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1、1 汽车理论实验指导书 课程编号：02490830 课程名称：汽车理论实验 实验一 动力性实验 一、实验目的 本实验课是为配合汽车理论专门设置的综合实验课程，在专业课程教学中占有重要的地位。学生通过本实验能够加深对所学课程的基本原理的理解、目的是让学生即时掌握和巩固所学基础理论知识；掌握汽车车速试验、加速试验、滑行试验方法，了解仪器的工作原理和使用，学会对试验数据的处理和分析。二、实验的主要内容 最高车速实验、最高档最低稳定车速实验、原地起步加速实验、直接档加速实验、滑行试验。三、实验设备和工具 AM-2600S汽车性能测试仪、蓄电池、逆变器、卷尺等 四、实验条件 1 试验车车辆技术状态(如轮
2、胎气压、胎面花纹高度、制动、转向性能及发动机工作状态等)及车用燃料、润滑油(脂)和制动液牌号、规格应符合该车使用说明书规定的要求。新车须经过250Okm磨合行驶。2 车辆加载质量，除有特殊规定外，轿车为规定乘员数的一半(取整数)，城市客车为总质量的65%，其它车辆为额定满载。乘员质量按每员65kg计算。载荷按试验车技术条件要求放置在车厢内，固定牢靠，试验时不得晃动和颠离，不得因潮湿、散失等条件变化而改变其质量大小。3 试验车必须清洁，试验时关闭车窗和驾驶室通风口，只允许开动驱动车辆所必须的设备，由恒温控制的空气流必须处于正常调整状态。4.试验道路必须清洁、干燥、平坦的沥青或混凝土路面的直线路段
3、上进行，道路长度、宽度应满足试验需求，纵向坡度0.1%。5.气象条件 试验应在无雨无雾的天气情况下进行，气温为0 40，相对湿度95%，风速3m/s 6 仪器精度 非接触五轮仪的精度不低于0.5%。试验仪器必须经过计量检定，在有效期内使用；在使用前进行调整，确保功能正常，符合精度要求。五、实验原理 非接触式汽车性能测试仪配置的光电传感器（又称光电头），光电传感器应用了光的成像技术，即能从路面上的小石块、砂粒、柏油路面的各种粒子，或轮胎印在路面上的不规则纹路中，提取特定的反射斑纹(如色斑、凹凸斑纹等)，而提取的是间隔2.3mm、排列整齐的成分，把由此产生的反射光量的2 变化转换成电信号，送到二次
4、仪表，经过滤波器进行波形整形，变换成脉冲信号进行计数，在将一定时间内的计数值乘以2.3mm，即可求出速度和距离，其光电传感器的截面图如图示:光电传感器对于路面上的各种斑纹通过物镜和光栅，在梳型结构的特殊受光器件组成的空间滤波器上成像，其成像测试原理如图示。当被测车辆运行时，受光器件的反射斑纹也会移动，而产生光电流的变化，对于比受光器件齿距大的和小的反射斑纹，由于梳型结构的平均化作用，以及一对受光器件的差动效果，其光电流的变化几乎被抵消了。而与受光器件齿距相同的反射斑纹(间隔为2.3mm)，在一对受光器件中分别产生大的光电流变化，且一对受光器件错开半个相位，其光电流的变化不能被抵消。因此能提取宽
5、度为2.3mm的脉冲信号，由于受光器件和光学系统的特点，只有特定的排列整齐间隔为2.3mm的反射斑纹产生。非接触汽车性能测试仪的光电传感器由于在物镜焦距的光圈上下了功夫，在其测试高度范围100mm以内上下颠簸，并不影响车速的测试精度，且测试范围较大，为1.5km/h25Okm/h。六、实验方法和步骤 1光电传感器的安装 光电头的安装高度和角度 光电头的照明灯应垂直地面并距离地面约600100mm，探头前端应垂直地面并距离地面约500100mm。光电头的侧面白色刻线应与车辆前进方向严格保持一致，其角度要求为:对前进水平方向扭转角为:03。对行驶方向的倾斜角为:903。对横向的倾斜角为:903。光
6、电头可安装在汽车的前保险杠上，其安装示意图如图示。2 仪器接线 将光电头的信号线插头一端接在计算机侧面“速度信号输入”插座，另一端接到输入“光电传感器”插座头上，照明灯插头接单独的12V蓄电池电源，计算机接单220V电源。3 在实验道路上用皮尺画100米的标定区 4 打开计算机 用鼠标点“AM2600”,屏幕显示“AM-2600s汽车性能试验数据处理系统”，点击屏幕后，仪器进入测试状态。5 光电传感器系数Kd的标定 在屏幕显示窗口点击“传感器标定”，选“光电头传感器标定”，则屏幕显示立即显示“请输入想要标定的实际距离”，键入100后确定。当汽车到达标定距离的起点时，点击标定开始，至终点结束时点
7、击终止标定，自动显示光电传感器系数Kd的值。6车速实验（最高车速实验、最高档最低稳定车速实验）点击“汽车性能测试”，在对话框中选“最低稳定车速/最高车速测定”或按F3功能健，屏幕显示“请输入最低稳定车速/最高车速测试距离”窗口，输入测试距离点“确定”，当汽车的速度达到试验车速时，点击试验开始或按B 键，试验过程中显示“速度、距离、时间”等数据信息，汽车行驶到预置试验测试距离时，自动结束试验，3 并显示“存储实验数据”窗口，按窗口要求填写按“存储返回”，自动转为反向试验，方法同上。当实验过程结束时，储存实验数据，打印机将自动打印数据（可设置不打印）点击“系统复位”后，系统处于待命状态，可进行下一
8、项实验。7 汽车连续换档加速实验 点击“汽车性能测试”后，在对话框中选“连续换档加速试验”或按F5功能健，屏幕显示“请输入加速试验初末速度，按确定开始试验”窗口，输入试验末速度点“确定”，屏幕显示“停车，自动开始试验，连续换档，加速到预置速度km/h”开始实验，试验过程中显示“速度、距离、时间、加速度”等数据信息，汽车的速度等于预置的速度时，屏幕显示“请停车”，自动结束试验，并显示“存储实验数据”窗口，按窗口要求填写按“存储返回”，自动转为反向试验，方法同上。当实验过程结束时，储存实验数据，打印机将自动打印数据（可设置不打印）点击“系统复位”后，系统处于待命状态，可进行下一项实验。8 直接挡加
9、速实验 点击“汽车性能测试”后，在对话框中选“直接挡加速试验”或按功能健F4，屏幕显示“请输入加速试验初末速度，按确定开始试验”，分别输入试验初度、末速度后点“确定”，开始实验，汽车的速度等于预置的初速度时自动开始，试验过程中显示“速度、距离、时间、加速度”等数据信息，汽车的速度达到预置的速度时，屏幕显示“请停车”，自动结束试验，并显示“存储实验数据”窗口，按窗口要求填写按“存储返回”，自动转为反向试验，方法同上。当实验过程结束时，储存实验数据，打印机将自动打印数据（可设置不打印）点击“系统复位”后，系统处于待命状态。9 滑行实验 点击“汽车性能测试”后，在对话框中选“滑行试验”或按功能健F1
10、，屏幕显示“请输入滑行试验初速度，按确定开始试验”，输入试验初度后点“确定”，开始实验，汽车的速度达到预置的初速度时，屏幕显示“摘挡滑行”，车速为“0”时，自动结束试验，并显示“存储实验数据”窗口，按窗口要求填写按“存储返回”，自动转为反向试验，方法同上。当实验过程结束时，储存实验数据，打印机将自动打印数据（可设置不打印）点击“系统复位”后，系统处于待命状态。七、实验报告主要内容及要求 1 试验目的 2 试验条件、试验项目 3 试验仪器设备等 4 试验结果 试验结果需附有原始数据，原地起步连续换档加速性能试验Va一S 和Va一T 曲线;直接档加速性能试验Va一S 和Va一T 曲线。八、实验注意
11、事项 1为确保试验数据的准确性，光电传感器的安装高度和角度，侧面白色刻线的位置必须设备技术要求。2电源极性不能接错；计算机用 220V 电源（逆变电源），注意安全。3车没停稳禁止上下车，开关车门小心夹手，下车环顾四周，注意车辆。4等待实验的同学，远离试验场地。4 实验二 汽车等速油耗实验 一、实验目的 本实验课是为配合汽车理论专门设置的综合实验课程，在专业课程教学中占有重要的地位。学生通过本实验能够加深对所学课程的基本原理的理解、目的是让学生即时掌握和巩固所学基础理论知识；掌握汽车等速百公里燃料消耗量测定方法，了解仪器的工作原理和使用，学会对试验数据的处理和分析。二、实验的主要内容 测定汽车在
12、几种特定的车速下等速行驶时的百公里燃料消耗量、绘制其等速百公里燃料消耗量特性曲线 三、实验仪器设备 AM-2600S汽车性能测试仪、油耗仪仪、蓄电池、逆变器、卷尺等 四、实验条件 同汽车动力性实验 五、实验原理 非接触式汽车性能测试仪配置的光电传感器（又称光电头），光电传感器原理同汽车动力性实验（略）；汽车性能测试仪使用的油耗仪多为活塞容积式油耗仪，活塞容积式流量传感器由传感器和二次仪表两部分组成。传感器是一小型四缸油压马达，当燃油通过时，传感器内的油压马达在油压作用下旋转，马达的活塞与缸套系精密加工磨合的，故马达每转排油量是恒定的，马达的转数与流量成正比，传感器结构原理简图如图所示。其下面部
13、分为测量器，燃料经滤油器 5 进人，推动四个活塞 4 运动，使曲柄轴 6 转动，曲柄轴每转一周，四个活塞各排油一次，经排油腔 3 排出定量燃油。四个活塞安装在一个曲柄轴上，活塞尾部进油，推动曲柄轴转动，图 b)中 1、2、3、4 为排油孔，与出油管相连;5、6、7、8 是油缸进、排油公用油路，旋转方向的前一活塞控制后一个油缸的进排油，起三通阀的作用，通过活塞的排油量与曲柄轴转速成正比。上面部分为光电检测器，曲柄轴转动，经磁耦合连轴器带动控制器轴8 转动，由轴上光隙板1 经光电臂2 转换为电脉冲信号输出。燃料流量传感器产生的脉冲信号经放大整形、分频，然后送人计数器，累计燃油消耗量。5 当车辆进入
14、测量段起点时，油耗仪开始测量，当车辆离开测量段终点时，停止测量，则计数器记录了车辆通过测量段的累加燃油消耗量，如同时记录车辆通过测量段的时间，则可计算出车辆的100km油耗。传感器与二次仪表安装时，传感器串联在测量油路中，远离发动机热源，水平固定，流经传感器的燃油不准倒流，必要时应加单向阀，或在光电检测器中增加回流流量的检测电路。六、实验方法和步骤 1光电传感器的安装 光电头的安装高度和角度 光电头的照明灯应垂直地面并距离地面约600100mm，探头前端应垂直地面并距离地面约500100mm。光电头的侧面白色刻线应与车辆前进方向严格保持一致，其角度要求为:对前进水平方向扭转角为:03。对行驶方
15、向的倾斜角为:903。对横向的倾斜角为:903。光电头可安装在汽车的前保险杠上，其安装示意图如图示。2 仪器接线 将光电头的信号线插头一端接在计算机侧面“速度信号输入”插座，另一端接到输入“光电传感器”插座头上，照明灯插头接单独的12V蓄电池电源，计算机接单220V电源。3 油耗仪安装 油耗传感器串联在油路中，管路中不得有空气，各管接头、管夹必须连接牢固可靠；将油耗传感器的信号线插头一端接在计算机侧面“油耗信号输入”插座，另一端接到输入“油耗传感器”插座头上。3 在实验道路上用皮尺画100米的标定区 4 打开计算机 用鼠标点“AM2600”,屏幕显示“AM-2600s汽车性能试验数据处理系统”
16、，点击屏幕后，仪器进入测试状态。5 光电传感器系数Kd的标定 在屏幕显示窗口点击“传感器标定”，选“光电头传感器标定”，则屏幕显示立即显示“请输入想要标定的实际距离”和“100”，仪器默认光电传感器系数的标定距离为100米，按确定即可。若需从新输入或改动，则键入相应的数字键即可。当汽车到达标定距离的起点时，点击标定开始，至终点结束时点击终止标定，自动显示光电传感器系数Kd的值。6 汽车等速油耗实验方法 a.汽车档位的选择 汽车用常用档位(一般为最高档)行驶，在进入测区前50米左右，车速达到被测车速，并使汽车尽量保持等速行驶，直至通过测区，同一车速往返各测2 次。b.试验车速的确定 试验车速从2
17、Okm/h(该档最低稳定车速高于2Okm/h时，从3Okm/h)开始，以lOkm/h的整数倍均匀选取车速，直至最高车速，至少测定5 个试验车速。试验时，现场计算百公里燃料消耗量和平均行驶车速，将测定和计算结果记录在表中。并绘制等速百公里燃料消耗量监视曲线(G一V，曲线)发现异常点，必须重新进行测试。c.等速油耗实验 系统处于待命状态下，点击“汽车性能测试”后，在对话框中选“等速油耗试验”按功能健F6，屏幕显示“请输入等速油耗试验速度/距离，按确定开始试验”，分别输入试验速度、距离后点“确定”，开始实验，屏幕显示“汽车的速度接近 XX km/h时安开始，匀速行驶 XXX m”,按“试验开始”，系
18、统自动显示试验“速度、距离、时间、油耗”等数据信息。达到预定的试验距离后，自动结束试验，并显示“存储实验数据”窗口，按窗6 口要求填写按“存储返回”，自动转为反向试验，方法同上。当实验过程结束时，储存实验数据，打印机将自动打印数据（可设置不打印）点击“系统复位”后，系统处于待命状态，可进行下一项实验。七、实验报告主要内容及要求 1 试验目的 2 试验条件 3 试验仪器设备等 4 试验结果 试验结果需附有原始数据，统计出实验汽车在各种车速下的百公里燃料消耗量、绘制其等速百公里燃料消耗量 Ge-V特性曲线。八、实验注意事项 1为确保试验数据的准确性，光电传感器的安装高度和角度，侧面白色刻线的位置必
19、须设备技术要求。2 注意油耗仪与试验车供油系统的匹配（化油器供油系统或电喷供油系统）。2电源极性不能接错；计算机用 220V 电源（逆变电源），注意安全。3车没停稳禁止上下车，开关车门小心夹手，下车环顾四周，注意车辆。4不参加实验的同学，远离试验场地。7 实验三 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
20、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 方向盘转角；方向盘力矩；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 小型客车一辆 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 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（图 1），双纽线轨迹的极坐标方程为：轨迹上任意点的曲率半
21、径 R 为：当=0时，双纽线顶点的曲率半径为最小值，即 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8 结点）的路径两侧共放置 16 个标桩（图 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 1 双纽线路径示意图 2试验方法 21 接通仪器电源，使之预热到正常工作温度。22 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
22、线。23 驾驶员操纵方向盘使汽车沿双纽线路径行驶。车速为 10 土 1kmh。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 31 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图 2 所示的 M曲线，并计算以下参数：311 方向盘最大力矩，用下式计算：式中：Mmax方向盘最大力矩，Nm；312 方向盘最大作用力，用下式计算：式中：D试验汽车原有方向盘的直径，m；Fmax方向盘最大作用力，N。313 方向盘作用功 9 图 2 M 曲线 六、实验报告主要内容及要求 将计算结果填入表 1；参 数 单 位 数 值 方向盘最
23、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 曲线（参见图 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。10 实验四 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 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。采集测量变量及参数 汽车側向加速度；汽车横摆角速度；三、实
24、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 小型客车一辆 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 0.25ms
25、2），直至汽车的侧向加速度达到 4ms2（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；R。与侧向加速度 a 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；Ri=i/i2 式中：i第 i 点的侧向加速度，ms2；i弟 i 点的横摆角速度，弧度s；Ri第 i 点转弯半径，m；进而算出各点的转弯半径比 RiR。（R。为初始半径，m）填入表 1 中。根据计算结果，在图 1 绘出 RR。一 a 曲线。11 根
26、据 RR。一 a 曲线判定汽车的转向特性。表 1 参 数 侧向加速度 ms2 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 转弯半径 m 转弯半径比 图 1 转向特性曲线 七、实验注意事项 试验汽车所用轮胎和轮辋型式及尺寸，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45kPa；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
27、 2。试 验时风速不大于 3ms。12 实验五 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 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 小型客车一辆 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
28、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 试验方法 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之后的側向加速度后，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 1 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：41 稳定时
29、间（回正时间）及残留横摆角速度；42 横摆角速度超调量；43 自然频率 f 44 相对阻尼系数 13 六、实验报告主要内容及要求 1评价指标的计算 11 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：式中：t稳定时间（回正时间），s；t1，t2，t3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：式中：r 残留横摆角速度，s；r1、r2、r3分别为第 1、2、3 次试验的残留横摆角速
30、度，s。12 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 A1）用下式计算：式中：横摆角速度超调量，；rl横摆角速度响应的第一个峰值超过稳态值的部分，s；r0横摆角速度响应的稳态值，s。13 横摆角速度自然频率由下式计算：式中：j 0横摆角速度响应自然频率，HZ；Ai横摆角速度响应曲线的波峰（见图 A1）；ti横摆角速度响应曲线两相邻波峰的时间，s；n横摆角速度响应曲线的波峰个数。图 A1 横摆角速度时间历程 14 14 相对阻尼系数可先求得衰减率 D 后，再求得相对阻尼系数。式中：D衰减率：Ai第一个波峰值（见图 A1）。式中：相对阻尼
31、系数。2将实验结果填入表 1 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 03 HZ。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 3ms。d.试验车速为 60kmh。15 实验七 悬挂系统的固有频率和阻尼比
32、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 11 试验应在汽车满载时进行。试验前称量汽车总质量及前、后
33、轴的质量。12 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。13 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 21 测量仪器的频率范围应能满足 0.3100Hz 的要求。22 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
34、悬挂系统的设计参数进行客观评价。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。2开动汽车，使测试端的车轮沿凸块斜 面滚至凸块上（凸块断面如图 1 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。16 图 1 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
35、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 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 2），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T。然后按下式算出各部分的固有频率。f 0 1T f t 1T 式中 f 0一车身部分固有频率（Hz）；T一车身部分振动周期（S）；f t一车轮部分固有频率（Hz）1 T一车轮部分振动周期（S）。图 2 自由衰减振动曲线 由车身部分振动的半周期衰减率 A1A0（A1一第二个峰至第三个峰的最大幅值，人一第三个峰至第四个峰的最大幅值），
36、按下式求出阻尼比。当阻尼较小时（A3一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 A1A3，按下式求出阻尼比。17 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 （t）和 （t）进行频率分析。对车身与车轴上加速度信号 Z（t）和 （t）进行自谱处理，处理时用截止频率 50Hz进行低通滤波，采样时间间隔 t 取 20ms，频率分辨率为 f=0.05Hz。a.车身部分加速度均方根自谱 Gz（f）（见图 3 a）的峰值频率即为车身部分固有频率 f。b车轮部分加速度均方根自谱 G（f）（见图 3 b）的峰值频率为车轮部分固有频率 ft。图 3a 车轮部分加速度均方
37、根自谱 G（f）图 3b 车身部分加速度均方根自谱 Gz（f）车轴上加速度信号 （t）作为输入，车身上加速度信号 Z（t）作为输出进行频率响应函数处理得到幅频特性|Z|（见图 2），处理时采样时间间隔 t 取 5 ms,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 f。，它比车身部分的固有频率 f。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：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。18 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 kg。相应轴载质量 前轴 kg；
38、后轴 kg。最大总质量 kg。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 2实验内容及步骤 21 由自由衰减振动曲线处理得到的结果 22 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。19 实验八 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
39、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。11 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。12 轮胎花纹完好，轮胎气压符合技术条件所规定的数值。3 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 21 测量仪器的频率范围应能满足
40、0.3100Hz 的要求。22 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。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
41、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，人椅测量系统的信号频率为 0.1 Hz100Hz。4 实验数据处理 41 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）。42 按下式计算 1/3 倍频程均方根值谱 j，式中：j一中心频率为 fi 的 13 倍频程均方根谱值，ms2，j=1，2，20；Gi一等带宽的加速度自谱值，g2，i1，2，461；20 Mj一与 fi下限频率相应的等带宽谱线标号；Nj一与 fi上限频率相应的等带宽谱线标号。43 查表 1 和图 1 得到“疲劳一降低工效界限”TFD 44 将各值降
42、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 j查“降低舒适界限”而得 TCD。表 1 纵向振动加速度的“疲劳一降低工效界限”值 fj(Hz)加速度均方根值 m/s2 TFD 24h 16h 8h 4h 2.5h 1h 25min 16min 1min 1.00 0.280 0.425 0.630 1.06 1.40 2.36 3.55 4.25 5.60 1.25 0.250 0.375 0.560 0.95 1.26 2.12 3.15 3.75 5.00 1.60 0.224 0.335 0.500 0.85 1.12 1.90 2.80 3.
43、35 4.50 2.00 0.200 0.300 0.450 0.75 1.00 1.70 2.50 3.00 4.00 2.50 0.180 0.265 0.400 0.67 0.90 1.50 2.24 2.65 3.55 3.15 0.160 0.235 0.335 0.60 0.80 1.32 2.00 2.35 3.15 4.00 0.140 0.212 0.315 0.53 0.71 1.18 1.80 2.12 2.80 5.00 0.140 0.212 0.315 0.53 0.71 1.18 1.80 2.12 2.80 6.30 0.140 0.212 0.315 0.53
44、 0.71 1.18 1.80 2.12 2.80 8.00 0.140 0.212 0.315 0.53 0.71 1.18 1.80 2.12 2.80 10.0 0.180 0.265 0.400 0.67 0.90 1.50 2.24 2.65 3.55 12.5 0.224 0.335 0.500 0.85 1.12 1.90 2.80 3.35 4.50 16.0 0.280 0.425 0.630 1.06 1.40 2.36 3.55 4.25 5.60 20.0 0.355 0.530 0.800 1.32 1.80 3.00 4.50 5.30 7.10 25.0 0.45
45、0 0.670 1.000 1.70 2.24 3.75 5.60 6.70 9.00 31.5 0.560 0.850 1.250 2.12 2.80 4.75 7.10 8.50 11.2 40.0 0.710 1.060 1.600 2.65 3.55 6.00 9.00 10.6 14.0 50.0 0.900 1.320 2.000 3.35 4.50 7.50 11.2 13.2 18.0 63.5 1.120 1.700 2.500 4.25 5.60 9.50 14.0 17.0 22.4 80.0 1.140 2.120 3.150 5.30 7.10 11.8 18.0 2
46、1.2 28.0 21 图 1“疲劳一降低工效界限”TFD、“降低舒适界限”TCD 六、实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 kg。相应轴载质量 前轴 kg；后轴 kg。最大总质量 kg。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座椅型式。c人体参数 人体质量；身高；乘坐姿势的描述。e实验仪器 传感器型号；处理分析仪器型号 d实验条件 试验场地及路面描述。2实验内容及步骤 22 简述实验过程；传感器的安装位置、系统的调试、数据采集方法和过程等 3实验结果讨论 31 对于人体振动的评价
47、，规定用人体承受振动能力的评价指标：“疲劳一降低工效界限”TFD；“降低舒适界限”TCD为主。32 用常用车速的 TF D、TCD评价汽车的行驶平顺性。七、实验注意事项 1.试验道路应平直，纵坡不大于 1，路面干燥，不平度应均匀无突变，长度不小于 3 km，两端应有 3050m 的稳速路段。2.试验时，汽车在稳速段内要稳住车速，然后以规定的车速匀速驶过试验路段。在试验路段用数据采集系统采集各测量点的加速度时间历程，测量通过试验路段的时间以计算平均车速。3.测试部位的乘员应全身放松，两手自由地放在大腿上，其中驾驶员的两手自然地置于方向盘上，在试验过程中应保持乘坐姿势不变。一般乘员不靠在靠背上。4
48、.测试仪器的性能应稳定可靠，测人一椅系统的频率响应为 0.1100Hz，记录样本长度不短于 3min，读书的好处 1、行万里路，读万卷书。2、书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。3、读书破万卷，下笔如有神。4、我所学到的任何有价值的知识都是由自学中得来的。达尔文 5、少壮不努力，老大徒悲伤。6、黑发不知勤学早，白首方悔读书迟。颜真卿 7、宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。8、读书要三到：心到、眼到、口到 9、玉不琢、不成器，人不学、不知义。10、一日无书，百事荒废。陈寿 11、书是人类进步的阶梯。12、一日不读口生，一日不写手生。13、我扑在书上，就像饥饿的人扑在面包上。高尔基 14、书到用时方恨少、事非经过不知难。陆游 15、读一本好书，就如同和一个高尚的人在交谈歌德 16、读一切好书，就是和许多高尚的人谈话。笛卡儿 1 17、学习永远不晚。高尔基 18、少而好学，如日出之阳；壮而好学，如日中之光；志而好学，如炳烛之光。刘向 19、学而不思则惘，思而不学则殆。孔子 20、读书给人以快乐、给人以光彩、给人以才干。培根