外，也逐渐形成了汽车行业自己的试验研究体系，研究出了具有行业特色的试验方法，开发出了符合行业发展要求的试验仪器设备，如整车转鼓试验台、发动机性能试验台架、研究汽车空气动力学的试验风洞、各总成部件的闭式试验台及疲劳试验台等。在此阶段，道路试验亦得到了足够的重视，汽车试验场在有实力的大公司开始建设。尽管当时汽车试验的规模不大、范围不是很广、试验设备比较简单，除少数汽车生产厂家拥有试验场外，汽车的道路试验多在一般公路上进行，但汽车试验工作的基本方法是在这一时期形成的，且为后期的发展打下了良好的基础。精益生产阶段的汽车试验技术精益生产阶段始于上个世纪60年代，以日本丰田生产方式的创立为标志。精益生产方式的突出特点是“以最少的投入，产出尽可能多的和最好的产品”。最好的产品包括两个方面的含意，即：1、性能质量要最好；2、产品技术领先。欲做到这些，显然离不开汽车试验研究的支持。自精益生产阶段开始，世界各大汽车公司便开始投巨资大规模建设汽车实验室和汽车试验场。国际上有影响的大公司几乎无一例外地都拥有自己的汽车试验场。一些跨国大公司长年都有数百辆整车在汽车整车实验室及汽车试验场进行试验，各总成部件的试验规模亦相当大。图1-1是国外某汽车公司整车试验室的一角，其试验规模可见一斑。现代生产阶段的汽车试验技术自上世纪80年代起，美国人经十多年的努力创立起来了现代生产方式，其核心思想是：通过合理利用资源与优化内部管理、有效控制库存与流动资金占用、缩短生产周期和降低成本、灵活快速地响应市场变化、最终达到全面提升企业竞争力与获得最大利润等目的。美国人进行了大量的各类试验，从某种意义上讲现代生产方式的建立过程就是一个需进行各类大量试验的过程，如内部拉动计划的制定、标准化的实施与持续改进、新产品的开发与试制、新车型上线生产的工艺调整与验证、产品质量控制等都需要试验的直接帮助；此外，要想上述各类工作能有效而精准的执行，就必须研究、更新更有效的试验方法和试验用仪器设备，如此便有效地推动了汽车试验研究的发展。如大量效率更高、功能更强、精度更高的试验仪器就是在最近些年研究出来的。发动机快速高效的标定系统、可进行汽车整车各项性能试验的多功能虚拟仪器系统等就是其中之一。汽车试验的分类任何一款全新开发的汽车产品，从设计构思到市场化的产品开发全过程中，试验费约占全部开发费的1/3以上，其试验项目累计达千余项。为了帮助读者了解如此复杂的汽车试验内容，下面介绍三种常见的分类方法。按试验特征分类按试验对象分类按试验目的分类按试验特征分类室内台架试验汽车试验场试验室外地道路试验室内台架试验室内台架试验的重要特征在于，试验不受环境的影响，且可24小时不停地进行，如此它特别适合于汽车性能的对比试验和可靠性、耐久性试验。室内台架试验的突出特点是试验效率高。室内台架试验不仅适用于汽车的总成部件，也适用于汽车整车。汽车试验场试验汽车试验场试验越来越受到汽车界的重视，其原因是汽车试验场上可以设置各种不同的路面，如扭曲路面、比利时砌石路面、高速环道、汽车性能试验专用跑道等。在汽车试验场上可在不受道路交通影响的情况下完成汽车各项性能试验，尤其是汽车的可靠性、耐久性试验及环境适应性试验。由于在汽车试验场上可以进行高强化水平的试验，因此可以大大地缩短试验周期。室外道路试验汽车产品最终都要交到用户手中到不同气候、不同交通状况的地区、不同道路条件的各种路面上行驶。要想汽车的各项性能都能满足实际使用要求，就必须到实际的道路上进行考核。因此，任何一种新开发出来的汽车产品都必须要经历室内的台架试验、汽车试验场试验及室外道路试验这一复杂的试验过程。由于试验场试验和室外道路试验均在道路上进行，因此业内常将二者统称为道路试验。按试验对象分类按试验对象的不同，汽车试验可分为整车试验、总成与大系统试验、零部件试验三大类。汽车由若干个不同的总成、数万个零部件组成。要想制造出性能优良的整车，就必须确保每一个零部件及各大总成的质量。但在此需特别指出的是，即使全部用质量上乘的汽车零部件不等于就一定能组装出性能优良的汽车整车。由此可见，不仅汽车整车应进行全面而苛刻的试验，汽车零部件及各大总成均应进行大量的各类试验。按试验目的分类按试验目的的不同，汽车试验可分为质检试验、新产品定型试验和科研试验三类。汽车试验有各种各样不同的目的，围绕着如何保证汽车产品质量所开展的试验称为质量检查试验，简称质检试验；以考核新开发的汽车产品是否符合设计要求及考核其是否满足汽车法规为目的的试验称为新产品定型试验；为了推进汽车的技术进步所开展的各项试验，如汽车新产品、新结构、新技术、新材料、新工艺等的试验以及汽车试验新方法的探索性试验统称为科研试验。各类试验的关系对于汽车试验而言，无论是何种试验对象（整车、总成、零部件），还是哪种试验目的（质检、定型、科研），通常均需进行室内台架试验、汽车试验场试验和室外的道路试验，其试验顺序是：先进行室内台架试验，若台架试验达到了相关要求则进行试验场试验，试验场试验的结果符合相关要求后，在汽车产品正式投放市场之前，必须要进行道路适应性试验。汽车总成及零部件的试验场试验无法独立进行，必须将其装在整车上试验；汽车总成及零部件室内台架试验均利用专用总成部件试验台架独立进行试验。汽车试验技术与设备汽车试验方法谈到汽车试验方法，人们很容易想到国家及行业标准。事实上国家及行业标准所涉及的试验内容只是其中很少的一部分。汽车试验的内容很广，它包括：探索性试验；新结构的原理试验；获取原始控制数据的标定试验；为产品、结构改进提供支持的功能试验；产品、工艺的验证试验；整车及总成部件的可靠性、耐久性试验；产品质量控制试验等。关于汽车试验方法的发展，主要表现在如下两个方面。试验内容逐年增加试验方法不断更新试验内容逐年增加为了满足人们对汽车日益增加的各项要求，需要不断的增加试验项目和试验内容；汽车功能的扩展，各种新结构、新技术在汽车上的应用亦需要增加试验内容。试验方法的不断更新高等级公路及高速公路的发展带来了汽车行驶速度的显著提高，需要更新试验方法；汽车法规的日渐严格，需要更新试验方法；人们对汽车要求的日益提高，需要更新试验方法；试验技术的进步也会带来试验方法的变化。汽车试验仪器设备为了适应试验方法的变化，不可避免地会有更多更新的汽车试验用仪器设备推出；为了提高试验精度和降低试验成本，必须有功能更强、精度更好、效率更高的仪器设备源源不断地取代传统的、落后的设备。汽车试验用仪器设备发展的重要特征是：自动化程度越来越高现代汽车试验用仪器设备的开发，不仅包括仪器设备自身的结构和功能，而且还包括对被测对象进行操控的内容。对于这类仪器设备，不仅仪器设备自身的操作控制已完全实现了自动化，而且对于许多试验项目而言，试验中的车辆或总成部件也已由计算机自动操控。功能集成一机多功能如近几年开发的汽车道路试验仪器彻底改变了过去一项性能一套仪器的传统。现在一套仪器几乎可以完成所有的道路试验项目。将不同功能的仪器设备进行合理的组合，使之构成一个多功能的汽车试验系统该系统包括汽车车轮定位参数检测、整车性能测试、带ABS的制动性能测试、发动机控制系统检测、发动机预热测试和发动机的调试等功能。该系统由计算机集中控制，如此可大大的提高仪器设备的工作效率、降低试验成本。在实验室再现各种试验环境为了全面了解各种不同使用环境对汽车整车及零部件各项性能的影响，一些跨国汽车公司都建有可再现不同使用环境的实验室。高精度、高效率为了满足日益严格的汽车排放法规要求，最大限度地保护驾驶员及乘客的安全、尽可能地提高汽车的乘坐舒适性，继发动机采用电脑控制系统之后，汽车其它各大总成已逐渐开始采用电脑控制技术。电脑控制的依据除来自于各种不同传感器提供的汽车各总成部件工作状况的信息外，更主要的是，还需在实验室对电脑控制的汽车总成进行大量的试验，以采集电控所需的大量数据，只有这样才能保证电脑高精度地控制汽车各总成部件工作。这种在实验室采集控制所需信息的过程称为“标定”。由于标定的内容十分复杂且精度要求亦很高，因此“标定”所需的时间一般都很长，所用仪器设备通常都比较复杂。测试系统的静态特性测试系统的静态特性：若被测量不随时间而变或随时间缓变时，系统的输出与输入之间的关系。其数学表达式为：式中：—系统的输出（测试结果）；—系统的输入（被测量）；—与系统相关的常数。若，则表示，即使没有输入仍有输出，即当时，称为测试系统的零点漂移。显然测试系统不应存在零点漂移。2012()()()()nnytaaxtaxtaxt()yt()xt01,,,naaa00a()0xt0()yta0a理想的静态测试系统对于任何一个测试系统，若除外，其它常数均为零，则测试系统的输出与输入的关系最为简单，是人们追求的目标。所以常将称为理想系统，它是一种没有零点漂移的线性系统。评价测试系统静态特性的指标有：灵敏度、分辨率、重复性、漂移、回程误差和线性度等。10a02,,,naaa1()()ytaxt灵敏度输入量的增量所引起输出量变化的大小，称为灵敏度，用E表示，即：对于非线性系统，灵敏度就是静态特性曲线上各点的斜率。当测试系统输出与输入的量纲相同时，显然灵敏度E反映的是输出量与输入量的倍数关系，故将其称为放大倍数。()xt()yt()()ytExt分辨率测试系统能测量到最小输入量变化的能力，即能引起输出量发生变化的最小输入变化量，用表示。由于测试系统在全量程范围内,各测量区间的不一定总是相等，因此常用全量程范围内最大的即来表示。xxxmaxx重复性重复性是指用同一测试系统在相同的测试条件下对同一被测量进行多次测量，其各次测试结果的接近程度。重复性的好坏，在很大程度上反映了测量结果中随机误差的大小。换言之，随机误差大，则测试结果的重复性就差。回程误差回程误差又称迟滞性。在测试过程中，经常会出现正向输入（输入由小到大）所得到的输出规律与反向输入（输入由大到小）系统的输出规律不一致（图2-3），二者之差称为回程误差。图2-3回程误差y)(tx)(ty线性度线性度是指定度曲线偏离理想直线的程度。常用定度曲线与理想直线的最大偏差与测试系统量程之比来表示，即：式中：—线性度；—定度曲线与理想直线的最大偏差；—测试系统的量程。max100%LFSLyLmaxLFSy漂移漂移有两类，即零点漂移和灵敏度漂移。无论是哪种漂移，常都是由温度的变化及元器件性能的不稳定所引起。图2-4是零点漂移和灵敏度漂移的示意图。对于一般的测试系统，灵敏度越高，则测量范围越小，稳定性亦相对较差，即漂移亦相对较明显。()yt()xt灵敏度漂移理想直线零点漂移图2-4漂移测试系统的动态特性输入量随时间变化时，输出随输入变化的规律，称为系统的动态特性。在输入变化时，人们所测得的输出量不仅受到研究对象（如汽车）动态特性影响，而且还受到测试系统动态特性的影响。如进行汽车行驶平顺性试验，在测试条件完全相同的情况下，用同一仪器系统，对汽车不同位置的测试，其结果均不相同；用两种