车辆工程综合实验指导书

1、汽车与交通学院车辆工程专业综合设计实验指导书适用专业: 车辆工程 课程代码: 6010439 学时: 16 学分: 1 编写单位: 汽车工程系 编 写 人: 唐岚 审 核 人: 徐延海 审 批 人: 孙仁云 实验一 汽车高速滑行试验1、实验目的1）、了解汽车道路试验所需的各种仪器的性能和技术条件。 2）、了解道路试验仪器的工作原理、选择方法和原则和检查方法。3）、 通过测量汽车在试验路面上汽车车速随时间的变化过程，计算分析出的空气阻力系数。2、实验原理初速度时间法。对于高速滑行，可不计Mr时，运动微分方程式为： （1）式中: 空气阻力系数；空气密度；迎面面积，即汽车行驶方面的投影面积；V车相对

2、于风的速度，约等于车速。由（1）得： （2）令；则（）式可写为：= （3）将上式积分得：T=将、值代入（）式并整理得：tg()=令P=;q=;X=则上式可改写为： tg(px)=qx （4）（）式可用迭代法（如下图）求解后，然后得CDA=，由于高速滑行路段已大大超过低速滑行路段，若用低速滑行时的值计算值，有时会引起较大的误差，为此，应进行核算，方法如下：两边同乘以ds得：=积分整理得：s=即：e令C= d= 则若与前述公式中应用的相差太大则的误差较大，此时应对高速滑行路段的进行测定（用低速滑行法）取其平均值。3、实验内容主要实验设备名称：第五轮仪、皮卷尺、秒表、标杆、风速叶、试验车。通过试验测

3、量，计算分析实验车型的空气阻力系数。4、实验要求1） 预习实验指导书，了解实验内容、明确实验原理、实验步骤。2） 认真观察实验模型或实物，积极思考，踊跃的提出问题并努力回答问题。3） 实验结束后，完成数据处理和实验报告。5、实验步骤1)路段设置，在符合GBT1253490的道路两端各设50m的预备路段，中间试验路段长度要足够汽车高速滑行至停车。在各相应点竖立标杆示之。2)试验时，汽车以高于50kmh的稳定车速通过预备路段。至测量路段时立即开始滑行，直到汽车完全停止，并用第五轮仪记录滑行时间T和滑行距离S，往返各进行一次。3）试验结果处理。6、实验报告 高速滑行实验记录表汽车型号 试验日期 载重

4、量 试验地点 乘车人数路面状况汽车自重天气气温风向风速米/秒 运转质量转换系数实验员实验序号行驶风向滑行初速（千米/小时）滑行时间道路阻力系数滑行距离（米）迭代计算过程空气阻力因数平均值数据处理过程及结论：实验二 汽车低速滑行试验1、实验目的通过实验使学生了解汽车道路试验所需的各种仪器的性能和技术条件，了解道路试验仪器的工作原理、选择方法和原则和检查方法，并初步掌握通过测量汽车在试验路面上汽车车速随时间的变化过程，计算分析出的滚动阻力和滚动阻力系数的测量方法。2、实验原理通过低速滑行试验，测定汽车的滚动阻力系数。第一方案：时间法： 1）路段设置：在符合GBT1253490的道路上设100m的测

5、量路段，分为两段，各50m，并在测量路段两端各设长30m预备路段，在各相应点竖立标杆示之。2）试验时，控制滑行初速度，使通过100m的滑行时间控制在20±2s 内，测量汽车通过前50m和100m的滑行时间和，往返测量三次，如测量重复性差，应补充进行试验。 由于低速滑行时，。故有 （1）式中：驱动力；空气阻力；=为道路阻力；滑行时传动系加于驱动轮的摩擦阻力矩。（试验前由转鼓试验台上测得）；a=滑行减速度； rr 车轮滚动半径；汽车总重（指汽车满载时所受重力）；滑行时旋转质量转换系数；而=1+；一般载重车，小轿车；（式中: 汽车自重）。当，视为常数量，汽车滑行为匀减速运动，故有50=10

6、0= （2）（式中Vo为初速度）解方程组（2）得：a= （3）将（3）式代入（）式便可求得道路阻力系数。又由于：上坡时；下坡时式中：为滚动阻力系数解上述方程组有：（假定非常小）第二方案：初速度时间法1）路段设置：在符合GBT1253490的道路上设200m的测量路段，并在两端各设30m预备路段，在各相应点竖立标杆示之。2）试验时，控制汽车以15kmn左右的车速进入测量路段，变速器置人空档，并松开离合器踏板，作滑行行驶，在进人滑行区段后，用第五轮仪记录滑行初速度及滑行开始至停车所经过的时间T。3）试验结果处理：由（1）式知： （4） （5）解出（5）式代入（4）就可求得f及。3、实验内容使用以下

7、实验仪器和设备：第五轮仪、皮卷尺、秒表、标杆、风速叶、试验车等，按照实验要求、实验步骤完成汽车滚动阻力系数测量实验工作。4、实验要求1） 预习实验指导书，了解实验内容、明确实验原理、实验步骤。2） 积极思考，踊跃的提出问题并努力回答问题。3） 了解汽车道路试验所需的各种仪器的性能和技术条件，了解道路试验仪器的工作原理、选择方法和原则和检查方法，掌握在试验路面上，通过汽车车速随时间的变化关系，计算滚动阻力和滚动阻力系数的方法。4） 实验结束后，完成数据处理和实验报告。5、实验步骤1）路段设置：在符合GBT1253490的道路上设200m的测量路段，并在两端各设30m预备路段，在各相应点竖立标杆示

8、之。2）试验时，控制汽车以15kmh左右的车速进入测量路段，变速器置人空档，并松开离合器踏板，作滑行行驶，在进人滑行区段后，用第五轮仪记录滑行初速度及滑行开始至停车所经过的时间T。3）试验结果处理：参前述“实验原理”部分。6、实验报告低速滑行实验记录表汽车型号 试验日期 载重量 试验地点 乘车人数路面状况汽车自重天气气温风向风速米/秒 运转质量转换系数实验员实验序号行驶风向滑行时间t2(秒)Tg(秒)A=100/ TgB=100/（t2- t1）减速度a=(A-B)/ t2 (米/秒3)道路阻力系数滚动阻力系数道路坡度备注数据处理过程及结论：实验三 基于MATLAB/ SIMULINK的汽车控

9、制系统仿真1、实验目的通过上机使学生进一步认识控制系统数字仿真在系统设计中的重要性，学习并掌握仿真中的系统建模、数值积分方法、MATLAB编程等基本内容，并针对不同的系统编写仿真程序。为学生的进一步理论研究和实际应用打下一个良好基础。2、实验原理实验中在学生初步熟悉MATLAB及其仿真工具箱SIMULINK之后，重点讲解如下演示程序（Demos）：ABS（防抱死制动系统）控制系统仿真程序。其地址为：help Demossimulink automotiveanti-lock brake system，其基本原理基于汽车单轮制动模型。3、实验内容和步骤1）通过上机讲解如下内容：MATLAB的操作

10、与使用，简单数学运算，变量与数值显示格式文件管理，帮助功能；MATLAB的矩阵运算；二维、三维图形的绘图；数据处理，矩阵分解，多项式处理，曲线拟合与插值，数据分析，常微分方程数值解；2）通过程序示例弄清楚流程控制：For循环，while循环，if-else-end结构以及函数。3）熟悉控制工具箱：系统建模、模型转换和降阶、分析函数、设计函数。4）熟悉SIMULINK基础：SIMULINK的操作，模型的构造，数值仿真，系统分析。5）汽车ABS控制系统仿真建模。4、实验要求1）预习实验指导书，了解实验内容、明确实验原理、实验步骤；积极思考，踊跃的提出问题并努力回答问题。2）上机学习结束后，在SIM

11、ULINK环境中完成某一汽车控制系统（如动力学控制、驱动防滑控制、操纵稳定性控制等）编程，运行通过后上交程序以及程序运行结果（图或数据）。实验四 基于Pro/E（或UG）的汽车零部件参数化造型1、实验目的通过上机熟悉Pro/E（或UG）软件环境，结合上机操作进一步理解曲线和曲面的基本知识、常用的参数曲线和曲面知识以及三维几何建模技术如线框造型，曲面造型，实体造型，特征造型，分数维造型等。2、实验原理Pro/Engineer是采用参数化设计的、基于特征的三维实体造型系统，其参数化特征造型在保证几何、拓扑关系不变的情况下，以单一全关联的数据库实现模型的快速再生；它的二次开发接口使用户可以在自己开发

12、的程序中对零件进行各种操作和控制，从而实现程序化设计。开发工作的关键在于确定独立可变的基本参数，尽量以最少的参数来确定整个零件的可变尺寸，并通过参数化尺寸驱动实现对设计结果的修改。3、实验内容与步骤1）熟悉Pro/Engineer环境、菜单、图标（工具栏）、模型树、层等。2）基于直接建模的特征：孔特征；倒圆角特征；壳特征（点选平面、再点壳特征即可抽壳）。3）熟悉草绘器、草绘图标及其使用；4）基于草绘的特征：拉伸特征；旋转特征；筋特征。5）点是最简单也是最重要的几何元素，一切图形都离不开点，基准点创建。6）基准平面常见创建方式；基准曲线常见创建方式：有草绘、自文件（先建立以ibl为后缀的文件给出

13、曲线中点的信息），自方程（from equation 需选择坐标系，编程给出曲线方程）；投影（project）、变形(修剪：trim)、相交、偏置等。7）创建阵列：阵列表、参考阵列、填充阵列。8）关系使用及其目的、关系的类型、参数、整合设计意图。9）基准坐标：取两条互相垂直的轴线即可；或偏移已知坐标系。使用三个互相垂直的平面产生坐标系（可用flip改变/定轴线正方向）。10）创建组件（装配）、约束元件零件、放置元件、修改组件、修改设计意图。11）创建拔模、倒圆角特征、高级倒圆角特征。4、实验要求1）预习实验指导书，了解实验内容、明确实验原理、实验步骤；积极思考，踊跃的提出问题并努力回答问题。2

14、）上机学习结束后，在Pro/E（或UG）软件环境中完成3至4个汽车常用零部件（如变速器或差速器齿轮、发动机缸体、缸盖、配气凸轮、活塞、连杆、曲轴、传动轴等）的三维造型并参数化，上交程序文件以及程序运行结果（图或数据）。实验五 基于pro/engineering之style的汽车车身造型1、实验目的通过上机熟悉Pro/E/Style软件环境，结合上机操作进一步理解曲线和曲面的基本知识、常用的参数曲线和曲面知识以及在Pro/E/Style软件环境中生成三维曲线、曲面的技术。2、实验原理车身设计方法从无到有，以及现在千姿百态的车身样式，都应当归功于现代科学技术的飞速进展。从设计理念上而言，车身开发的

15、基本思路并未发生根本性变化，依然是“概念设计总布置设计详细结构设计试验验证产品”这样一个流程。然而由于现代技术的介入，使车身的开发周期大大缩短，车身的设计质量大大提高。车身外形的变化也经历了由简单到复杂的演化过程，即箱式船形楔形光滑曲面过渡的外凸形，这一过程也得益于各种先进技术的大量应用，如三维图形技术以及空气动力学仿真技术等。现代车身设计，尤其是外观零件的设计，已经完全摈弃了由二维转三维的阶段，而是直接由虚拟三维到实际三维。正是借助于先进的设计方法和工具，车身开发周期才能由原来的4到5年缩短至目前的2到3年，甚至更短的时间。Pro/ENGINEER是美国PTC公司(Parametric Te

16、chnology Corporation，参数技术公司)开发的三维造型设计系统，它以单一数据、参数化、基于特征、全相关性以及工程数据再利用等改变了传统机械设计的观念，为工业产品设计提供完整的解决方案，成为当今世界机械CAD领域的新标准，而Pro/E/Style则广泛应用于车身造型设计领域，为用户提供了完全在计算机三维虚拟环境下构造合格车身曲面的一种方法，是数学与计算机图形学相结合的典型应用，它不同于图板工作模式，使设计更加灵活，编辑起来更加方便快捷。随着逆向设计、稳健设计、基于分析的设计以及面向制造的设计等新方法涌入车身设计过程，基于三维的车身曲面模型设计越来越重要，在整个产品链中的地位也日益

17、提高。3、实验内容和步骤1）熟悉Style环境：Style工具栏、Style快捷图标、Style菜单。2）通过帮助学习Style造型方法：视图和参考平面、曲线生成、曲面生成、Style编辑工具等。3）基于pro/engineering之style的汽车车身造型练习。4、实验要求1） 预习实验指导书，了解实验内容、明确实验原理、实验步骤；积极思考，踊跃的提出问题并努力回答问题。2）上机学习结束后，在Pro/E/Style软件环境中完成常见轿车车身或客（货）车车身的三维造型初步设计，上交程序文件以及程序运行结果（图或数据）。实验六 车身外形测量、三维造型设计与仿真实验1、实验目的通过实验使学生初步

18、建立逆向工程技术在车身开发中应用的主要概念、思路、方法和步骤，并增强对车身逆向工程中测量技术与原理，车身三维数学曲面模型建立的方法，车身外形曲面光顺方法，车身逆向工程中点数据处理技术等的感性认识。2、实验原理1）各种三坐标测量系统的方法和原理简述：非接触式三坐标测量方法，是利用某种与物体表面发生相互作用的物理现象来获取三维信息，如声、光、电磁等。其中应用物理光学原理发展起来的现代三维形状测量方法应用最为广泛。2）车身逆向工程中车身零件曲面建模理论简述：当今流行的三维CAD软件如UG、CATIA、Pro/E其自由曲面造型模块，主要采用Bezier、B-Spline、NURBS作为数学理论基础。具

19、体内容展开参有关书籍，不赘述。3）车身逆向工程中车身表面光顺处理：车身外形曲线曲面的设计既要保证良好的空气动力学特征，又要符合汽车造型的艺术原则，总是要求生产的汽车产品的外形是光顺的。光顺是工程上的术语，包括光滑与顺眼两方面含义。光滑是指空间曲线曲面的连续阶，数学上一阶导数连续的曲线即为光滑曲线。而顺眼是人的主观感觉评价，不同的外形设计人员按照同样的设计要求，可能设计出不同的曲线曲面，看起来同样光顺。对于平面曲线，只要满足下列三条准则，即成为光顺的：A、曲线二阶连续；B、无多余拐点；C、曲率变化均匀。对车身外表特征线，很多是空间曲线，对于空间曲线，目前尚没有明确的光顺性定义，我们只要把该空间曲

20、线投影到三个正交平面上，用这三条投影曲线的光顺性作为该空间曲线光顺性数据就可以了。而车身曲面的光顺应满足在曲面上没有多余的凸区和凹区。曲面可视为包容于若干纵横截面线曲线网络中的实体，只要纵横两方向的任何截面线达到光顺，那么光顺的曲面就形成了。因而，如果对空间型值点阵pi(xi,yi)在纵横两方向分别进行光顺处理，再得到的新点阵形成的曲面就是光顺的。车身零部件曲面间常用处理方法有：曲面间拼接技术、过渡面生成、三角域曲面的生成、法向等距曲面生成、曲面间交线生成、车身任意特征线生成、车身曲线曲面的追加造型等。3、实验内容和步骤车身模型表面扫描、测量：使用三坐标测量仪对车身进行内外表面扫描、测量，获得

21、车身内外表面三维点数据。扫描、测量数据处理：由于车身有些零部件很大，如侧围外版，激光扫描仪不能一次定位取得全部数据，必须多次移位扫描，得到多个文件，把同一零件分多次扫描得到的文件合成，并将多余数据除去，这是数据处理工作之一；此外，每个零件的边缘及孔位信息，用扫描仪无法准确获得，必须靠接触测量获得点文件，将点文件与扫描得到的“点云”式数据合成，这是数据处理工作之二；由于测量点文件与下一步表面曲面光顺处理软件格式的不一致，为保证两者有正确对接，必须对文件格式转换。车身外表曲面光顺处理：经过扫描测量并处理后的文件是每一个零件的三维点文件，尚不能作为零件的全面数字化信息，尚存在很多缺陷，必须对其曲面进

22、行光顺处理，使车身表面达到光滑、顺畅。车身零部件曲线、曲面重建：在表面光顺及测量点的基础上，根据原有零件特征，利用基于Bezier、B样条、NURBS曲线、曲面理论设计而编制成的三维曲面建模软件，对零件进行三维设计建模。4、实验要求1） 预习实验指导书，了解实验内容、明确实验原理、实验步骤，积极思考，踊跃的提出问题并努力回答问题。2）学习结束后，利用测量数据，在虚拟三维软件环境中完成常见轿车车身或客（货）车车身的三维造型初步设计，上交测量数据、程序文件以及程序运行结果（图或数据）。实验七 基于Ansys的汽车零部件有限元分析实验1、实验目的通过上机熟悉Ansys软件环境，结合上机操作进一步理解

23、汽车零部件有限元分析的基本原理、方法、实施步骤等，初步熟悉使用Ansys进行汽车零部件有限元分析的常规操作。2、实验原理Ansys简介：美国Ansys公司开发的Ansys软件是一个功能强大的有限元通用软件，具有强大的前处理、求解和后处理功能，是把有限元数值分析技术与CAD、CAE、CAM等图像处理有机结合在一起的优秀有限元软件。Ansys除了发展多种与CAD直接转换的接口外，同时使其输出文件格式通用化和标准化，Ansys自带的编程语言APDL可供用户以Ansys为平台，进行二次开发，是强有力的计算工具。用户既可以在CAD中建模，然后通过Ansys和CAD接口传入模型进行计算，也可以在Ansys

24、中以用户界面方式利用菜单建模，输入初始数据，进行计算和查看计算结果。用户还可以用Ansys的APDL语言，用命令流的方式进行建模、计算和查看结果。有限元原理简述：参理论课讲解，不赘述。3、实验内容和步骤1）熟悉Ansys环境：工具栏、快捷图标、常用菜单的交互式操作。2）Ansys坐标系和工作平面3）自底向上的建立有限元分析模型4）自上而下的建立有限元分析模型5）布尔运算以及实体模型创建实例6）加载和求解7）Ansys的通用后处理器8）Ansys自带的编程语言APDL简介9）基于Ansys的汽车零部件有限元分析练习。4、实验要求1） 预习实验指导书，了解实验内容、明确实验原理、实验步骤；积极思考

25、，踊跃的提出问题并努力回答问题。2）上机学习结束后，在Ansys软件环境中完成汽车常见零部件（如齿轮、转向节、传动轴等）的有限元分析，上交程序文件以及程序运行结果（图或数据）。实验八 基于Ansys的汽车车架有限元分析实验1、实验目的通过上机熟悉Ansys软件环境，结合上机操作进一步理解汽车零部件有限元分析的基本原理、方法、实施步骤等，初步熟悉使用Ansys进行汽车车架有限元分析的常规操作。2、实验原理Ansys简介：美国Ansys公司开发的Ansys软件是一个功能强大的有限元通用软件，具有强大的前处理、求解和后处理功能，是把有限元数值分析技术与CAD、CAE、CAM等图像处理有机结合在一起的

26、优秀有限元软件。Ansys除了发展多种与CAD直接转换的接口外，同时使其输出文件格式通用化和标准化，Ansys自带的编程语言APDL可供用户以Ansys为平台，进行二次开发，是强有力的计算工具。用户既可以在CAD中建模，然后通过Ansys和CAD接口传入模型进行计算，也可以在Ansys中以用户界面方式利用菜单建模，输入初始数据，进行计算和查看计算结果。用户还可以用Ansys的APDL语言，用命令流的方式进行建模、计算和查看结果。有限元原理简述：参理论课讲解，不赘述。3、实验内容和步骤1）熟悉Ansys环境：工具栏、快捷图标、常用菜单的交互式操作；2）Ansys坐标系和工作平面；3）自底向上的建

27、立有限元分析模型；4）自上而下的建立有限元分析模型；5）布尔运算以及实体模型创建实例；6）加载和求解；7）Ansys的通用后处理器；8）Ansys自带的编程语言APDL简介；9）基于Ansys的汽车车架有限元分析练习。4、实验要求1） 预习实验指导书，了解实验内容、明确实验原理、实验步骤；积极思考，踊跃的提出问题并努力回答问题。2）上机学习结束后，在Ansys软件环境中完成边梁式车架、中梁式车架或脊骨式车架等的有限元分析，上交程序文件以及程序运行结果（图或数据）。实验九 汽车发动机燃油喷射实验一、实验目的1. 熟悉发动机燃油喷射系统的油路，电路和气路的工作原理。2. 了解发动机燃油喷射测试设备的使用方法和基本原理。3. 掌握实验数据测量、处理方法。4. 掌握利用实验数据对发动机性能进行初步分析。二、实验原理电控燃油喷射系统主要由进气系统、供油系统、控制系统、点火系统四部分组成； 电控燃油喷射系统组成图ECU是采集和处理各种传感器的输入信号，根据发动机工作的要求（喷油脉宽、点火提前角等），进行控制决策的运算，并输出相应的控制信号。当前电控发动机中除了控制喷油外，还控制点火、EGR、怠速和增压发动机的废气阀等。控制系统中ECU根据空气流量计信号和发动机转速信号确定