1、 4.3 模拟设备,第四章 典型汽车试验设备及设施, 4.2 汽车性能试验设施, 4.4 汽车试验场, 4.1 典型试验设备, 4.1 典型试验设备,4.1.1速度测量仪1定义：用来测量汽车行驶过程的车速、位移与时间的仪器。按是否与地面接触可分为接地式车速仪和非接地式车速仪。1）接地式车速仪（又称为五轮仪）通常由第五轮、显示器、传感器、脚踏形状等组成。工作原理：测量单位时间内轮速脉冲数量计算车速。特点：当路面平整度差、车速高时测量误差大。,2）非接地式车速仪（非接地式五轮仪）多数采用光学投影工作原理。见书P97通过空间频率传感器，汽车每行驶一段固定的距离对应一定数量的光电脉冲信号。特点：受路面
2、、车速影响小4.1.2燃油消耗量测量仪目前最常用的是活塞式油耗仪。活塞直径和行程已知，只须测量油耗仪曲柄转数。4.1.3陀螺仪主要用于汽车操纵稳定性试验车辆运动状态参数测量。, 4.1 典型试验设备,4.1.4 高温试验室,为了让汽车适应高温、高热环境，了解其性能及部件老化情况，各汽车厂家根据各自汽车产品的需要纷纷兴建高温试验室。,高温试验室的结构组成 1)日照装置 在试验室顶壁与侧壁均匀安置红外线灯，灯光照射强度及光照区域均可以按试验要求进行调节。用以模拟在炎热的阳光下，测试汽车各部位的温升及受热状态。 2)供风系统 汽车实际行驶的迎面行驶风由大型鼓风机产生，再配以风道及风速调节装置，组成供
3、风系统。与空气动力风洞不同的是，风道出口截面积很小。同时，风速调节范围要尽可能地覆盖汽车的车速(目前，轿车车速可达200km/h)。 3)加热装置 采用电加热与蒸汽加热两种形式。一般大型试验室采用蒸汽加热。 4)路面辐射装置 为了再现路面热辐射状态，一般使用加热箱，并将它铺装在试验地面上。设定的温度范围为40 80。,技术指标,1)温度上限温度有许多，如+60 、+50 、+45 ，最多采用+50。2)湿度有3080、30一100、095，5一95几种，其中以5 95范围最妥。3)风速尽可能覆盖整个车速范围。,1)冷却性能试验 在炎热的地带和夏季气温很高的条件下，以是否能保证汽车主要部件保持适
4、度的温度来评价其散热性能。检测内容包括发动机冷却液温度、发动机及变速器等机油油温、发动机进气温度以及燃油油温和气阻。 2)动力性能试验 在高温条件下，燃油及进气温度上升，发动机功率降低的状态下，评价汽车动力性能；或评价在高温条件下，汽车熄火停车后的再起动性能。 3)热害性能试验 在高温条件下高速行驶、爬坡行驶、城市市区行驶，以及行驶之后的停车怠速等各种行驶工况下，评价汽车结构部件的耐热性以及发动机舱内和车身各部位的橡胶件、塑料件的耐热性等。 4)空调性能试验 在高温潮湿强烈日照的条件下，评价车内环境的舒适性，检测内容包括驾驶室内的温度、湿度、凉风、风速、换气及车窗视野等。,试验项目,4.1.5
5、 低温试验室,低温试验室模拟低温环境状态。与实地寒区试验比较，具有节约人力、物力、财力；不受外界气候环境的影响；不受季节限制等优点。同时，具有环境控制精度高、稳定性好、重复性好的特点。低温试验室，一般由以下系统构成： 1)低温试验间 2)制冷机房和制冷系统 3)换气系统 4)冷却水系统 5)测控及观察间 6)试验数据采集与处理系统 7)通用系统及配电动力系统,技术指标,1)温度根据检测标准选择，多为一50一一40。2)湿度5一95之间。3)风速与高温试验室相同。,试验项目,试验项目 1)汽车发动机的低温起动性能试验 2)发动机低温行驶性能匹配 3)汽车行驶安全性检验 4)汽车寒区适应性试验 5
6、)刮水器等总成的低温性能试验 6)非金属零件的低温适应性试验 7)汽车燃油、润滑油、液压油等的低温性能验证试验 8)其他必要的低温性能、低温适应性试验,高低温试验室是综合411与412的技术要求而设立的，其结构也是将二者合一。同时将转鼓试验台也放在其中，其结构示意图如图所示,4.1.6 高低温试验室(或称环境试验室),4 . 2 . 1 底盘测功机(又称转鼓试验台)在当今的汽车开发与质量检验中，很多道路试验项目已逐渐被试验室内转鼓试验台所替代。用转鼓模拟路面，汽车驱动轮放在鼓面上，再配以可调风速的供风系统提供汽车迎面行驶风，就可模拟道路试验。同时，国际上已采用多功能模块、可任意组合的底盘测功系
7、统；根据需要，可进行逐级、逐块地组装、改装的试验系统。模块化的设计使一般的转鼓试验台很容易地扩展到四鼓、四驱动单元中央控制水平，以适应四轮驱动车辆的更为复杂的试验。, 4.2 汽车性能试验设施,底盘测功机的构成,1) 转鼓 分为双鼓和单鼓。双鼓主要用于轿车和小型汽车性能试验以及汽车维护前后的检查试验。转鼓直径一般为220500mm。由于鼓径较小，试验台体积也较小，所以造价较低。单鼓鼓径一般为l 5002 500mm。单鼓相对于双鼓来说，试验车的轮胎变形较小，接近路面，不仅适用于性能试验，还可用于耐久性试验。 2) 功率吸收装置 通过可控硅或变频装置，控制电机吸收汽车发动机发出的功率。 3) 飞
8、轮 通过一级机械飞轮模拟汽车平移及旋转质量，有些设备用电模拟代替机械飞轮。 4)计算机控制数据采集处理系统 控制功率吸收装置精确施加道路阻力或给汽车施加恒定车速，以及具有测量、采集、设定、监控、处理及显示等各项功能，实现操作者的人机对话。 5)司机助或自动驾驶仪(选用) 通过计算机在监示器上显示试验循环曲线，通常该曲线是有关试验标准所规定的，使驾驶员能准确操纵车辆。 自动驾驶仪可代替驾驶员操纵车辆跟踪试验循环。,转鼓试验台所能完成的功能,1)汽车动力性能评价 通过转鼓试验台可测定汽车各档位下的驱动力、汽车最大爬坡度、最低稳定车速、最高车速、加速性能等。2)汽车经济性能评价主要有多工况及等速油耗
9、试验3)汽车发动机冷却散热能力试验(环境试验室进行)4)汽车噪声振动试验5)汽车空调性能试验(环境试验室进行)6)汽车排放性能试验7)应用于ABS检验项目及自动变速器性能试验8)电磁兼容性试验(在吸收试验室中进行),4 . 2 . 2 消声室、混响室 汽车是一个噪声源，世界各国环境保护的法规中都对汽车这个噪声源加以限制。作为汽车制造厂，需对本厂产品进行噪声测试、分析研究。为了在一个可以控制的环境中进行试验，需具备不受外界干扰的声学环境，这就是建造消声室和混响室的目的。适用试验类型1)消声室发动机声功率级测量、声场分布、1m声压级测量等排气系统噪声研究，排气噪声测量；冷却系噪声研究：传动系噪声研
10、究；起动机、发动机等电气噪声研究；气、电喇叭频谱分析，可靠性试验；声学仪器的计量等。2)混响室机器声功率级的测量；汽车车身隔声性能研究；吸声材料吸声系数的测量等。3)消声室、混响室联合使用材料隔声性能研究。,消声室的构成及技术指标 1)半消声室 半消声室有五面吸声体，地面为水磨石地面，作为声发射面。整个消声室为一长方体“空盒”放在房间里，并通过弹簧座落在与房间墙壁隔离的独立基础上。与消声室配套的还有测功机间和仪器测试问，放置测试仪器。 2)全消声室 全消声室有六面挂装吸声尖劈的净空间，也可以用作半消声室，并配有动力装置问、测试问、试验准备间。 其技术指标应满足ISO 3745和GB 6882-
11、一86中精密级要求。,3)混响室 混响室为一密闭六面反射空间的房间，测试间可与全消声室共用。 混晌室技术指标应满足ISO 374l和GB 688l一86声学噪声源声功率级的测定、混响室精密法和工程法中精密法对试验室的要求。4) 声学测量仪器与配套设备声学测量仪器有：声级计、频谱分析仪、电平记录仪、XY记录仪及声学标定设备配套设备有：测功机、动力驱动装置、气流发生装置等。,4 . 3 . 1 整车道路模拟试验机 道路模拟试验是20世纪60年代开始发展起来的一种室内试验技术，随着现代随机理论、控制技术以及计算机的迅猛发展，在室内对整车进行道路模拟试验的方法及设备日趋完善。除最初的主要模拟汽车行驶时
12、路面不平度输入外，还增加了模拟汽车转向、制动、环境影响等。设备的电控部分已从模拟量控制转换为数字量控制，试验数据通过网络传输，一切由计算机操作运行。 根据道路模拟机对被试车辆的输入结构形式可分为轮耦合和轴耦合两大类。随着技术的发展和试验要求的越来越高，为了更全面的考核车辆性能，相继发展了各种具有特殊功能的道路模拟机，如：具有平面钢带的垂直激振模拟机、可施加转向负荷的道路模拟机、带环境箱的道路模拟系统及能研究悬架特性的道路模拟系统等。, 4.3 模拟设备,道路模拟机的功能 道路模拟试验机可以比较准确地再现预定路面、预定行驶条件下汽车运动情况，再现振动环境。它可以用来进行多种试验。就其功能来说，主
13、要有两个方面： 1)汽车振动性能研究 主要是研究汽车本身的振动特性，如：汽车平顺性评价、悬架特性研究评价、N V H(Noise Vibration and Harshness)研究、模态试验等。此类功能的道路模拟机要求激振的幅值不大(：X)mm左右)，但频率范围要足够宽(O一200Hz)。 2)汽车结构耐久性试验 就是给予汽车以苛刻的路面负荷，来达到耐久性试验的目的。这类模拟机一般采用：以汽车在实际路面行驶时的期望响应点的响应信号为目标，通过迭代再现汽车在实际路面上行驶的响应。该类模拟机激振振幅必须足够大(达到250mm)，而激振频率低(O一50Hz)。这种试验对新开发的样车或车身是必须做的
14、。,4 . 3 . 2 驾驶模拟器汽车驾驶模拟器是利用计算机，从人一车一交通环境的闭环系统整体性能出发，对汽车主动安全性能等进行仿真研究和开发的大型试验装备。20世纪80年代以来，德国、瑞典、日本、美国的各大汽车厂家分别建立了开发型驾驶模拟器。1985年, DaimlerBenz汽车公司首先建立了世界上规模最大的模拟器，成功地用于系列化高速轿车的产品开发中。1989年，德国大众汽车公司改建原有的模拟器，更新了计算机的运算能力和视景生成系统。进入加世纪90年代，日本马自达、美国福特、日本自动车研究所(JARI)相继建成带有不同需要的驾驶模拟器。1996年，在我国吉林工业大学建成ADSI。驾驶模拟
15、器，创立了汽车动态模拟国家重点实验室。,驾驶模拟器结构驾驶模拟器结构框图如图所示。由下述几个主要部分组成。,驾驶模拟器特点 1)真实的人一车操作界面 模拟器对驾驶员与汽车之间的界面，包括视觉、听觉、运动感觉和触觉都进行模拟，真实地形成人一车闭环系统。 2)重复可控的试验工况 利用模拟器进行的试验过程，可以人为控制，试验条件可以重复，从而提高了主观评价的统计数据的置信度。这是在汽车试验场难以实现的。这一点对于主观评价车辆性能尤为重要。 3)任意嵌入实物试验 利用模拟器，可以进行嵌入实物试验，以实现数字模型与试验模拟相结合的混合仿真。模拟器配有巨大吞吐量的数据采集处理和控制系统，可以实时地将难以建
16、模的或需进行实物验证的部件，通过台架试验与计算机数字仿真相结合，从而扩大模拟器的应用范围。 4)高速的运算能力 模拟器配有高运转的计算机，实时模拟所仿真的车辆动力学模型，直接用于汽车产品设计。 5)无风险的极限工况试验 在模拟器上进行的任何试验都是无风险测试。,驾驶模拟器的功能 1)车辆主动安全性能设计的工具 对于高速、临界工况下，汽车主动安全性能的主要评价与设计方法很难以实车试验获取。利用模拟器，可以任意设定试验条件，无风险地对人一车闭环系统进行全工况仿真；而且重复性好，试验结果置信度高、可比性强；同时可以预测与评价所设计汽车的性能，提高图纸的一次有效性、缩短产品开发周期。 2)车用控制系统
17、开发工具 开发车用控制系统，如：电子制动防抱(Ass)、四轮转向(4ws)、自动换档(AT)、主动悬架(AS)等难题之一，是通过实车试验，全面地检验所开发系统的控制逻辑，特别是l临界工况下的控制逻辑。由于模拟器试验无危险且工况又可以任意控制，因此能十分方便、快捷地研究新的控制规律和机理，同时对新开发的系统进行检验与评价。 3)道路安全性能验证的工具 道路场景可以人工设定，利用模拟器来分析道路曲线路段和驶入驶出过渡路段的事故率，以及分隔和指示设施的位置对路段事故率的影响，以此用来预测高速公路事故多发区段。 4)交通法规合理性检验的工具 利用驾驶模拟器检验交通法规的合理性，为制定交通法规提供理论根
18、据。同时可用来再现已发生的交通事故，对事故现场进行辅助分析。, 4.4 汽车试验场,汽车试验场，亦称试车场，是进行汽车整车道路试验的场所。为满足汽车的实际行驶要求，汽车试验场的主要试验设施是集中修筑的各种各样的试验道路，包括汽车能持续高速行驶的高速环形道路、可造成汽车强烈颠簸的凹凸不平路，以及易滑道、陡坡、转向广场等，给汽车试验提供稳定的路面试验条件。汽车试验场的规模有大有小，试验道路的品种和长短也不尽相同，而且随着汽车技术的发展，不断会提出修筑新的试验设施的要求。,汽车试验场是重现汽车使用中遇到的各种各样的道路条件和使用条件的试验场地。试验道路是实际存在的各种各样的道路经过集中、浓缩、不失真
19、的强化并典型化的道路。汽车在试验场试验比在试验室或一般行驶条件下的试验更严格、更科学、更迅速、更实际。 汽车试验场的主要功用是： 汽车产品的质量鉴定试验； 汽车新产品的开发、鉴定和认证试验； 为试验室零部件试验或整车模拟试验以及计算机模拟确定工况和 提供采样条件； 汽车标准及法规的研究和验证试验等。由于控制技术和计算机的高速发展，汽车的部分行驶工况能够在试验室进行模拟试验和用计算机进行仿真计算，如在整车振动试验台上模拟汽车在道路上行驶的振动情况，在驾驶模拟器上模拟汽车的加速、制动、侧滑、甩尾、高速失控等极限工况，用虚拟试车场(Virtual Proving Ground)技术进行仿真计算等。但
20、这并不意味着汽车试验场的作用的减少，恰恰相反，这些先进的试验手段应用的前提是汽车在实际道路上行驶的各种工况数据，这些数据大部分是在试车场采集的。现代化试验技术将汽车道路试验与试验室内的试验研究紧密配合、相互验证、相互依存、相互补充，达到全面检验和评价汽车性能和可靠性的目的。,汽车试验场的功能,汽车试验场从功能上可分为两类，即综合性试验场和专用试验场；以规模而论，可分为大型、中型和小型试验场。大型试验场面积在lOkmP以上，试验道路总长超过100km，种类相对比较齐全，多属于综合性试验场。美国三大汽车公司，即通用、福特、克莱斯勒都有这样的大型综合性试验场。如通用汽车公司(GM)的Milfod汽车试验场，占地162km2，试车道路总长200km，年总试车里程2 500万3 000万km。该试验场自1924年建成以来不断补充完善，是目前最具代表性的汽车试验场(图341)。德国大众汽车公司(VW)在Ehn，IJessl的试车场是目前欧洲最大的汽车试验场，其总体布置很有特色，电话听筒形高速环道周长达205km。在各有特色的汽车试验场中，中小型规模的占大多数，其中综合性试验场由于受面积所限，布置上相对比较紧凑，但试验道路和设施的种类比较齐全，亚洲和欧洲大部分试验场属于此类。如欧洲汽车工业协会(MIRA)汽车试验场、日本自动车研究所(JARI)汽车试验场等。,汽车试验场的规模,
