汽车工程概论第7章汽车试验工程

,汽车工程概论,第7章 汽车试验工程,7.1 汽车整车性能试验,7.1.1 动力性能试验,动力性能试验对常用的三个动力性能指标，即汽车的最高车速、加速性能和爬坡性能进行实际试验。,加速试验一般包括起步到给定车速（加速过程后期变速器升档至最高档位或次高档位）以及从给定初速加速到给定车速两项试验内容。,最高车速试验的目的是测定汽车所能达到的最高车速。所谓最高车速，是指在规定的试验条件下，汽车所能达到的最高稳定车速。,图7-1 非接触式汽车性能试验仪,汽车加速试验通常用图7-1所示的非接触式车速仪进行。,图7-2为重庆力帆520乘用车进行性能测试的情形，安装在发动机舱盖和前保险杠上的设备即为非接触式汽车性能试验仪。,图7-2 重庆力帆520乘用车在进行性能测试,爬坡试验包括最大爬坡度与爬长坡两项试验。最大爬坡度试验最好在坡度均匀、测量区间长20m以上的人造坡道上进行，如果人造坡道的坡度对所测车不合适（例如坡道过大或过小），可采用增、减载荷或变换档位的办法做试验，再折算出最大爬坡度。,图7-3 军用汽车在进行爬坡试验,图7-4 奥迪乘用车雪地爬坡试验（仰视）,图7-5 奥迪乘用车雪地爬坡试验（俯视）,爬长坡试验主要用来检查汽车能否通过坡度为710、长10km以上的连续长坡，试验中不仅要记录爬坡过程中的换档次数、各档位使用时间和爬坡总时间，还要观察发动机冷却系统有无过热，供油系统有无气阻或渗漏等现象。,7.1.2燃料经济性试验,在早期，汽车燃料经济性试验多在试验道路上进行。目前，多改为在实验室内利用汽车底盘测功机（亦称转鼓试验台），通过台架试验进行。,台架试验能控制大部分的使用因素，重复性好，能模拟实际行驶的复杂情况，能采用各种测量油耗的方法，还能同时测量汽车的尾气排放。,图7-6 汽车底盘测功机的主要构成,汽车底盘测功机的转鼓模拟道路路面，飞轮模拟汽车当量惯性，加载装置模拟汽车行驶阻力，鼓风机用于模拟汽车正常行驶时的迎面风，测量系统测量汽车驱动力、垂直力、车速、燃油经济性以及排放等参数，而控制系统用于对试验工况进行控制。,7.1.3 制动性能试验,汽车制动性能的优劣直接关系到汽车行驶的安全性，可用制动效能和制动效能的稳定性进行评价。常进行制动距离试验、制动效能试验（测定制动踏板力和制动减速度关系曲线）、热衰退和恢复试验、浸水后制动效能衰退和恢复试验等。,7.1.4 操纵稳定性试验,操纵稳定性试验类型较多，如转弯制动试验；转向轻便性试验；蛇形行驶试验；侧向风试验；抗侧翻试验；路面不平度敏感性试验；汽车稳态回转试验等。,图7-7 侧倾试验,麋鹿试验（Moose test或Elk test）又称麋鹿测试，是一种用于测试汽车在高速行驶状态下躲避前方突然出现的障碍（如从公路旁突然受惊蹿出的麋鹿，图7-8）的应急性能的测试。麋鹿试验起源于瑞典，已有几十年的历史。,图7-8 麋鹿,如图7-9所示，麋鹿试验须在铺装路面上进行。测试车辆应处于满员状态，且每个乘员都应系上安全带。同时还应在行李舱内放置配重，以使被测车辆达到额定载荷状态。,图7-9 麋鹿试验行车路线示意图,衡量车辆麋鹿试验成绩的指标是最后一次成功完成测试的平均速度。通常操控性能较出色的汽车能够以7080km/h（约4550mph）的平均速度成功完成麋鹿试验而不会出现失控现象。,麋鹿试验主要是针对汽车的转向、悬架以及轮胎等整个底盘系统做的试验。通过麋鹿试验得到的数据，可以对车辆底盘做更为细致的匹配和调校，进一步提高汽车的操纵稳定性能。,图7-10 通用汽车公司大切诺基SUV在进行麋鹿试验,图7-11 麋鹿试验过程中车辆动态技术参数的变化,7.1.5 平顺性试验,平顺性主要是根据乘坐者的舒适程度来评价的，所以又叫做乘坐舒适性，其评价方法通常根据人体对振动的生理感受和保持货物的完整程度来确定。汽车平顺性试验可以在汽车试验场进行，也可以在室内试验台上进行。,图7-12 平顺性测试试验,7.1.6 通过性试验,一般在汽车试验场和专用路段上进行通过性试验。,1） 通过耕地、沙漠、雪地、沼泽等松软地面的能力； 2） 越过垂直障碍及沟渠的能力； 3） 爬坡及在侧坡上行驶的能力； 4） 通过崎岖不平地面的平均速度； 5） 操纵性能以及各方面的灵活性； 6） 通过水区障碍的能力； 7） 空运的可能性以及用其他方法运输的方便性。,图7-13a 跨上垂直障碍,图7-13b 跨过垂直障碍,图7-13 德国奔驰军用越野车 乌姆尼克越过垂直障碍的测试照片,图7-14 爬坡测试过程的照片,图7-14a 接近陡坡,图7-14b 爬上陡坡,注：爬坡试验一般在坡度不小于40%的混凝土或沥青坡道上进行。,军用越野车涉水试验,浅水池（水深约0.2m）,深水池（水深12m）,7.1.7 安全性试验,安全性试验项目很多，而且耗资巨大，尤以汽车碰撞试验为甚。,1.碰撞试验的作用和意义,汽车碰撞试验（crash test）以再现交通事故的方式来分析汽车在碰撞过程中车内乘员与车辆相对运动状态，乘员及车辆伤害状态等，通过分析结果可以改进车辆结构安全性设计和增设汽车乘员保护装置。,通过对试验车辆上安放假人的伤害值评价，可以得到对汽车整体安全性能的综合评价；通过进行汽车碰撞试验还可以对汽车座椅、座椅头枕、安全带、门锁和门饺链、转向系统、安全气囊、油箱、儿童约束系统等部件进行安全性能评价，对汽车车身上的安全带连接部、座椅连接部、车身结构强度与吸能能力、车内凸物等方面进行安全性能评价。,2.汽车碰撞防护装置,（1）安全带,（4）儿童安全座椅,（2）保险杠,（3）安全气囊,儿童安全座椅（Child safety seat，图7-16），亦称儿童约束系统（child restraint system），是一种专为不同体重（或年龄段）的儿童设计的，将孩子束缚在特制座椅内，能有效提高儿童乘车安全的儿童专用座椅。,图7-16 儿童安全座椅,儿童安全座椅,欧洲强制性执行标准ECE R44/03的定义是：能够固定到机动车辆上，带有ISOFIX接口、LATCH接口的安全带组件或柔性部件、调节机构、附件等组成的儿童安全防护系统。在汽车碰撞或突然减速的情况下，可以减少对儿童的冲压力和限制儿童的身体移动从而减轻对他们的伤害。,目前，我国儿童安全座椅贯彻、执行的是强制性国家标准GB 27887-2011机动车儿童乘员用约束系统。,儿童安全座椅常见的固定接口分为ISOFIX接口和LATCH接口两种（图7-17），ISOFIX则常见于欧系车辆（如大众速腾、朗逸、标致408、雪铁龙C5等），LATCH常见于美系车辆（如科鲁兹、科帕奇、雅力士等）。,图7-17 儿童安全座椅的接口型式（ISOFIX接口和LATCH接口）,1）ISOFIX接口。ISOFIX（International Standards Organization FIX）直译为国际标准化组织固定装置，意指儿童安全座椅固定系统（图7-18）。,图7-18 ISOFIX儿童安全座椅固定系统的标志,图7-19 汽车座椅上的ISOFIX接口,图7-20 儿童座椅底部的ISOFIX隼舌,如图7-21所示，安装时，只需将儿童安全座椅的ISOFIX隼舌插进汽车座椅上预留的ISOFIX接口，然后将支撑杆支撑起即可。,图7-21 将儿童安全座椅的ISOFIX隼舌插进汽车座椅上ISOFIX接口,ISOFIX固定方式的优点是座椅刚性连接，强度高，安全性好，不易松动，安装和拆卸也简单快捷。缺点是必须使用具有ISOFIX接口的安全座椅，通用性不好。,2）LATCH接口。LATCH是Lower Anchors and Tethers for Children的简称，直译为“儿童使用的下扣件和拴带”，意指美国于2002年9月1日开始强制执行的儿童安全座椅固定方式（图7-22）。,图7-22 采用LATCH固定方式的儿童安全座椅系统的标志,图7-23 LATCH固定系统示意图 1-儿童安全座椅；2-儿童安全座椅的下部固定点及下扣件（，左右各一个）；3-原车的后排座椅；4-儿童安全座椅的上部固定点及拴带（位于行李箱地板上，适用于两厢车）；5-儿童安全座椅的上部固定点及拴带（位于行李箱顶棚上，适用于三厢车）,图7-24 汽车座椅两侧和椅背后上方的固定点（挂钩） 1-儿童安全座椅的 下部固定点； 2-儿童安全座椅的上部固定点（位于行李箱顶棚上）,ISOFIX是兼容于LATCH的，具有LATCH接口的汽车既可以安装LATCH接口的儿童安全座椅，又可以安装ISOFIX接口的儿童安全座椅；但是具有ISOFIX接口的汽车却只能安装采用ISOFIX接口的儿童安全座椅，而不能安装采用LATCH接口的儿童座椅（因为缺少一个固定点）。,3.汽车碰撞试验,研究汽车被动安全性能的目的是力求在事故中最大可能的避免或减缓对人员造成的伤害。所以，通过伤害生物力学对交通事故的保护客体人体的伤害进行研究，了解造成伤害的机理，人体对碰撞的忍受能力，以制定伤害评价指标，是汽车碰撞安全性研究的基础。,碰撞试验是指被检验汽车以某一速度与一个刚性或者可变性壁障发生碰撞的试验。,其目的是检查保险杠、车厢前部前围板区域所能吸收冲击能量的程度，考验车厢结构强度，借助车内假人的传感器所记录的数据，换算出和法规相对应的伤害指标，判断试验样车的碰撞安全性。,4.被动安全评价,（1）乘员安全评价,碰撞试验使用的拟人试验装置（Anthropomorphic Test Devices）又称为假人（Dummy，图7-25和图7-26），是用于评价碰撞安全性的标准人体模型。,假人的尺寸、外形、质量、刚度和能量吸收性能与相应的人体十分相似，所以当假人处于模拟的碰撞事故条件下，其动力学响应与相应的人体也十分相近。,按人体类型分，假人可分为成年人假人和儿童假人。成年人假人按体型大小又分为中等身材男性假人、小身材女性假人和大身材男性假人等。,图7-25 成年女性碰撞试验假人（Dummy）,图7-26 美国通用汽车公司的Dummy-980 1-后脑部载荷传感器；2-头部加速度传感器；3-颈部上端面载荷传感器；4-盆骨载荷传感器；5-小腿骨中部载荷传感器；6-小腿骨下部载荷传感器；7-踝骨部载荷传感器；8-肋骨载荷传感器；9-胸腔载荷传感器；10-颈部中部载荷传感器,在假人身上装备有各种传感器，可用于测量人体各部位的加速度、负荷、挤压变形量等。通过对这些物理量的分析、处理可以定量地衡量汽车的碰撞安全性。,图7-27 在假人身上装备有各种传感器,碰撞试验假人,图7-28 碰撞试验假人家庭,虚拟孕妇,随着碰撞试验技术的发展，已经研发出一系列的假人，形成了碰撞试验假人家庭，甚至有孕妇假人可供研究在实车碰撞中对孕妇和胎儿的伤害情况。,图7-29 碰撞试验孕妇假人,在国内进行实车碰撞试验时，可选用符合我国人体数据的第50百分位成年男子假人，并穿上外衣、长裤和鞋子。,通过第50百分位男性Hybrid III假人的伤害程度进行成乘安全性评价，根据头部、胸部、腿部等主要部位的伤害程度对试验样车的被动安全性进行评价。,假人头部伤害指数（HIC，Head Injury Criterion）不得大于1000。,表7-1 正面碰撞假人伤害评价等级表,图7-30 Hybrid 假人及其传感器位置示意图,（2）结构安全性评价,对碰撞过程中汽车结构性能的评价，主要是衡量乘员存活空间的完整性。通过对变形测量、技术报告、照片和高速摄影进行分析，评定汽车结构安全性等级。,表7-2 正面碰撞试验汽车结构安全性评价等级,图7-31a 整车撞车试验（撞车瞬间）,图7-31b 整车撞车试验（撞车后）,图7-31a是正面冲撞，图7-31b是汽车以50km/h的时速剧烈撞击后的情况，车门开启自如，气囊弹出，驾乘人（假人）稳坐其中。,3）乘员约束,在所有碰撞事故中均须对乘员约束系统（安全带、座椅、安全气囊和头部约束，图7-32）进行评价。,图7-32 碰撞事故中乘员约束系