《汽车理论（第3版）》实验指导书

《汽车理论》实验指导书

车辆工程系

车辆与交通实验室

河南科技大学车辆与交通工程学院

2016年09月

1

目录

实验一汽车动力性实验...........................................1

实验二汽车制动性实验...........................................7

实验三汽车燃料经济性实验........................................10

9:当金yqy^^彳二j^^^^不争〔3令♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦・................................................I?

实验五悬挂系统固有频率和阻尼比测定实验.........................27

实验六汽车平顺性随机输入行驶实验...............................33

2

实验一汽车动力性实验

一、实验目的

1.通过本实验加深对汽车动力性评价指标的理解。

2.掌握汽车的滑行阻力的测定。

3.熟悉CTM-2002A/B汽车拖拉机综合测试仪的使用方法。

4.掌握实验数据的处理方法。

二、实验原理及方法

1.滑行实验

汽车滑行时的行驶方程式：

duT

F+F≈dm--------r

fwatr

式中：M-滚动阻力，几=号好一空气阻力，Q-空气阻力系数，对

于本实验车CD=O.31,A一迎风面积，A=2.2√,Z一滑行平均速度。5一旋转

质量换算系数，5=l∙05,S-整车总质量，m=1450kg,竺一滑行减速度，，

dt

一摩擦转矩，Tr=0.05Ffr,「一车轮半径。

根据通过实验测得"一f曲线，计算平均滑行减速度多（根据运动学公式）。

at

最后通过计算得到汽车滚动阻力

CQAU

)/1.05

21.15

滚动阻力系数：f=FJmg。

2.连续档加速实验

根据汽车的整车行驶方程式

m4

at

汽车处于不同档位时、不同，因此汽车处于变加速行驶，通过实验测得曲线

得到汽车的加速时间。

3

3.实验前，选择并布置好实验路段，以不短于加速行程的两倍为宜。在路

段两端各竖两根标杆作为标志。

4.滑行实验时，汽车先以略高于预置车速行驶，在接近试验路段时摘档滑

行，试验人员发出实验信号，当汽车车速达到预置车速时，自动记录汽车在加速

过程中的时间、行程和速度的关系。

以同样的方法在相反方向做第二次试验。

5.原地起步加速实验时，将车停于试验路段起点，试验人员发出信号，驾

驶员迅速挂档，并踩下加速踏板。当汽车车速达到预置车速时，自动记录汽车在

加速过程中的时间、行程和速度的关系。

三、实验仪器设备

1.实验车—五菱之光.

2.CTM-2002A/B汽车拖拉机综合测试仪。

3.OES-Il非接触速度传感器。

四、实验步骤

（一）滑行试验

1.初始阶段：开机或按复位按扭。

2.择工况：按滑行键。

3.预置数据：按B键，最高位LED显示b,然后按二位数字键，表示滑行

速度由最低位二位显示滑行初始值。如果键入数字有错，可重新按B键再键入正

确的数字。例如需要从15km∕h初始滑行，则先按B键，再按1和5两个数字键。

按C键，最高位LED显示C,然后按两位数字键，表示采样速度间隔，由最

低两位LED显示采样速度间隔值。如果键入数字有错，可重新按C键，再键入正

确的数字。例如希望速度每变化3km/h,得到一组相应的距离值，则先按C键,

再按数字0和3两个数字键。顺便指出，本机最小采样速度间隔为Ikm/h。

4.准备实验：按执行键，奏完输入音乐，LED显示汽车速度，当汽车实测速

度等于预置初速时，仪器发出节奏蜂鸣声，表示测试条件已具备，可待实际车速

略大于预置初速后，摘挡进行滑行。

5.试验过程：按执行键，计算机对汽车速度进行监视，当汽车速度降低至

预置初速时，测试过程开始。显示器显示即时速度值。最低位LED显示U。如果

4

测试过程中欲监视其它参数的变化情况，可用键盘改变显示内容。按B键，显示

器显示距离值，单位为m,最低位LED显示d；按C键显示时间值，单位为秒，

最低位LED显示；按D键显示滑行减速度，单位为，最低位LED显示A,次低位

LED显示“一”说明为减速度；按A键从新显示速度值，单位为，最低位LED显

示U。

如果测试过程中出现故障，试验不能正常工作，可按停止键，中止测试后再

按作废键转回步骤2,但步骤3可以省略，重新进行试验。

6.打印阶段：当滑行结束，计算机自动对测试数据进行处理，并打印计算

结果。

打印滑行速度一滑行距离，滑行速度一滑行时间的变化情况。按曲线键计算

机自动打印V-S曲线和V-t曲线。

（二）汽车连续挡加速实验

准备工作：对于手动档汽车，做连续挡加速实验时，先把脚踏板开关妥善的

固定在离合踏板上，另一端接在插座上。

1.初始阶段：开机或按复位按扭，奏开始曲，显示GoOd字样。

2.选择工况：按加速键，奏开始音乐。

3.预置数据：按A键，最高位LED显示A,然后按二位数字键，表示加速末

速度，由最低位二位显示加速末速值。如果键入数字有错，可重新按A键再键入

正确的数字。

按B键，最高位LED显示b,然后按两位数字键，表示加速初速度。由最低

位二位显示初速度值。如果键入数字有错，可重新按B键，再键入正确的数字。

按C键，最高位LED显示C,然后按二位数字键，表示采样速度间隔值，由

最低两位显示采样速度间隔值。如果键入数字有错，可重新按C键，再键入正确

的数字。例如希望速度每变化5km/h,得到一组相应的距离和时间值，则先按C

键，再按数字0和5两个数字键。

4.准备实验：按执行键，奏完输入音乐，LED显示汽车速度，当汽车实测

速度等于预置初速时,仪器发出节奏蜂鸣声，表示测试条件己具备,做加速准备。

5.试验过程：按执行键，加速开始，计算机对汽车速度进行监视，测试过

程开始。显示器显示即时速度值，最低位LED显示U。如果测试过程中欲监视其

5

它参数的变化情况，可用键盘改变显示内容。按B键，显示器显示距离值；按C

键，显示时间值；按D键显示加速度值；按A键从新显示速度值。

如果测试过程中出现故障，试验不能正常工作，可按停止键，中止测试后再

按作废键转回步骤2,但步骤3可以省略，重新进行试验。

6.打印阶段：当计算机监测实际车速达到预置末速度时，计算机自动对测

试数据进行处理，并打印计算结果。打印速度一加速距离，速度一加速时间的变

化情况。按曲线键计算机自动打印V-S曲线和V-t曲线。

五、实验报告要求

1.实验报告由个人独立完成，每人一份。报告要用实验报告纸，装钉整齐，

并后附原始记录。报告应字迹整齐，数据、曲线等符合要求。

2.实验报告应包括以下几个部分

(1)封面(包括：实验名称、班号、姓名及学号、同组同学姓名、实验日期、

报告完成日期)

(2)实验目的。

(3)实验原理及方法(不包括实验步骤)。

(4)实验仪器设备。

(5)实验纪录、数据处理及分析。

3.实验数据处理包括：

(1)绘制速度一滑行时间曲线，速度一滑行距离曲线。

(2)计算平均滑行减速度、汽车滚动阻力和滚动阻力系数。

六、思考题

1汽车加速行驶时，行驶阻力有哪些？

2手动档和自动档汽车在加速性能上有何不同？

6

实验二制动性实验

一、实验目的

1.通过本实验掌握汽车制动性的评价指标。

2.掌握汽车的制动距离和制动减速度的测定。

3.熟悉用CTM-2002A/B仪器的使用方法。

4.掌握实验数据的处理方法。

二、实验原理及方法

1.汽车的制动距离是指驾驶员从操纵制动踏板开始到汽车完全停止为止所

驶过的距离。

2.汽车制动性实验主要测试汽车制动距离、制动减速度、制动时间。

3.制动加速度，-制动初速度，-制动时间。

4.制动过程主要包括制动器起作用阶段和持续制动阶段。制动减速度、制

动时间的关系如下图所示。

5.本试验要求汽车在选定的道路上以一定的初速度（15km/h）开始紧急制动

（使车轮“抱死”）o

6.汽车以略高于预置车速接近试验路段，试验人员发出信号，驾驶员踩下

制动踏板。当汽车车速达到预置车速时，自动记录汽车在加速过程中的时间、行

程和速度的关系。

7.使汽车朝相反方向稳定行驶，重复上述实验。

8.在整个实验过程中，学生必须注意扶紧座椅，以免跌伤或碰坏仪器。实

验时，应精神集中，操纵仪器要准确无误。

三、实验仪器设备

1.实验车—五菱之光。

7

2.CTM-2002A/B汽拖综合测试仪。

3.OES-II非接触速度传感器。

四、实验步骤

准备工作：先把脚踏板开关，妥善的固定在制动踏板上，另一端接在制动插

座上。

1.初始阶段：开机或按复位按扭，奏开始曲，显示Good字样。

2.选择工况：按制动键，奏开始音乐。

3.预置数据：按B键，最高位LED显示b,然后按二位数字键，表示制动速

度，由最低位二位显示制动初速值。如果键入数字有错，可重新按B键再键入正

确的数字。例如从20km/h制动，则先按B键，再按数字键2和数字0两个数字

键。

按C键，最高位LED显示C,然后按二位数字键，表示采样时间间隔值。如

果键入数字有错,可重新按C键,再键入正确的数字。例如希望速度每变化5km∕h,

得到一组相应的距离和时间值，则先按C键，再按数字0和5两个数字键。

4.准备实验：按执行键，奏完输入音乐，LED显示汽车速度，当汽车实测速

度等于预置初速时，仪器发出节奏蜂鸣声，表示测试条件己具备，可待实际车速

略大于预置初速后，做制动准备。

5.试验过程：按执行键，表示制动准备就绪，司机监测车速等于预置车速

时，迅速踩制动踏板，测试过程自动开始。显示器显示即时速度值。最低位LED

显示U。如果测试过程中欲监视其它参数的变化情况，可用键盘改变显示内容。

按B键，显示器显示距离值，按C键显示时间值；按D键显示减速度值；按A

键从新显示速度值。

如果测试过程中出现故障，试验不能正常工作，可按停止键，中止测试后再

按作废键转回步骤2,但步骤3可以省略，重新进行试验。

6.打印阶段：当制动结束，计算机自动对测试数据进行处理，并打印计算

结果。

打印制动速度一制动距离、制动速度一制动时间的变化情况。按曲线键计算

机自动打印V-S曲线和V-t曲线。

五、实验报告要求

8

1.实验报告由个人独立完成，每人一份。报告要用实验报告纸，装钉整齐，

并后附原始记录。报告应字迹整齐，数据、曲线等符合要求。简述实验目的及原

理。

2.实验报告应包括以下几个部分

(1)封面(包括：实验名称、班号、姓名及学号、同组同学姓名、实验日期、

报告完成日期)

(2)实验目的。

(3)实验内容(不要求具体步骤)及原理。

(4)实验仪器设备。

(5)实验纪录、数据处理及分析。

3.实验数据处理包括：

(1)绘制速度—制动时间曲线，速度一制动距离曲线。

(2)计算制动减速度

六、思考题

1影响汽车制动距离的因素有哪些？

2产生制动侧滑的原因有哪些？

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实验三汽车燃料经济性实验

一、实验目的

1.通过本实验掌握汽车燃料经济性的评价指标。

2.熟悉CTM-2002A/B汽车拖拉机综合测试仪的使用方法。

3.掌握实验数据的处理方法。

二、实验原理及方法

汽车运行工况可分为匀速、加速、减速和怠速等几种，实际运行时，往往是

上述几种工况的组合，并以此决定了汽车的油耗。所以，各国根据不同车型车辆

的常用工况，制定了不同的试验循环，既使得试验结果比较接近于实际情况，又

可缩短试验周期。

多工况燃料消耗量试验的方法就是将不同车型的车辆严格依据各自的试验

循环进行燃料消耗测定。

汽车尽量用高档进行试验，当高档位达不到工况要求，超出规定偏差时，应

降低一档进行，当车辆进入可使用高档行驶的等速行驶段和减速行驶段时，再换

入高档进行试验。换档应迅速、平稳。

减速行驶中，应完全放松加速踏板，离合器仍结合。当试验车速降至IOkm/h

时，分离离合器，必要时，减速工况允许使用车辆的制动器。

试验车辆在多工况的终速度的偏差为正负3km∕h,其他各工况速度偏差为

1.5km∕ho在各种行驶工况改变过程中允许车速的偏差大于规定值，但在任何条

件下超过车速偏差的时间不大于1s,即时间偏差为正负Is

每次循环试验后，应记录通过循环试验的燃料消耗量和通过的时间。当按各

试验循环完成一次试验后，车辆应迅速掉头，重复试验，试验往返各进行两次,

取四次试验结果的算术平均值为多工况燃料消耗量试验的测定值。

试验测试路段长度为500m,汽车用常用档位，等速行驶，通过50Om的测试

路段，测量通过该路段的时间及燃料消耗量。

试验车速从20km/h（最小稳定车速高于20km/h时，从30km/h）开始，以每

隔IOkm/h均匀选取车速，直至最高车速的90%,至少测定5个试验车速，同一

车速往返各进行二次。

10

以试验车速为横坐标，燃料消耗量为纵坐标，绘制等速燃料消耗量散点图，

根据散点图绘制等速燃料消耗量的特性曲线。

三、实验仪器设备

1.实验车--五菱之光。

2.CTM-2002A/B汽车拖拉机综合测试仪。

四、实验步骤

1.试验准备

(1)将测试系统接好，测试仪器调试好，能够正常工作和测试数据精度在

规定范围内。

2.实验过程

根据试验目的，正确设置测试参数。按开始键进入主测试菜单。在主测试菜

单，光标键选择等速油耗,按开始键进入该项目。此时屏幕右上侧显示即时车速。

右下侧图形区显示即时速度曲线。左下侧文本区显示0,表示第0次测试。当实

测速度等于测试初速时，仪器发出嘀的一声报警声，表示测试条件已具备，可待

实测车速稳定在测试初速后，按开始键开始进行测试。此时屏幕左上侧开始显示

测试距离和测试时间。系统自动对车速进行监控，当实测车速和测试初速偏差大

于3km/h时，系统发出报警声。提示用户控制车速。系统自动对行驶距离进行监

控，当行驶距离达到测试距离时，测试过程自动结束。屏幕左下侧文本区显示测

试结果。测试结果依次为：测试距离、测试时间、平均速度、百公里油耗、小时

耗油量。如需对测试结果进行打印可以按Fl键，进行打印。按F2键，可以将测

试结果由RS232标准串口发出去。按结束键，则返回主测试菜单。

五、实验报告要求

1.实验报告由个人独立完成，每人一份。报告要用实验报告纸，装钉整齐，

并后附原始记录。报告应字迹整齐，数据、曲线等符合要求。简述实验目的及原

理。

2.实验报告应包括以下几个部分：

(1)封面(包括：实验名称、班号、姓名及学号、同组同学姓名、实验日期、

报告完成日期)

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(2)实验目的。

(3)实验内容(不要求具体步骤)及原理。

(4)实验仪器设备。

(5)实验纪录、数据处理及分析。

3.实验数据处理包括：

⑴绘制等速油耗曲线。

六、思考题

1.影响油耗的因素，在自己日常行车中可以采取哪些措施达到节油效果？

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实验四汽车操纵稳定性实验

汽车操纵稳定性实验主要包括：转向轻便性实验、转向回正性能实验、稳态

回转响应实验、转向瞬态响应实验等四个实验,其中转向瞬态响应实验比较危险,

为安全起见，可以不做，可通过计算仿真演示。

实验(一)汽车转向轻便性实验

一、实验目的

汽车的转向轻便性和操纵稳定性是现代汽车重要的使用性能，通过对实验了

解和掌握测试系统的安装调试、基本实验方法并学会数据处理和运用理论知识对

汽车操纵稳定性研究、评价。以培养学生解决实际工程问题的能力。

二、实验的主要内容

了解测试系统的组成和测试原理，汽车转向轻便性实验的数据的实时采集和

处理。测定汽车在低速大转角时的转向轻便性，与操纵稳定性其他试验项目一起,

共同评价汽车的操纵稳定性。

采集测量变量及参数

(1)方向盘转角；

(2)方向盘力矩；

(3)方向盘直径。

三、实验设备和工具

1•测量仪器

汽车方向盘转角---力矩传感器。

汽车操纵稳定性数据采集和分析仪。

2.实验车辆-一五菱之光。

3.标明试验路径的标桩16个。

四、实验原理

测定汽车在道路上进行转向行驶时，驾驶员作用在方向盘上的力矩和方向盘

转角的变化关系评价汽车的转向操纵性能

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五、验方法和步骤

1.实验准备

试验场地应为干燥、平坦而清洁的水泥或柏油路面。任意方向上的坡度不大

于2%。在试验场地上，用明显颜色画出双纽线路径（见图4.1）,双纽线轨迹的

极坐标方程为：

/=djcos2ψ

轨迹上任意点的曲率半径R为：

R=J

3Λ∕COS2〃

当沙=0时，双纽线顶点的曲率半径为最小值，即：

（in=d∕3

双纫线的最小曲率半径（m）应按试验汽车的最小转弯半径（m）乘以1.05

倍，并圆整到比此乘积大的一个整数来确定。并据此画出双纽线，在双纽线最宽

处、顶点和中点（即结点）的路径两侧共放置16个标桩（见图4-1）。标桩与试

验路径中心线的距离，按汽车的轴距确：定，当试验汽车轴距大于2.5m时，为

车宽一半加50cm,当试验汽车轴距小于或等于2m时，为车宽一半加30cm。

图4-1双纽线路径示意图

2.试验方法

（1）接通仪器电源，使之预热到正常工作温度。

（2）汽车以低速直线滑行，驾驶员松开方向盘，停车后，记录方向盘中间位

置及方向盘力矩零线。

14

(3)驾驶员操纵方向盘使汽车沿双纽线路径行驶。车速为10±lkm∕ho待

车速稳定后，开始记录方向盘转角及力矩，并记录(或显示)车速作为监督参数，

直到汽车绕双纽线行驶满三周。

3.数据处理

(1)根据记录的方向盘转角及方向盘力矩，按双纽线路径每一周整理成如图

4-2所示的M-B曲线，并计算以下参数：

1)方向盘最大力矩，用下式计算：

一IMnwj+1MmaX2卜1MmaX3|

I/max-3

式中：MmaX---方向盘最大力矩，Nm；

2)方向盘最大作用力，用下式计算：

_2Λ∕max

max—D

式中：D一一试验汽车原有方向盘的直径，m；

FmaX...方向盘最大作用力，N0

3)方向盘作用功

叫=「：门△陷(6)即

*"max1

20

Io

六、实验报告主要内容及要求

15

将计算结果填入表4-1:

表4-1方向盘输入参数计算结果

参数单位数值

方向盘最大作用力矩NM

方向盘最大作用力N

方向盘作用功NM

根据测量数据绘制M-Θ曲线（参见图4-2）

七、实验注意事项

试验时，轮胎气压必须符合规定。若规定气压小于245kPa时，允许偏差为

±4.9KPa若规定气压大于245kPa时，允许偏差为±2%。

在记录时间内，保持车速稳定及不准撞倒标桩。

实验（二）稳态回转响应实验

一、实验目的

测定汽车在方向盘一个转角输入时，汽车运动的稳态响应过程与操纵稳定性

其他试验项目共同评价汽车的操纵稳定性。

二、实验的主要内容

1.了解测试系统的组成和测试原理，汽车稳态回转响应实验的数据的实时

采集和处理。

2.采集测量变量及参数。

3.汽车根U向加速度。

4.汽车横摆角速度。

三、实验设备和工具

1.测量仪器

电子陀罗仪。

汽车操纵稳定性数据采集和分析仪。

2.实验车辆一-五菱之光。

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四、实验原理

采用固定方向盘转角，连续加速的方法进行回转行驶实验，测定实验过程中

侧向加速度与汽车绕自身Z轴的转动角速度，并计算汽车圆周行驶中的瞬态转弯

半径，评价汽车的转向特性。

五、实验方法和步骤

在试验场地上，用明显颜色画出半径为15m的圆周。

1.接通仪器电源，使之预热到正常工作温度。

2.试验开始之前，驾驶员操纵汽车以最低稳定速度滑所画圆周行驶，待汽

车后部中点能对准地面所画圆周时"，固定方向盘不动，停车并开始记录，记下各

变量的零点。

3.汽车起步，缓缓连续而均匀地加速（纵向加速度不能超过0.25m/s2）,

直至汽车的侧向加速度达到4m/S2（或受发动机功率限制而所能达到的最大侧

向加速度、或汽车出现不

稳定状态）为止、记录整个过程。

4.试验按向左转和向右转两个方向进行，每个方向试验三次。

六、实验报告主要内容及要求

试验数据处理及结果表达

1.转弯半径比R,/%与侧向加速度。关系曲线

根据记录的横摆角速度及汽车侧向加速度，用下式计算各点的转弯半径；

R,=∙⅛

匕

式中：生一一第i点的侧向加速度，m/s2；

4一一弟i点的横摆角速度，弧度/S；

R,一一第i点转弯半径，m:

进而算出各点的转弯半径比凡/&（RO为初始半径，m）填入表4-2中。

根据计算结果，在图4-3绘出K/%-"曲线，根据R,/%-a曲线判定汽车

17

的转向特性。

表4-2转弯半径比

侧向加速度m∕s2

参数

0.51.01.52.02.53.03.54.0

转弯半径m

转弯半径比

2.0-

1.5-

K/&I。

0.5-

0M^^^^^^^^^L^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^KJ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^K^^^^^^^J

1.02.03.04.0

-0.5∙KmK）

-1.0•

图4-3转向特性曲线

七、实验注意事项

试验汽车所用轮胎和轮辎型式及尺寸，必须符合规定。如试验时使用新轮胎,

试验前轮胎至少应经过200km正常行驶的磨合。如试验时使用旧轮胎，试验终

了时，残留花纹的高度应不小于0.15cm。

试验时轮胎气压必须符合厂方规定。若规定气压小于245kPa时，允许偏差

为±4∙5kPa;若规定气压大于245kPa时，允许偏差为±2%。

试验场地应为干燥，平坦而清洁的水泥或柏油路面，任意方向上的坡度不大

于2%。试验时风速不大于3m/so

实验（三）转向回正性能实验

一、实验目的

通过实际测量汽车从圆周运动状态自动回到直线行驶状态时，汽车的各项相

18

关参数分析和评价汽车从曲线行驶自行回复到直线行驶的能力。

二、实验的主要内容

通过实际道路运行实验，采集实验参数并用专用信号处理仪或专用软件在通

用电子计算机上计算和处理实验数据，对汽车的回正性能作出客观评价。

三、实验设备和工具

L测量仪器

汽车方向盘转角一一力矩传感器

汽车操纵稳定性数据采集和分析仪

2.实验车辆一-五菱之光。

四、实验原理

本项实验是汽车方向盘力输人的一个基本实验，当汽车作圆周运动时，由于

转向轮有主销内倾角的作用，汽车应有从曲线行驶自行回复到直线行驶的过渡能

力，其性能的优劣与转向系统的设计有密切的关系。通过汽车回正的过度过程分

析操纵稳定性其他试验项目一起，共同评价汽车操纵稳定性。

五、实验方法和步骤

1.在试验场地上用明显的颜色画出半径为15m的圆周。

2.接通仪器电源，使仪器达到正常工作温度。

3.驾驶汽车沿半径为15m的圆周行驶，调整车速使侧向加速度达到4m∕s2

之后的俱IJ向加速度后，稳定住车速并开始记录，待稳定3s后，驾驶员突然放开

方向盘，记录松手后3S的汽车运动过程。

4.在由试验得到的方向盘转角时间历程曲线上(如图4-4所示)，以松开方

向盘的时刻定为时间坐标(横坐标)的原点。计算如下评价指标：

(1)稳定时间(回正时间)及残留横摆角速度；

(2)横摆角速度超调量；

(3)自然频率/

(4)相对阻尼系数

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图4-4方向盘回正转角时间历程曲线

六、实验报告主要内容及要求

1.评价指标的计算

（1）稳定时间（回正时间）及残留横摆角速度

从时间坐标原点开始，到汽车横摆角速度达到某一数值（包括零值）并保持

不变止，这一段时间定为稳定时间（回正时间），到达稳定时刻的横摆角速度则

称为残留横摆角速度。

稳定时间（回正时间）用下式计算：

/=§（%+q+/）

式中：t...稳定时间（回正时间），S;

g%%一一分别为第1、2、3次试验的稳定时间（回正时间），s。

残留横摆角速度由下式计算：

"=*4+M+M)

式中：N残留横摆角速度，。/s；

△4,△公△4——分别为第1、2、3次试验的残留横摆角速度，%。

（2）横摆角速度超调量

横摆角速度超调量是横摆角速度响应第一个峰值超过稳态值的部分与稳态

值之比，（见图4-5）用下式计算：

b='xlOO%

20

式中：σ—横摆角速度超调量，%；

/一一横摆角速度响应的第一个峰值超过稳态值的部分，%；

rn——横摆角速度响应的稳态值，%。

（3）横摆角速度自然频率由下式计算：

第i次试验横摆角速度自然频率几按下式确定:

式中：几一第i次试验横摆角速度自然频率，Hz；

A"-横摆角速度响应时间历程曲线的峰峰值（见图4-5）,%；

△"一横摆角速度响应时间历程曲线上，两相邻波峰的时间间隔（见图

4-5）,s；

n一横摆角速度响应时间历程曲线的波峰数。

横摆角速度自然频率均值按下式确定：

式中：e,一横摆角速度自然频率均值，Hzo

图4-5横摆角速度时间历程

（4）相对阻尼系数可先求得衰减率0后，再求得相对阻尼系数。

21

∑a

∕=1

式中：D...衰减率：

Aj一—第一个波峰值(见图A1)。

^ln(l-Z),.)J+

式中：4一第i次试验相对阻尼系数

相对阻尼系数均值按下式确定:

13

4=w∑4

D/=I

2.将实验结果填入表4-3

表4-3转向回正实验结果

参数左转右转

稳定时间S

残留横摆角速度"s；

横摆角速度超调量%

横摆角速度自然频率Hz

相对阻尼系数

七、实验注意事项

1•仪器量程及精度应符合需要。

2.包括传感器及记录仪器在内的整个测量系统频带宽度为O〜3Hz。

3.必须测量的变量：汽车前进速度；方向盘转角；汽车横摆角速度。

4.试验条件

a.试验汽车应是装备齐全的汽车。试验前对前轮定位参数、转向系、悬架

系进行检查。并按规定紧固和润滑。

b∙试验场地应为干燥、平坦而清洁的水泥或柏油路面。任意方向上测量的坡

22

度不大于2%。

c.风速不大于3m/So

d.试验车速为60km/h。

实验（四）汽车转向瞬态响应实验

一、实验目的

了解和掌握汽车转向瞬态响应实验的基本原理和实验方法，通过实验数据的

处理和计算，培养运用理论知识解决汽车转向系统设计过程遇到的实际工程问题

能力。

二、实验的主要内容

测定从方向盘转角脉冲输人开始，到所测变量达到新稳态值为止，这一段时

间内汽车的瞬态响应过程，用数据处理专用软件在通用计算机上进行实验数据分

析与计算。

三、实验设备和工具

测量仪器

1.汽车方向盘转角一一力矩传感器。

2.汽车操纵稳定性数据采集和分析仪。

四、实验原理

在汽车直线行驶时，通过对方向盘输入转角脉冲以模拟汽车在受到外力时自

动维持直线行驶的能力。测定从方向盘开始，到所测变量达到新稳态值为止，这

一段时间内汽车的瞬态响应过程，评价汽车的动态特性。

五、实验方法和步骤

1.试验前以试验车速行驶IOkm,使轮胎升温。

2.接通仪器电源，使之预热到正常工作温度。

23

3.汽车以试验车速直线行驶，使其横摆角速度为零，作一标记，记下方向

盘中间位置(直线行驶位置)。然后给方向盘一个三角脉冲转角输入(见图4-6)。

试验可向左(或向右)转动方向盘，并迅速转回原处保持不动，记录全部过程，

直至汽车回复到直线行驶位置。方向盘转角输人脉宽为0.3〜0.5秒，其最大转角

应使本次试验过渡过程中最大侧向加速度为2〜3m/s2o记录时间内，保持车速

不变。

图4-6方向盘转角输入示意图

4.试验数据处理与结果表达

在专门的信号处理设备或用数据处理专用软件在通用计算机上进行幅频特

性与相频特性的分析可以得到：

fr(^)cos(⅛ω0i)dz—J[r(i)sin(⅛ω0^)dz

G(加Q=声----------------相..............

(力纥

^swcosSOt)&—j5ιw(f)sin(^ω0r)di

六、实验报告主要内容及要求

1.根据试验数据处理结果的平均值，向左与向右转分别绘制出汽车的幅频

相频特性图，如图4-7所示(图4-7横坐标为对数坐标，亦可采用线性坐标)，

横坐标值应为0〜3Hz。

2.谐振频率/为幅频特性谐振峰所时应的频率，当不存在明显的谐振峰时,

按70%横摆角速度增益的通频带除以近计算/值。

3.谐振峰水平。按下式确定，

O=20Igd

24

式中：D——谐振峰水平，dB;

AP一—/=/〃处的横摆角速度增益，1/S;

4——/=0处的横摆角速度增益，1/so

4•计算结果填入表4-4。

rO

i

S

^

1.0

0.5

0.10.20.40.60.812

频率"Hz

-20-

-40-

-60-

r

<-80-

⅛

^-100-

n

-120-

图4-7幅频特性和相频特性

表4-4实验数据

频率（HZ）

参数

0.51.01.52.02.53.0

幅比S-1

相位滞后。

备注

七、实验注意事项

25

1.仪器量程及精度应符合需要。

2.包括传感器及记录仪器在内的整个测量系统频带宽度不小于3HZo

3.必须测量的变量：汽车前进速度；方向盘转角；汽车横摆角速度。

4.试验条件

a.试验汽车应是装备齐全的汽车。试验前对前轮定位参数、转向系、悬架

系进行检查。并按规定紧固和润滑。

b.试验场地应为干燥、平坦而清洁的水泥或柏油路面。任意方向上测量的坡

度不大于2%。

c.风速不大于3m/So

d.试验车速为60km/h。

26

实验五悬挂系统的固有频率和阻尼比测定实验

一、实验目的

汽车车身部分（簧载质量）的固有频率和阻尼比以及车轮部份（非簧载质量）

的固有频率是分析悬挂系统振动特性和对汽车平顺性进行研究、评价的基本数据。

也是车辆车辆专业学生必须掌握的基本技能。通过对汽车悬挂系统固有频率和阻

尼比测定，使学生学会和掌握车辆振动的基本试验方法，采集和处理实验数据并

根据已学过的理论知识进行深入分析，培养学生解决实际工程问题的能力。

二、实验的主要内容

了解车辆振动测试系统的组成和测试原理，汽车悬挂系统的固有频率和阻尼

比测定方法和数据分析。

三.实验设备和工具

1.实验车辆—小型客车、载货汽车或摩托车一辆

（1）试验应在汽车满载时进行。试验前称量汽车总质量及前、后轴的质量。

（2）悬架弹性元件、减振器和缓冲块应符合该车技术条件规定。根据需要

可拆下减振器和缓冲块。

（3）轮胎花纹完好，轮胎气压符合技术条件所规定的数值。

2.测量仪器

（1）振动加速度传感器2只。

（2）数据采集和信号分析仪1台。

a测量仪器的频率范围应能满足0.3〜IOOHZ的要求。

b振动传感器装在前、后轴和其上方车身或车架相应的位置上，其质量应

不足以影响试验结果。

四、实验原理

可用各种不同的方法（滚下法、抛下法或拉下法）使汽车悬挂系统产生自由

衰减振动，利用振动测试系统采集各车轮自由衰减振动的加速度时间历程，分析

处理实测数据并分别得到该车辆各车轮和悬挂系统的固有频率和相对阻尼系数，

并对车辆的悬挂系统的设计参数进行客观评价。

27

五、实验方法与步骤（滚下法）

（一）测量数据

1.用磁性底座将振动加速度传感器器分别安装在被测车轮的车轴上方（悬

架弹性元件的下方）和该侧车轮所对应的车身底板（悬架弹性元件的上方）处,

检查并确保传感器安装牢固可靠，见图5-1所示。

电

电

荷

荷

放

放

大

计算机大

器

器

数据处理

-_______-

结果输出信号采集器

图5-1测试系统示意图

2.开动汽车，使测试端的车轮沿凸块斜面滚至凸块上（凸块断而如图5-2

所示），其高度根据汽车类型与悬挂结构可选取60、90、120mm,横向宽度要

保证车轮全部置于块凸上，在停车、挂空档、发动机熄火后，再将汽车车轮从

凸块上推下，若同时测量的两侧车轮，滚下时应保证左、右轮同时落地。

400

图5-2滚下法用凸块断面示意图

3.在汽车车轮从凸块上落下前，启动测量仪器；记录车身和车轴上自由衰

减振动的时间历程，记录时间长度约3秒钟，以保证衰减振动曲线完整。

（二）数据处理

28

1.时间历程法：由记录得到的车身及车轴上自由衰减振动曲线（见图5-3）,

与时标比较或在信号处理机上读出时间间隔的值都可以得到车身部分振动周期

T和车轮部分振动周期了。然后按下式算出各部分的固有频率。

/o=1∕T

ft=ι∕τ,

式中九——车身部分固有频率（Hz）；

T一一车身部分振动周期（S）；

3——车轮部分固有频率（Hz）；

,

T一一车轮部分振动周期（S）o

由车身部分振动的半周期衰减率τ=4/4（4一一第二个峰至第三个峰的

最大幅值，4一一第三个峰至第四个峰的最大幅值），按下式求出阻尼比。

当阻尼较小时（4-一第四个峰至第五个峰的最大幅值，没有突然减小）,

可用整周期衰减率7'=4/4,按下式求出阻尼比。

2.频率分析法:用信号分析仪对车身与轴上自由衰减振动的加速度信号Z（r）

和4"）进行频率分析。

对车身与车轴上加速度信号z（r）和自（/）进行自谱处理，处理时用截止频率

29

50HZ进行低通滤波，采样时间间隔At取20ms,频率分辨率为Af=0.05Hz。

a.车身部分加速度均方根自谱Gz（/）（见图3a）的峰值频率即为车身部分

固有频率人

b.车轮部分加速度均方根自谱G式/）（见图5-4）的峰值频率为车轮部分固

有频率大。

图5-4b车身部分加速度均方根自谱Gz（/）

车轴上加速度信号J⑺作为输入，车身上加速度信号Z⑺作为输出进行频率

响应函数处理得到幅频特性1Z∕g∣（见图5-5）,处理时采样时间间隔At取5ms,

幅频特性的峰值频率为车轮部分不运动时的车身部分的固有频率/o',它比车身

部分的固有频率/b略高一些。由幅领特性的峰值AP可以近似地求出阻尼比，其

计算公式如下：

30

注：以上两种数据处理方法根据情况可选择其中一种，井在报告中注明。

图4幅频特性

六、试验报告主要内容及要求

试验报告应含有下列内容：

1.实验条件及实验对象

a.试验车辆

整车质量________kgO

相应轴载质量前轴________kg；后轴—____kgo

最大总质量_______kgo

相应轴载质量前轴________kg后轴—____kg。

悬架型式：

前轴后轴

轮胎型式和轮胎气压

前轮后轮

轴距

b.实验仪器

传感器型号

处理分析仪器型号

c.实验条件

产生自由衰减振动的方法

凸块高度mm

31

2.实验内容及步骤

a.由自由衰减振动曲线处理得到的结果

b.典型衰减振动曲线和频谱图（参照图2、3、4）

3.实验结果讨论

七、实验注意事项

试验时，非测试端悬架一般不用因限制其振动而卡死，但在汽车前、后端振

动相互联系较强时，非测试端悬架要卡死，并在报告中注明。

32

实验六汽车平顺性随机输入行驶实验

一、实验目的

测定汽车在不同路面行驶时车身振动的随机信号，通过数据采集和分析；学

会和基本掌握使用汽车振动测试系统测试和评价汽车振动对乘员及货物的影响，

评价汽车的平顺性。

二、实验的主要内容

测试系统的安装标定、采集和处理汽车在不同路面上以各种速度行驶时，座

椅和地板传递给人体的振动频率和振动加速度幅值，分析计算车身振动的固有频

率和加权加速度均方根值、对实验车辆的行驶平顺性作出客观评价。

三、实验设备和工具

1.实验车辆

小型客车或小型载货汽车一辆。

（1）试验应在汽车满载时进行。试验前称量汽车总质量及前、后轴的质量。

（2）轮胎花纹完好，轮胎气压符合技术条件所规定的数值。

2.测量仪器

振动加速度传感器2只。

数据采集和信号分析仪1台。

（1）测量仪器的频率范围应能满足0.3〜IooHZ的要求。

（2）振动传感器装在前、后轴的上方车身地板和相应的座垫表面，其质量

应不足以影响

四、实验原理

车辆在道路上行驶时，由于路面的凸凹不平通过车轮和悬架传递到车身并由

座垫传递到车上乘员。振动的频率和振幅直接影响到乘员的乘座舒适性和驾驶员

的工作效率，利用振动测量系统采集和分析车辆悬架和座垫对振动能量的吸收能

力评价车辆悬架系统设计是否合理。

五、实验方法和步骤

1.安装和调试测量系统，正确选择合适的采集参数。

33

2.驾驶车辆在二级以上的沥青路面公路和三级以下砂石路面；分别以

40km/h、50km∕h.60km∕h及70km∕h车速匀速行驶。

3.分别采集车辆在不同路面以不同速度匀速行驶时，车身底板和相应位置

乘员座垫上的随机振动加速度时间历程，样本记录长度不小于3min,人一一椅

测量系统的信号频率为0.1HZ-IOOHZO

4.实验数据处理

①使用信号分析软件处理得到随机振动信号的等带宽自功率谱密度函数

(或功率谱函数)。

⑵按下式计算1/3倍频程均方根值谱Oj,

式中：6一中心频率为力的1/3倍频程均方根谱值，m/s2,∕=1,2

20；

G-等带宽的加速度自谱值，g2，i=l,2,……，461；

MJ一与人下限频率相应的等带宽谱线标号;

Nj一与力上限频率相应的等带宽谱线标号。

⑶查表6-1和图6-1得到"疲劳一一降低工效界限”小。

(4)将各值降低10分贝，即将"疲劳一降低工效界限”各值除以3.14就是

“降低舒适界限”，根据查“降低舒适界限”而得。

67ra

表6-1纵向振动加速度的"疲劳一降低工效界限”值

加速度均方根值m∕s2

TFD

fj(Hz)

25mi16mi

24h16h8h4h2.5hIhImin

nn

0.280.420.63

1.001.061.402.363.554.255.60

050

34

0.250.370.56

1.250.951.262.123.153.755.00

050

0.220.330.50

1.600.851.121.902.803.354.50

450

0.200.300.45

2.000.751.001.702.503.004.00

000

0.180.260.40

2.500.670.901.502.242.653.55

050

0.160.230.33

3.1