汽车试验学课件 第2章 汽车试验的基础理论2

2.4汽车测试的计算机数据采集系统

汽车测试的计算机数据采集系统主要由传感器、前置放大器（信号预处理装置）、多路模拟开关、采样-保持器（S/H）、模数转换器（A/D）、计算机、显示器等组成。图2-12计算机数据采集系统2.4汽车测试的计算机数据采集系统

1.多路模拟开关

多路模拟开关的主要功用是把多个模拟量参数分时地接通并送达到模数转换器，即完成多到一的转换。

2.采样-保持器

采样器是一种开关电路或装置，它在固定时间点上取出被处理信号的值；保持器则把这个信号值放大后存储起来，保持一段时间，以供模数转换器转换，直到下一个采样时间再取出一个模拟信号值来代替原来的值。图2-12计算机数据采集系统2.4汽车测试的计算机数据采集系统

3.模数转换器

模数转换器（A/D）的功用是对采样保持电路在时间上离散的模拟电压值输出一个n位二进制数字量。

最常用的两种模数转换技术是计数器型模数转换器和逐次逼近型模数转换器。

模数转换器的两个主要技术指标为分辨率和转换时间。图2-12计算机数据采集系统2.5汽车测试系统的构建

汽车测试系统的构建是根据被测对象的测量参数和汽车测试系统的组成，利用已有的传感器、前置放大器、示波器、数据采集卡、计算机等，构建汽车测试系统。

传感器、前置放大器、示波器、数据采集卡、计算机等可从生产企业购制，测试软件、单片机等可自行开发。1.利用示波器构建汽车测试系统

利用示波器构建的汽车测试系统主要用于易于测量参数的静态测量，如静态的位移、温度、电压；也可用于传动轴振型等动态测量。

传感器与前置放大器连接，前置放大器直接与示波器连接。被测对象为汽车或汽车上的部件。传感器和前置放大器来自传感器的生产企业，示波器来自示波器的生产企业。

测试时，传感器将被测对象的参数量转变为电信号，经前置放大器转变为电压信号，在示波器上显示波形。图2-13

利用示波器构建汽车测试系统的框图2.利用数据采集卡和计算机构建汽车测试系统

利用数据采集卡和计算机构建的汽车测试系统可用于被测对象的不同参数的静态和动态测试。这种构建汽车测试系统的方法，尤其适合构建研究性试验、新的试验的汽车测试系统。

传感器与前置放大器连接，前置放大器与数据采集卡连接，数据采集卡与计算机连接。

测试时，传感器将被测对象的参数量转变为电信号，经前置放大器转变为电压信号，通过数据采集卡传递给计算机，计算机处理测试数据，并显示测试结果。图2-14

利用数据采集卡和计算机构建汽车测试系统的框图3.利用单片机和计算机构建汽车测试系统

利用单片机和计算机构建的汽车测试系统可用于被测对象的单个参数的静态和动态测试。这种构建汽车测试系统的方法，尤其适合构建研究性试验、新的试验的测试仪器，对被测对象的单个参数进行测试。

传感器与前置放大器连接，前置放大器与单片机连接，单片机通过USB接口与计算机连接。

测试时，传感器将被测对象的参数量转变为电信号，经前置放大器转变为电压信号，通过单片机传递给计算机，计算机处理测试数据，并显示测试结果。图2-15

利用单片机和计算机构建汽车测试系统的框图4.利用单片机构建汽车测试系统

利用单片机构建汽车测试系统可用于被测对象的不同参数的静态和动态测试。这类测试系统多由汽车测试系统的生产企业构建，并形成企业生产的汽车测试仪器。

传感器与前置放大器连接，前置放大器与单片机连接。企业开发单片机，利用单片机构建汽车测试仪器，并开发专用的测试软件。

测试时，传感器将被测对象的参数量转变为电信号，经前置放大器转变为电压信号，再传递给单片机，单片机处理测试数据，并显示测试结果。图2-16

利用单片机构建汽车测试系统的框图

1.测量及其分类

测量就是以确定被测参数的数值为目的进行的一系列试验操作。具体地说，就是应用某种测量仪器，将被测量参数与同一物理量的标准量进行比较，从而确定该参数数值的过程。

测量包括直接测量和间接测量两种。2.6汽车测试的测量误差及其分析

（1）直接测量

通过测试装置，将被测量参数与同一物理量的标准量直接比较，或是用事先经过标准量校正的测量仪器进行测量，直接求得被测量参数的数值。

例如，用尺测量距离就属于将被测距离与尺的量直接比较的直接测量，而用温度计测量温度则属于用事先经过标准量校正的温度计进行的直接测量。这些测量，均可从测量仪器上直接读出被测量参数的数值。1.测量及其分类

（2）间接测量

被测量参数与某些独立的参数存在确定的函数关系，对这些独立的参数进行直接测量，然后利用该函数关系计算得出被测量参数。

例如，对矩形的长度和宽度进行直接测量，然后计算得出矩形面积，就是对矩形面积的间接测量，矩形面积不是直接测量得到的。对发动机或驱动电机输出的转矩和转速进行直接测量，然后计算得到功率，也是功率的间接测量，功率不是直接测量得到的。1.测量及其分类

（1）测量误差

测量误差是被测量参数的测量值l与真实值X之间的差值，简称误差，即2.测量误差及其分类(2-20)

测量值l可通过仪器测量得到，真实值X往往难以得到。真实值简称真值，可来自被测量参数的理论值、规定值、标准中的值，在等精密度测量中，可取多个测量值的平均值。无论直接测量还是间接测量，测量结果都不等于被测量的真实值，也即测量存在误差，难以避免误差，只能减小误差。2.测量误差及其分类

（2）按误差的性质分类

1)系统误差

系统误差是保持一定大小、正负数值或按一定规律变化的误差，是一种非随机性误差。系统误差由测试系统中非随机因素引起的误差。

系统误差的来源包括测量设备的基本误差、偏离测试条件要求所产生的测试条件误差、测量理论和方法不完善所带来的理论误差和方法误差及试验人员测量技术不熟练或其他主观原因造成的人员误差等。可根据测试系统的组成，逐个分析系统误差的来源。

系统误差是有规律的，这种规律体现在每一次具体的测量中。因此，通过试验找到这种规律之后，就可以对测定值进行修正，以减小或消除系统误差的影响。（2）按误差的性质分类2)过失误差

由于测量工作中的错误、疏忽大意等原因引起的误差，称为过失误差，又可以称为“粗大误差”。3)随机误差

即使在相同的条件下，对同一个参数重复地进行多次测量，所得到的测量值也不可能完全相同。这时，测量误差具有各不相同的数值与符号，这种误差称为随机误差，或称偶然误差。

在任何测量工作中，随机误差都是无法避免的。随机误差就其个体而言，是没有规律、无法预先估计及不可控制的，但其总体却符合统计学的规律，重复测量的次数越多，这种规律性就越明显。因此，可以用概率统计的方法，计算随机误差给测量结果可能带来的影响。（3）按误差产生的原因分类1)测试理论误差

测试理论误差是指由于测量理论本身不够完善引起的误差。例如，在底盘测功机上做测试时，车轮在滚筒上滚动替代车轮在地面上滚动，产生车轮滚动的理论误差。2)测试仪器误差

测试仪器误差是指由于仪器的结构和制造不完善或调整、校正不当或位感器的安装位姿精度等原因引起的误差。例如，传感器在汽车上安装，传感器的坐标与汽车坐标间的误差。

3)测试人员误差

测试人员误差是指由于测量者技术不熟练或受其他主观因素引起的误差。例如，驾驶员的驾驶水平与测试误差有关，同一驾驶员及不同驾驶员操纵同一辆手动挡汽车换挡，均有换挡的时间误差，且不可控制；主观评价汽车的平顺性也会因人而异，产生主观评价误差。（3）按误差产生的原因分类4)被测对象误差

被测对象误差是指由于被测对象自身变化带来的误差。例如，汽车在冷态及热态、跑合与未跑合、加润滑油等保养前后均会带来动力性、制动性等测试误差。

5)测试环境误差

环境误差是指由于各种环境因素与要求的标准状态不一致而引起的测量装置和被测量对象本身的变化所造成的误差。例如，大气的温度、湿度、气压、风向等变化引起测试的气候环境误差。

6)测试道路误差

测试道路误差是指由于测试道路引起的测试误差。例如，道路有路面不平度并使汽车产生随机振动，引起测试误差；车轮在道路及滚筒上滚动，有滚动误差；在汽车绕桩试验中，有汽车运动轨迹的误差。3.测量误差的表达方式

（1）绝对误差

被测量参数的测定值与真实值之差为绝对误差，见式(2-20)，可正可负。

（2）相对误差

绝对误差与真实值之比为相对误差，通常用百分比表示，可正可负，即相对误差（2-21）4.测试的精确度

（1）精密度

精密度是指对同一被测参数进行多次重复测量，各测定值之间的接近程度。测量的精密度受随机误差控制。

（2）准确度

准确度是指对同一被测参数进行多次重复测量，测量结果与被测参数的真实值之间的接近程度。测量的准确度受系统误差控制。

（3）精确度

精确度就是精密度与准确度的综合。测量工作就是希望得到精确度高的结果。a)高准确度低精密度b）低准确度高精密度c）高精确度

图2-17精密度、准确度和精确度三者之间的关系5.随机误差的正态分布规律

随机误差服从正态分布，其数学模型用概率密度函数描述为

随机误差具有以下特征：1)单峰性。2)对称性。3)有限性。

4)抵偿性。（2-22）（2-23）a)正态分布曲线b）不同标准差的正态分布曲线

图2-18随机误差的正态分布曲线6.等精密度测量的算术平均值与真实值的关系

对某个参数进行n次等精密度测量，即得到

，

，…，

等n个测量值，根据式(2-20)，且考虑真实值只有一个，则有

，

，…，

。如以

表示测量值的算术平均值，即

进一步得（2-24）

当测量次数无限增加时，可使得

，此时，测量值的算术平均值就等于被测参数的真实值，即（2-25）（2-26）

测量值

与算术平均值

之差，称为残余误差，简称残差（或称偏差），以

表示，则有6.等精密度测量的算术平均值与真实值的关系(2-27)

将各测量值的残差值相加，再根据式(2-24)，可得(2-28)

可见，各测量值残差的代数和等于零。残差的这个性质可用来检查算术平均值的计算是否正确。7.汽车测试误差的分析

（1）汽车测试误差分析的意义

在汽车测试设计、过程中及获得测试结果后，一定要进行汽车测试误差分析。如果不知道测试的误差、精密度和准确度，那么汽车测试结果将失去意义。

在测试设计中，进行测试误差分析，是要防止、避免较大的理论误差，在测试理论指导下，选择合适的测试方法和仪器，制定高精度的测试方案，为高精度的汽车测试打下理论和设计基础。

在测试过程中，进行测试误差分析，是要保证测试过程的正确，正确使用测试仪器，减小测试过程中的操作误差，防止、避免测试过程中的过失误差，达到汽车测试设计要求的精度。

在获得测试结果后，进行测试误差分析，是要知道哪些测试有较大误差，对测试结果有何影响，测试数据可信度，评价测试结果是否达到测试精度的要求，并给出结论；通过测试误差分析，也为继续做好汽车测试工作打下基础。7.汽车测试误差的分析

（2）汽车测试误差分析的目的汽车测试误差分析的目的，不是要消除它，因为这是不可能的；也不是使它小到不能再小，这不一定必要，因为这要花费大量的人力和物力；而是在一定的条件下，把误差减少到最低限度，得到更接近于真实值的最佳测量结果，使汽车测试结果满足精度要求。7.汽车测试误差的分析

（3）汽车测试误差分析的任务汽车测试误差分析的任务就是研究误差来源及其产生误差原因、误差的性质和规律，其主要内容是：

1）分析汽车测试理论、设备及其误差，分析测试结果的误差及其精度；

2）研究和确定汽车测试过程中的过失误差和巨大随机误差之间的界限，以便舍弃那些含有过失误差的汽车测试值；

3）研究随机误差的分布规律，分析和确定测量的精密度；研究系统误差的规律，寻找把系统误差从随机误差中分离出来的方法，并设法消除它的影响；

4）从一系列汽车测量值中，求出最接近于被测参数真实值的测量结果。7.汽车测试误差的分析

（4）汽车测试