汽车试验技术1汇编

1、汽车(qch)试验技术何耀华共一百零二页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(fnx)、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。共一百零二页汽车试验(shyn)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第一章 概论(giln)第一节 汽车试验在汽车产业中的地位共一百零二页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(knn

2、g)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。汽车试验(shyn)的特点共一百零二页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(dol)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第二节 汽车试验(shyn)的分类共一百零二页汽车道路试验系统(xtn

3、g)的组成与工作原理第三节 汽车试验(shyn)系统的组成共一百零二页汽车台架试验系统的组成(z chn)与工作原理共一百零二页一、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(zhyo)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 第四节汽车(qch)试验技术与试验设备共一百零二页二、汽车(qch)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、高效率共一百零

4、二页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(qudng)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。测试(csh)技术基本概念 共一百零二页测试过程(guchng)和测试系统的一般组成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。共一百零二页信息转换信息提取 简单说来，测试系统由传感器、中间变换(binhun)装置和显示记录装置三部

5、分组成。共一百零二页测试系统(xtng)组成框图被 测对 象传感器信号(xnho)调理传输信号处理显示记录观察者激励装置反馈、控制共一百零二页在科学实验、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(gngchng)领域。 测试技术(jsh)的工程应用 共一百零二页机械手、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(jl)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(gngun)的作用，是其重要组成部分。密歇根大学机械手装配模型共一百零二页生产(shn

6、gchn)加工过程监测 切削力传感器，加工噪声(zoshng)传感器，超声波测距传感器、红外接近开关传感器等。数字化工厂共一百零二页流程工业设备运行状态(zhungti)监控 电力、冶金、石化、化工等流程工业中，通常建立(jinl)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。共一百零二页产品质量(chn pn zh lin)测量 汽车、机床(jchung)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共一百零二页楼宇控制(kngzh)与安全防护 楼宇中应用了许多测试技术，如安全(nqun)监测、

7、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共一百零二页家庭(jitng)与办公自动化 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(xngnng)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共一百零二页测试技术(jsh)在汽车中的应用日新月异 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

8、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。 共一百零二页发动机：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(ch s)、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。 共一百零二页测试(csh)技术的发展趋势1、传感器方面(fngmin) （1）利用新发现的材料和新发现的生

9、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共一百零二页（2）传感器+嵌入式计算机 智能(zh nn)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共一百零二页2. 测量信号处理(xn ho ch l)方面 共一百零二页自动化软件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 Intranetor Internet分布式 I/O动作基于(jy)虚拟仪器的新型工业测控系统架构共一百零二页第二(d r)章汽车试验基础理论共一百零二页测量(cling)的基础知识共一百零二页量与量纲量是指现

10、象、物体或物质可定性区别(qbi)和定量确定的一种属性。不同类的量彼此可以定性区别(qbi)，同一类中的量之间以量值大小来区别(qbi)。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。量和测量(cling)共一百零二页测量、计量(jling)、测试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.

11、 计量（Metrology）3. 测试（Measurement and Test） 具有试验性质的测量。 测量的四要素(yo s)：被测对象、计量单位、测量方法 和测量误差。共一百零二页一、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. 传感器能感受规定的被测量并按一定规律转化成可用输出信号的器件和装置。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(chn wi)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

12、，如化学试纸。测量(cling)方法和测量(cling)装置共一百零二页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(jxin)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。共一百零二页一、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(yunyn)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。测量误差共一百零二页三、误差的表示方法1. 绝对误差2. 相对误差相对误差 =

13、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(ynx)误差5. 测量误差的分布特征被测量真值第i次的测量值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次的测量误差值第i次的测量随机误差值系统误差共一百零二页四、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(bc)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。共

14、一百零二页测量(cling)精密度、正确度、精确度举例36不精密(jngm)（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共一百零二页第一节 汽车试验系统(xtng)的特性共一百零二页测试系统(xtng)的组成 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(chun sh)及控制部件），为实现特定的测试目的而组成的有机整体。共一百零二页测试(csh)系统的数学模型 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(chun sh)特

15、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。共一百零二页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(gun x)。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。试验系统(xtng)的特性共一百零二页试验系统的静态(jngti)特性共一百零二页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

16、指试验系统能测量到的最小输入(shr)量变化的值，即能引起输出量发生变化的最小输入(shr)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。共一百零二页4、回程误差：在测试过程中，经常(jngchng)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共一百零二页第二节 试验(shyn)系统的动态响应共一百零二页时不变（定常）线性系统 一般(ybn)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。共一百零二页1、动态(dn

17、gti)系统的性质（1）叠加性（2）比例性（3）微分性 共一百零二页（4）积分(jfn)性（5）频率保持性 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(fnx)其对应的输出。共一百零二页理想测试(csh)装置 理想的测试装置应该具有单值的、确定的输入输出(shch)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非线性共一百零二页动态特性的数学(shxu)描述 传递函数2、动态(dngti)系统的传递函数当输入和系统的初始条件全为零时，共一百零二页传递函数中没有中输入x(t)项，即它

18、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(wi fn fn chn)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。传递函数性质(xngzh)共一百零二页串联(chunlin)系统传递函数共一百零二页并联(bnglin)系统传递函数共一百零二页闭环系统(xtng)传递函数共一百零二页第三节 试验系统(xtng)动态特性的试验测定共一百零二页 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(biny)分析又能全面了解系统的动态响应，人们常利用正弦

19、、阶跃，脉冲等输入来研究系统的动态响应。共一百零二页频率响应(pn l xin yn)函数幅频特性：相频特性：共一百零二页频率响应(pn l xin yn)函数函数的图象描述 A()- 曲线称为幅频特性曲线， ()- 曲线称为相频特性曲线。 实际(shj)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）。共一百零二页（1）频响函数是一系统(xtng)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(xtng)稳态输出与输入之间的关系，也称为正弦传递

20、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传递关系的描述。它反映了系统包括稳态和瞬态输出与输入之间的关系。（3）如只研究稳态过程的信号，则用频响函数来分析系统。如研究稳态和瞬态全过程信号，则用传递函数来分析系统。总结(zngji)：共一百零二页零阶系统(xtng)的频率响应函数微分方程(wi fn fn chn)：共一百零二页一阶系统(xtng)的频率响应函数微分方程(wi fn fn chn)：时间常数静态灵敏度（归一化处理）共一百零二页一阶系统(xtng)的频率响应函数幅频特性相频特性共一百零二页共一百零二页总结(zngji)：（1）1/ 时：失真A() () 幅

21、值衰减相位滞后（3）是一阶系统的重要参数，决定了适用频率(pnl)范围。（4）一阶系统Bode图可以用一条折线近似描述，在转折频率 =1/处，误差最大（-3dB）。共一百零二页二阶系统的频率响应(pn l xin yn)函数共一百零二页微分方程(wi fn fn chn)：固有频率阻尼比幅频特性相频特性静态灵敏度共一百零二页幅、相频特性曲线(qxin)共一百零二页结论(jiln)：（1） n时：A()0，() -失真 （3）二阶系统是一个振荡环节，影响其动态特性参数是系统固有频率 和阻尼比 ， （4）二阶系统Bode图可用折线近似，在 段，A()可用0dB水平线近似；在 段，可用斜率为-40d

22、B/10倍频或-12dB/10倍频的直线近似。（5） ， 很小； ， 共一百零二页二、试验系统(xtng)的阶跃响应1. 单位(dnwi)阶跃函数2. 一阶系统单位阶跃响应越小，系统响应越快。共一百零二页3. 二阶系统单位(dnwi)阶跃响应共一百零二页阶跃响应函数测量(cling) 产生一个阶跃信号，再测量系统(xtng)输出就可以测得阶跃响应函数。例：桥梁固有频率测量原理：在桥中悬挂重物，然后突然剪断绳索，产生阶跃激励，再通过应变片测量桥梁动态变形，得到桥梁固有频率。共一百零二页三、试验(shyn)系统的单位脉冲响应共一百零二页 若装置的输人为单位脉冲(t)，因(t)的傅立叶变换(binh

23、un)为1，因此装置输出y(t)的傅立叶必将是H(f)，记为h(f)，称它为装置的脉冲响应函数或权函数。 时域波形参数识别共一百零二页脉冲响应函数(hnsh)测量 实验求脉冲响应函数简单明了，产生一个冲击信号，再测量系统输出就可以了。例：桥梁固有频率测量原理：在桥中设置一三角形障碍物，利用汽车经过障碍时的冲击对桥梁进行激励，再通过应变片测量桥梁动态变形，得到桥梁固有频率。共一百零二页信号(xnho)分析处理技术 确定性信号(xnho)与随机信号(xnho) 可以用明确数学关系式描述的信号称为确定性信号。不能用数学关系式描述的信号称为非确定性信号。共一百零二页简谐周期信号简谐周期信号：复杂(fz

24、)周期信号复杂(fz)周期信号： ，有基本周期T （1）周期信号：经过一定时间可以重复出现的信号 共一百零二页周期(zhuq)信号共一百零二页（2）非周期信号：不会(b hu)重复出现的信号。 准周期信号准周期信号：由多个周期信号合成，但各信号的频率不成公倍数，其合成信号不具有基本周期。瞬态信号：持续时间有限的信号。瞬态信号共一百零二页（3）非确定性信号：不能用数学(shxu)式描述，其幅值、相位变化不可预知，是一种随机过程，用统计、概率方法描述。 平稳随机信号平稳随机（各态历经）信号：时间平均等于集合平均。非平稳随机信号非平稳随机信号：只能用组成信号的样本函数的总体瞬时平均确定。共一百零二页

25、信号(xnho)的时域描述和频域描述频域描述时域描述共一百零二页确定性信号(xnho)的频谱分析 1、周期性信号(xnho)的频谱分析-谐波分析 对于周期信号，可以展开为傅里叶级数，求得不同频率成分的幅值和相位，构成离散的幅值谱、相位谱或功率谱。 周期性数据的频谱具有离散性、谐波性、收敛性三个特点。2、非周期性信号的频谱分析-傅立叶积分变换 对于非周期信号，可以进行傅里叶变换，求得随频率连续分布的幅值谱密度、相位谱密度或功率谱密度。共一百零二页四、试验系统在任意(rny)输入下的响应共一百零二页第三节 试验系统动态(dngti)特性的试验测定共一百零二页频率响应(pn l xin yn)法共一

26、百零二页脉冲(michng)相应法共一百零二页第四节 试验系统的负荷(fh)效应共一百零二页 汽车试验仪器(yq)通常由传感器、放大器、信号调制解调器、滤波器及信号处理设备号等组成。所谓负载是指后一级的设备是前一级设备的负载。信号在多级设备的交换中，不可避免的会发生一些变化，这种现象称为试验系统的负载效应。共一百零二页第五节 试验系统(xtng)的不失真测量共一百零二页汽车振动与噪声测试速度、转速和位移(wiy)的测量共一百零二页第六节 试验误差分析(fnx)共一百零二页绝对误差相对误差引用(ynyng)误差一、测试(csh)误差的分类共一百零二页随机误差共一百零二页系统误差的分类定值系统误差

27、变值系统误差系统误差的发现定值系统误差的发现变值系统误差的发现残差分析法分布检验法系统误差的消除(xioch)防止系统误差的产生用函数补偿法予以修正系统误差共一百零二页过失误差(wch)与异常数据异常数据的取舍原则莱伊达准则格拉布斯准则过失误差(wch)（粗大误差(wch)）共一百零二页误差(wch)处理事例： 对某一发动机在稳定工况下输出的扭矩进行十次测量，其结果如下：143、143、145、143、138、140、144、145、143、140（Nm）；试表达测量结果。1、算数(sun sh)平均值2、测定值的残差 ，计算结果如下表：共一百零二页残差计算结果表测量次序1143+0.60.3

28、62143+0.60.363145+2.66.764143+0.60.365138-4.419.366140-2.45.767144+1.52.568145+2.66.769143+0.60.3610140-2.45.761424048.40因为残差和为0，所以算数(sun sh)平均值计算正确。共一百零二页3、测量列标准误差4、根据莱伊达准则确定测量列极限误差5、检查残差绝对值，均未超过极限误差，所以(suy)测量值未含过失误差。6、算术平均值的标准误差7、测试结果表达如下：共一百零二页第七节 试验(shyn)数据回归分析共一百零二页 试验数据经验公式的表达能够比较客观地反映数据的内在规律性，并且形式紧凑