汽车试验学教材.doc

汽车试验学第1章 绪论§1.1 汽车试验在汽车工业发展中作用Ø 汽车是一种大批量生产、产品性能、质量要求高，结构复杂、使用条件多变的特殊产品，任何设计制造缺陷都可能造成严重的后果Ø 因此，汽车试验在汽车制造业中显得特别重要，它已成为汽车制造公司重要的竞争手段Ø 通过试验，可以检验产品设计、制造及结构的先进性、设计思想的正确性、制造工艺的合理性、使用维修的方便性以及各总成部件的工作可靠性Ø 随着汽车科技的高速发展、汽车用途的日益扩展，需要不断进行理论相关问题研究和试验论证这类研究工作都离不开汽车试验Ø 从汽车零、部件生产的规模化、标准化考虑，需要进行大量的有关改善汽车材料、工艺、可靠性、寿命、磨损及成本等各种基础性或专项性试验Ø 自20世纪60年代，由日本丰田汽车率先创立的“精益生产”方式该生产方式的突出特点是：以最少的投入，产出尽可能多的和最好的产品§1.3 汽车试验学的研究内容汽车试验学包括试验方法和试验设备两大要素具体内容包括：Ø 试验系统的组成及系统特征分析 包括系统的静态、动态特性与系统动态特性的测定、系统的负载效应以及实现不失真测量的条件的技术措施Ø 传感器 包括各类车用及汽车试验用传感器的原理、构造、性能及其应用。

Ø 信号的调理与传输 包括信号的调制与解调、信号的滤波、信号的传输Ø 试验数据的采集 包括计算机数据采集系统和DSP技术Digital Signal Processing 数字信号处理） Ø 静态数据处理 包括测量误差、测量结果的表达及曲线拟合技术Ø 动态数据处理 包括测试数据的试验评价、动态数据的时域与频域分析、谱分析等技术Ø 试验设计与试验研究 包括试验设计程序、方法与要求，试验规划与设计，试验新理论、新方法的探索§1.4 汽车试验的分类一、按试验特征分类Ø 室内台架试验 室内台架试验的重要特征在于试验不受环境的影响，且可以24小时不停地进行试验因此，特别适合于汽车性能的对比试验和可靠性、耐久性试验 优点是试验效率高，可适用于总成部件，也适用于汽车整车试验Ø 汽车试验场试验 汽车试验场试验越来越受到汽车界的重视，其原因是汽车试车场上可以设置各种不同的路面，如扭曲路面、搓板路、石子路、各种坡路、坑洼路等Ø 室外道路试验 由于汽车产品最终都要交到用户手中，到不同气候、不同交通状况的地区、不同道路条件的各种路面上去行驶。

为使汽车的各项性能满足实际使用要求，就必须到实际的道路上进行考验 因此，新开发的汽车产品都必须经历室内的台架试验、汽车试验场试验和室外道路试验等一系列复杂的试验过程二、按试验对象分类汽车由若干个不同的总成、数万个零件组成为使整车的各项性能满足要求，首先应确保每个零部件及各大总成的质量因此，不仅要做整车性能试验，汽车的每个零部件及各大总成均应进行大量的各类试验三、按试验目的分类Ø 围绕着如何保证汽车产品质量所开展的试验，称为质量检查试验；Ø 以考核新开发的汽车产品是否符合设计要求及考核其是否满足汽车法规规定为目的的试验，称为新产品定型试验；Ø 为推进汽车的技术进步所开展的各项试验，称为验证试验如汽车新产品、新技术、新材料、新工艺验证试验；Ø 汽车试验新方法的探索性试验，称为科学试验科学试验又可分为产品研发试验、材料试验、工艺试验和试验研究试验等4种第2章 测试系统的基本特性§2.1 概述一、测试系统测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称 二、对测试系统的基本要求测试系统应该具有： 单值的、确定的输入—输出关系不失真测量！§2.2 测试信号的分类与描述一、信号的分类 （一）静态信号和动态信号 1、静态信号—信号的幅值不随时间变化。

2、动态信号—信号的幅值随时间变化 （二）确定性信号和非确定性信号 （三）模拟信号和数字信号 1、模拟信号（连续信号）1、数字信号（离散信号）二、信号的 “域” 描述1、信号的时域描述 特点：表达信号的强度、变化快慢、波形特征等2、信号的频域描述 3、时域分析与频域分析的关系 特点：反映信号的频率结构四、周期信号频谱的概念周期信号频谱的特点：1. 频谱是离散的；2. 每条谱线只出现在基频的整数倍上；3. 各谱线的高度表示相应谐波的幅值或相位五、瞬变非周期信号与连续频谱1、Fourier变换非周期信号的周期 T→∞，基频 f→ df瞬变非周期信号的频谱是连续的§2.3 测试系统的静态特性一、静态特性如果测量时，测试装置的输入、输出信号不随时间而变化，则称为静态测量测试装置静态测量时，描述其输入输出之间的关系曲线、方程或表格等，称为该装置的静态特性三、静态特性的主要指标精度 漂移 分辨力 分辨率 测量范围 动态范围1、灵敏度2、非线性度3、回差精度 漂移 分辨力 分辨率 测量范围 动态范围第3章 相似理论 §3.2 相似的概念一、几何相似二、运动相似三、动力相似除此之外，还有：应力场相似 电磁场相似 温度场相似 ……§3.3 相似原理由前面的讨论可知，若判定两个系统（原型和模型）是否相似，可用检查各种相似倍数的方法确定。

但是，这样做往往是很繁锁的实用中，判定两个系统是否相似，采用一个更简便的方法，即相似定理 一、相似第一定理1、定义: 彼此相似的现象，同名准则数值必定相等 该定义是在1848年由法国的J.Bertrand建立的 2、相似准则如两个机械系统要实现动力相似，作用在相应质点上的各种作用力的相似倍数要满足一定的约束关系，该约束关系被称为相似准则 相似准则是无量纲的不变量 相似准则的个数取决于所研究现象的内在规律、性质教材P18 例1：“两个相似三角形” 例子3、相似第一定理的另一种表达形式 (P19) 彼此相似的现象，其相似指标等于1教材P19 中间有个例子二、相似第二定理1、定义：凡同一种类(特征)现象 (即可用同一微分方程组描述的现象) ，若单值条件相似，并且由单值性条件中的物理量所组成的相似准则在数值上相等，则这些现象就必定相似相似第二定理又称为相似逆定理2、单值条件① 几何条件：又叫做空间条件，是在一定的几何空间内所讨论现象的几何形状和大小所有具体现象的发生都要具备一定的几何形状和大小，是应给出的单值条件② 物理条件：工质（它的运动和变化）构成了被研究现象的内容的具体性质，就是所有具体现象都是由具有一定的物理性质的介质参加进行的。

因此，参与过程的介质的物理性质，也就是单价条件③ 边界条件：所有具体现象都必然受到与其直接相邻的周围情况的影响’因此，发生在边界的情况也是单值条件④ 起始条件：任何过程的发展都直接受起始状态的影响，即物理性质于开始时刻在整个系统内的分布直接影响以后的过程例如： ① 几何条件 — 例如：几何形状及大小； ② 物性条件 — 例如：密度与粘度； ③ 边界条件 — 例如：进出口及壁面处流速的大小分布； ④ 起始条件 — 例如：初始状态的速度、温度等虽然相似第二定理指出了模型实验应遵守的条件但是，在实际工作中，要求获得模型与原型的单值条件全部相似是很困难的 因此，在保证一定精度的情况下，可允许单值条件部份相似或近似相似 单值条件相似可参考教材P20三、相似第三定理1、量纲分析法所谓量纲 (也称为因次 ) 即物理量单位的种类例如，时、分、秒 等是时间的不同测量单位，但这些单位属于同一种类，均为时间单位，用 [T]表示，就是上述时间单位的量纲同理，米、厘米、毫米 等同属长度单位，用 [L] 表示长度量纲量纲是物理量“质”的表征； 单位是物理量“量”的表征。

Ø 时、分、秒 同属时间单位，表示时间量纲Ø 米、厘米、毫米 同属长度单位，表示长度量纲Ø 吨、千克、克 同属质量单位，表示质量量纲例如： 上述速度和力是根据基本量纲，而导出的量有量纲数和无量纲数 ：力学中的某个物理量U，它的量纲可以用［L］、［T］、［M］这一组基本量纲的组合来表示，即: 式中： α、β、γ被称为基本量纲的指数，其数值由该物理量的性质来决定 第4章 测量误差理论一、测量测量就是利用科学仪器用某一度量单位将待测量的大小表示出来测量就是将待测量与和它同性质的标准量进行比较，获得被测量为标准量的若干倍单位数值因此，一个物理量的测量值应由数值和单位两部分组成，缺一不可 1. 定义：指测量值与被测真值之差 测量误差=测量值—被测真值2. 误差分类Ø 根据误差产生的原因分:1）仪器误差（工具）；2）人为误差（人为的调整、观察等）；3）环境误差（条件，各种干扰，接地）Ø 根据误差的统计特征分:系统误差：在对同一被测量进行多次测量过程中，出现某种保持恒定或按确定的方式变化的误差，被称为系统误差系统误差还可分为常值系统误差和变值系统误差两种在测量中，常值系统误差可以通过修正来消除。

随机误差：对同一被测量进行多次测量过程中，所出现误差的正、负号和绝对值都是不可预知的、随机变化的，此类误差被称为随机误差由于测量过程中存在着众多的、微弱的、不可预测的随机影响因素，这些都是随机误差产生的原因随机误差具有一定的统计规律 粗大误差：是一种明显超出规定条件下预期误差范围的误差，是由于某种不正常的原因造成的在数据处理时，必须剔除含有粗大误差的数据，但必须有充分依据实际工作中，根据产生误差的原因把误差分为：器具误差、方法误差、调整误差、观察误差和环境误差等3. 误差表示方法常用的误差表示方法有下列几种：Ø 绝对误差：测量误差=测量值—被测真值 特征：其量纲、单位均与被测量相同Ø 相对误差：相对误差=（误差÷被测真值）×100% 特征：无量纲，习惯用百分数举例：设真值x0=2.00mA，测量结果xr=1.99mA 则测量误差=(1.99-2.00)mA = -0.01mA 绝对误差= -0.01mA 相对误差=(-0.01/2.00)×100%= -0.5%Ø 引用误差：引用误差就是计量器具的绝对误差与引用值之比。

引用值一般是指计量器具的标称范围的最高值或量程 例如，温度计标称范围为-20~+50℃，其量程为70℃，引用值为50℃这种表示方法只用于计量器具的特性举例：用标称范围为0~150V的电压表测量某电压值当电压表示值为100.0V，电压实际值为99.4V时，电压表的引用误差为： 在测试技术中常把引用误差定义为仪器的精度§4.2 误差的分析与处理一、随机误差随机。