汽车试验学概论,汽车试验学概论,第1章 绪论,定位与作用 道路试验系统架构 运动学参数试验技术(汽车位置姿态) 动力学参数试验技术(车轮力) 道路试验驾驶机器人技术 汽车试验,定位与作用,汽车试验的重要意义,汽车出厂检测试验 在用车安全、环保性能试验 汽车改装后的性能试验 汽车控制系统开发试验 汽车试验设备开发试验,定位与作用,不解体整车与总成件性能测试,定位与作用,台架试验和道路试验,定位与作用,通过道路试验对汽车运动学参数和 动力学参数进行(组合)测量,定位与作用,德国 Corrsys-Datron Sensor System Inc. 瑞士 Kistler Instrument AG 美国 Michigan Scientific Corporation 美国 MTS Systems Corp. 日本株式会社共和电业（Kyowa Electronic Instruments Co. Ltd） 日本株式会社小野测器（Ono Sokki Co. Ltd）,国外主要的仪器公司,定位与作用,国内主要汽车公司、高校和科研机构 上汽集团 解放集团 东风集团 中国汽车技术研究中心 吉林大学 清华大学,道路试验系统架构,传感器,数据获取,过程监控/数据记录 /离线分析,道路试验系统架构,日本小野测器汽车道路试验数据采集装置（DL-3000 ）,道路试验系统架构,Corrsys-Datron 公司车轮位置传感器和 Kistler Instrument AG 公司RWD 和车轮位置、轮速等组合传感器,道路试验系统架构,Kistler Instrument AG RoaDyn 无线传输采集系统,道路试验系统架构,基于GPS技术的汽车道路试验设备,道路试验系统架构,VBOX 显示装置,道路试验系统架构,美国NI公司PXI和cRIO控制器,道路试验系统架构,西华大学汽车学院开发的汽车道路试验系统(部分)光电式五轮仪,道路试验系统架构,东南大学仪器科学与工程学院开发的汽车道路试验数据采集装置,试验仪器,l 系统功耗：小于10W（静态功耗5W） l 内置电源：DC9.6v （1.2v 4AH镍镉电池 8节） l 外接电源：DC12V l 标准9针RS232接口。（3脚信号输出，2脚信号输入，5脚信号地）。波特率9600，数据位8位，停止位1位，无校验。 l 外形尺寸：370 X 260 X 90 mm l 重 量：4.5 kg(包括内置电池) l 使用温度：-10-40 l 环境湿度：30%-80%,转向参数测试仪， 1、量 程：方向盘力矩：100Nm；方向盘转角： 1440 2、模拟量输出：方向盘力矩：2V 10mV/N；方向盘转角：4V 2.5mV/度 3、测 量 精 度: 方向盘力矩：2.5；方向盘转角： 1 4、一 般 参 数： 电源压力: DC 6V；使用温度： 040；连接尺寸： 380550mm 重 量： 10kg,试验仪器,踏 板 力 计,电源：DC：7V5% 环境温度：-1050 湿度75% （无滴漏） 重量： 1Kg 测量范围：踏板力：0999N 误差1% 手制动拉力：0999N 误差1% 通讯协议：波特率：9600 数据传输方式：AAA XXXBBB一位停止位，无校验位。其中数据传送ASC码，“XXX”为传送的数据。 RS232插座定义：1、接收（RX） 3、发送（TX）5、地线（GND）,汽车 电器 万能 试验 台,一种便携式，经济实用的小型台式汽车电 器万能试验台，可以不解体检测和调整汽 车的各种电器设备和仪表，也可对汽车电 器和发动机的故障进行诊断。,运动学参数试验技术,车身线速度：光学速度传感器;GPS测速 车身角速度： 陀螺仪 车身位置姿态：SIMU/GPS组合测量（惯导/卫星定位） （Strap-down Inertial Measurement System）,运动学参数试验技术,运动学参数试验技术,初始定位,Kalman滤波,组合测量,捷联解算,运动学参数试验技术,GPS测速定位授时 GPS工作模式：单点定位，差分定位； 基于伪距码，基于载波相位,运动学参数试验技术,差分GPS工作原理,卫星位置,星站距离,降低误差,运动学参数试验技术,GPS差分和单点模式定位性能对比,运动学参数试验技术,用VBOX III测量得到的汽车轨迹,运动学参数试验技术,运动学参数试验技术,SIMS/GPS浅组合方案,SIMS/GPS浅组合实际试验解算曲线,动力学参数试验技术,车辆运动是由地面对车轮作用力、车辆对车轮作用力以及空气作用力等共同作用的结果，其中地面轮胎附着作用是主要因素，并受路面因素、轮胎因素、车辆因素和车辆行驶工况因素等影响，在高速时空气作用力会明显增强，并能在轮胎受力上得到体现。,车轮力直接实时测量能为车辆设计、性能测试和评价、道路评价和损坏机理研究等提供准确的试验依据，是架起道路试验向室内试验转变的桥梁，在车辆动力学分析和虚拟试验中起着重要的作用。,轮胎动态模型研究； 悬架特性研究； 路面和桥梁损坏机理研究； 车辆底盘运动控制系统控制算法验证和整车匹配性能评价研究；,制动系统动态模型研究； 地面力学特性测试和通过性研究； 基于载荷谱的试验场试验路面评价研究； 动力总成匹配研究。,车轮六分力测量,动力学参数试验技术,动力学参数试验技术,典型轮力测量方法 (a) WIM 法； (b) 台架称重法；(c) 轮胎变形超声测量原理；(d) 车桥应变片布置。,动力学参数试验技术,车轮力测量的核心技术为车轮力传感器（Wheel Force Transducer, WFT）。对传统车轮轮辋改进后，通过两个连接法兰将WFT传感体串联在车轮轮辋和制动器轮毂之间，地面对车桥的作用力传递路线变为：,地面 胎体 改制轮辋 轮辋调节法兰 传感体 轮毂调节法兰 制动器轮毂,动力学参数试验技术,Kistler Instrument AG RWD结构简图,动力学参数试验技术,东南大学研制的WFT效果图,动力学参数试验技术,国外WFT研究进展,对WFT研发最早的是美国通用公司（Whittemore,1969），该WFT是经特殊设计的应变金属环，能测出轮胎平面的两个相互正交力。Shoberg和Wallace在1975年研发的WFT能测六分力，对被测信号解耦采用模拟电路的方法。Rupp et al. 1993年研制的轮力传感器VEhicle LOad Sensor （VELOS）不需要特殊的标定和补偿技术，通过结构设计实现了力、力矩之间的解耦。 九十年代初国外一些公司相继研制出车轮扭矩传感器，并组成道路试验系统，主要对汽车传动系、制动系和发动机性能等进行研究。随着对汽车车型开发和质量评价的需要，WFT开始从一维向多维发展。 在1999年3月MTS公司公布了用于测量汽车车轮载荷的车轮力传感器的重要新闻，同时申请了该产品的专利，它可以测量汽车在行驶过程中地面作用于车轮的六维力。2000年，美国R&D（研究与发展）杂志评选100项年度工程成果，WFT列在其中。,动力学参数试验技术,我国对于多维力传感器的研究起步较晚。东南大学自1996年与跃进汽车集团共同承接原机械部重点立项“车轮力传感器及汽车道路数据采集系统研究”以来，已进行了3代WFT产品的开发。所研发的WFT属于电阻应变式测量原理，采用八梁轮辐式传感体结构，在应变片布片组桥、非接触能量和信号传输、多分力信号结构解耦和标定、数据采集装置和数据分析等方面进行了深入研究，并取得了初步研究成果。 课题组研制的产品先后由安徽江淮汽车集团、同济大学、交通部公路科研所、南京林业大学等单位购买和使用，填补了我国在这一领域的空白。,国内WFT研究进展,动力学参数试验技术,美国RS Technologies Ltd. 美国 Michigan Scientific Corporation 美国MTS Systems Corp.、 美国ATI Industrial Automation 美国HBM 美国Sensor Developments Inc.,美国S. Himmelstein and Co. 德国弗劳恩霍夫应用研究促进协会工作可靠性研究所LBF 德国caesar-datensysteme7 瑞士Kistler Instrument AG 日本Tokyo sokki Kenkyujo Co. Ltd. 日本株式会社共和电业（Kyowa Electronic Instruments Co. Ltd）,国外WFT主要研发单位,国内WFT主要研发单位,东南大学仪器科学与工程学院.,动力学参数试验技术,自制轮力传感器液压标定装置结构图（俯视图）,动力学参数试验技术,MTS System Corp. Flat-Trac 轮胎试验机,动力学参数试验技术,吉林大学轮胎力学特性试验台及水泥路面,动力学参数试验技术,70 km/h ABS 紧急制动试验WFT部分曲线,动力学参数试验技术,MTS公司的WFT一组试验曲线,道路试验驾驶机器人技术,日本Horiba公司的ADS-7000驾驶机器人,道路试验驾驶机器人技术,英国Froude Consine公司的驾驶机器人,道路试验驾驶机器人技术,德国STHLE公司SAP2000型驾驶机器人,道路试验驾驶机器人技术,大众公司驾驶机器人室外试验图,道路试验驾驶机器人技术,德国WITT公司道路试验用机器人,道路试验驾驶机器人技术,德国大众公司的室外自主驾驶机器人,道路试验驾驶机器人技术,东南大学研制的台架试验DNC-2驾驶机器人,道路试验驾驶机器人技术,Anthony Best Dynamics Ltd道路试验转向机器人,道路试验驾驶机器人技术,Anthony Best Dynamics Ltd道路试验制动和加速踏板控制机器人,应用简介,动力性与制动性能试验 常规操纵稳定性试验 ABS (Anti-lock Braking System)开发 DSC (Dynamic Stability Control) 开发 道路谱采集 通过性能数据采集,1、 汽车整车性能试验,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试验。,加速试验一般包括起步到给定车速、高速挡或次高速挡，以及从给定初速加速到给定车速两项试验内容，试验通常用图1-1所示的非接触式汽车性能试验仪进行。,最高车速试验的目的是测定汽车所能达到的最高车速，我国规定的测试区间是1.6km试验路段的最后500m。,非接触式汽车性能试验仪简图,图1-2为某轿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。,某轿车在进行性能测试,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、减载荷或变换挡位的办法做试验，再折算出最大爬坡度。,军用汽车在进行爬坡试验,奥迪轿车雪地爬坡试验（仰视）,奥迪轿车雪地爬坡试验（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挡次数、各挡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。,1.2燃料经济性试验,通常做道路试验或做汽车测功器（亦称转鼓试验台）试验，后者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，还能同时测量废气排放。,转鼓试验台的转鼓模拟道路路面，飞轮模拟汽车当量惯性，增速箱使飞轮和加载装置不至过大，加载装置模拟汽车行驶阻力，轮胎冷却鼓风机防止轮胎过热，发动机冷却鼓风机用来冷却发动机，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