§4.3

模擬設備

第四章

典型汽車試驗設備及設施

§4.2

汽車性能試驗設施

§4.4

汽車試驗場

§4.1

典型試驗設備§4.3模擬設備第四章典型汽車試驗設備及設施1§4.1典型試驗設備4.1.1速度測量儀1定義：用來測量汽車行駛過程的車速、位移與時間的儀器。按是否與地面接觸可分為接地式車速儀和非接地式車速儀。1）接地式車速儀（又稱為五輪儀）通常由第五輪、顯示器、傳感器、腳踏形狀等組成。工作原理：測量單位時間內輪速脈沖數量計算車速。特點：當路面平整度差、車速高時測量誤差大。§4.1典型試驗設備4.1.1速度測量儀22）非接地式車速儀（非接地式五輪儀）多數采用光學投影工作原理。見書P97通過空間頻率傳感器，汽車每行駛一段固定的距離對應一定數量的光電脈沖信號。特點：受路面、車速影響小4.1.2燃油消耗量測量儀目前最常用的是活塞式油耗儀。活塞直徑和行程已知，只須測量油耗儀曲柄轉數。4.1.3陀螺儀主要用于汽車操縱穩定性試驗車輛運動狀態參數測量。2）非接地式車速儀（非接地式五輪儀）3§4.1典型試驗設備

4.1.4高溫試驗室

為了讓汽車適應高溫、高熱環境，了解其性能及部件老化情況，各汽車廠家根據各自汽車產品的需要紛紛興建高溫試驗室。

高溫試驗室的結構組成

1)日照裝置在試驗室頂壁與側壁均勻安置紅外線燈，燈光照射強度及光照區域均可以按試驗要求進行調節。用以模擬在炎熱的陽光下，測試汽車各部位的溫升及受熱狀態。

2)供風系統汽車實際行駛的迎面行駛風由大型鼓風機產生，再配以風道及風速調節裝置，組成供風系統。與空氣動力風洞不同的是，風道出口截面積很小。同時，風速調節范圍要盡可能地覆蓋汽車的車速(目前，轎車車速可達200km/h)。

3)加熱裝置采用電加熱與蒸汽加熱兩種形式。一般大型試驗室采用蒸汽加熱。

4)路面輻射裝置為了再現路面熱輻射狀態，一般使用加熱箱，并將它鋪裝在試驗地面上。設定的溫度范圍為40℃

~80℃。§4.1典型試驗設備4.1.4高溫試驗室4技術指標

1)溫度上限溫度有許多，如+60℃、+50℃、+45℃，最多采用+50℃。2)濕度有30％～80％、30％一100％、0～95％，5％一95％幾種，其中以5％～95％范圍最妥。3)風速盡可能覆蓋整個車速范圍。

技術指標1)溫度5

1)冷卻性能試驗在炎熱的地帶和夏季氣溫很高的條件下，以是否能保證汽車主要部件保持適度的溫度來評價其散熱性能。檢測內容包括發動機冷卻液溫度、發動機及變速器等機油油溫、發動機進氣溫度以及燃油油溫和氣阻。

2)動力性能試驗在高溫條件下，燃油及進氣溫度上升，發動機功率降低的狀態下，評價汽車動力性能；或評價在高溫條件下，汽車熄火停車后的再起動性能。

3)熱害性能試驗在高溫條件下高速行駛、爬坡行駛、城市市區行駛，以及行駛之后的停車怠速等各種行駛工況下，評價汽車結構部件的耐熱性以及發動機艙內和車身各部位的橡膠件、塑料件的耐熱性等。

4)空調性能試驗

在高溫潮濕強烈日照的條件下，評價車內環境的舒適性，檢測內容包括駕駛室內的溫度、濕度、涼風、風速、換氣及車窗視野等。試驗項目1)冷卻性能試驗試驗項目64.1.5低溫試驗室

低溫試驗室模擬低溫環境狀態。與實地寒區試驗比較，具有節約人力、物力、財力；不受外界氣候環境的影響；不受季節限制等優點。同時，具有環境控制精度高、穩定性好、重復性好的特點。低溫試驗室，一般由以下系統構成：

1)低溫試驗間

2)制冷機房和制冷系統

3)換氣系統4)冷卻水系統

5)測控及觀察間

6)試驗數據采集與處理系統

7)通用系統及配電動力系統4.1.5低溫試驗室低溫試驗室模擬低溫環境7

技術指標1)溫度根據檢測標準選擇，多為一50℃一一40℃。2)濕度5％一95％之間。3)風速與高溫試驗室相同。試驗項目試驗項目

1)汽車發動機的低溫起動性能試驗

2)發動機低溫行駛性能匹配

3)汽車行駛安全性檢驗4)汽車寒區適應性試驗5)刮水器等總成的低溫性能試驗

6)非金屬零件的低溫適應性試驗

7)汽車燃油、潤滑油、液壓油等的低溫性能驗證試驗

8)其他必要的低溫性能、低溫適應性試驗技術指標1)溫度試驗項目試驗項目8

高低溫試驗室是綜合4．1．1與4．1．2的技術要求而設立的，其結構也是將二者合一。同時將轉鼓試驗臺也放在其中，其結構示意圖如圖所示

4.1.6

高低溫試驗室(或稱環境試驗室)

高低溫試驗室是綜合4．1．1與4．1．2的技術94.2.1底盤測功機(又稱轉鼓試驗臺)在當今的汽車開發與質量檢驗中，很多道路試驗項目已逐漸被試驗室內轉鼓試驗臺所替代。用轉鼓模擬路面，汽車驅動輪放在鼓面上，再配以可調風速的供風系統提供汽車迎面行駛風，就可模擬道路試驗。同時，國際上已采用多功能模塊、可任意組合的底盤測功系統；根據需要，可進行逐級、逐塊地組裝、改裝的試驗系統。模塊化的設計使一般的轉鼓試驗臺很容易地擴展到四鼓、四驅動單元中央控制水平，以適應四輪驅動車輛的更為復雜的試驗。§4.2

汽車性能試驗設施4.2.1底盤測功機(又稱轉鼓試驗臺)§4.210底盤測功機的構成

1)

轉鼓分為雙鼓和單鼓。雙鼓主要用于轎車和小型汽車性能試驗以及汽車維護前后的檢查試驗。轉鼓直徑一般為220—500mm。由于鼓徑較小，試驗臺體積也較小，所以造價較低。單鼓鼓徑一般為l500～2500mm。單鼓相對于雙鼓來說，試驗車的輪胎變形較小，接近路面，不僅適用于性能試驗，還可用于耐久性試驗。

2)功率吸收裝置通過可控硅或變頻裝置，控制電機吸收汽車發動機發出的功率。

3)飛輪通過一級機械飛輪模擬汽車平移及旋轉質量，有些設備用電模擬代替機械飛輪。

4)計算機控制／數據采集處理系統控制功率吸收裝置精確施加道路阻力或給汽車施加恒定車速，以及具有測量、采集、設定、監控、處理及顯示等各項功能，實現操作者的人機對話。

5)司機助或自動駕駛儀(選用)

通過計算機在監示器上顯示試驗循環曲線，通常該曲線是有關試驗標準所規定的，使駕駛員能準確操縱車輛。自動駕駛儀可代替駕駛員操縱車輛跟蹤試驗循環。底盤測功機的構成1)轉鼓11[工學]第四章-典型汽車試驗設備及設施課件12轉鼓試驗臺所能完成的功能1)汽車動力性能評價通過轉鼓試驗臺可測定汽車各檔位下的驅動力、汽車最大爬坡度、最低穩定車速、最高車速、加速性能等。2)汽車經濟性能評價主要有多工況及等速油耗試驗3)汽車發動機冷卻散熱能力試驗(環境試驗室進行)4)汽車噪聲振動試驗5)汽車空調性能試驗(環境試驗室進行)6)汽車排放性能試驗7)應用于ABS檢驗項目及自動變速器性能試驗8)電磁兼容性試驗(在吸收試驗室中進行)轉鼓試驗臺所能完成的功能1)汽車動力性能評價134.2.2消聲室、混響室

汽車是一個噪聲源，世界各國環境保護的法規中都對汽車這個噪聲源加以限制。作為汽車制造廠，需對本廠產品進行噪聲測試、分析研究。為了在一個可以控制的環境中進行試驗，需具備不受外界干擾的聲學環境，這就是建造消聲室和混響室的目的。適用試驗類型1)消聲室

①發動機聲功率級測量、聲場分布、1m聲壓級測量等②排氣系統噪聲研究，排氣噪聲測量；③冷卻系噪聲研究：④傳動系噪聲研究；⑤起動機、發動機等電氣噪聲研究；⑥氣、電喇叭頻譜分析，可靠性試驗；⑦聲學儀器的計量等。2)混響室①機器聲功率級的測量；②汽車車身隔聲性能研究；③吸聲材料吸聲系數的測量等。3)消聲室、混響室聯合使用材料隔聲性能研究。4.2.2消聲室、混響室14消聲室的構成及技術指標

1)半消聲室半消聲室有五面吸聲體，地面為水磨石地面，作為聲發射面。整個消聲室為一長方體“空盒”放在房間里，并通過彈簧座落在與房間墻壁隔離的獨立基礎上。與消聲室配套的還有測功機間和儀器測試問，放置測試儀器。

2)全消聲室

全消聲室有六面掛裝吸聲尖劈的凈空間，也可以用作半消聲室，并配有動力裝置問、測試問、試驗準備間。其技術指標應滿足ISO3745和GB6882-一86中精密級要求。消聲室的構成及技術指標15[工學]第四章-典型汽車試驗設備及設施課件16[工學]第四章-典型汽車試驗設備及設施課件173)混響室混響室為一密閉六面反射空間的房間，測試間可與全消聲室共用。混晌室技術指標應滿足ISO374l和GB688l一86《聲學噪聲源聲功率級的測定》、《混響室精密法和工程法》中精密法對試驗室的要求。4)聲學測量儀器與配套設備①聲學測量儀器有：聲級計、頻譜分析儀、電平記錄儀、X—Y記錄儀及聲學標定設備②配套設備有：測功機、動力驅動裝置、氣流發生裝置等。3)混響室184.3.1整車道路模擬試驗機道路模擬試驗是20世紀60年代開始發展起來的一種室內試驗技術，隨著現代隨機理論、控制技術以及計算機的迅猛發展，在室內對整車進行道路模擬試驗的方法及設備日趨完善。除最初的主要模擬汽車行駛時路面不平度輸入外，還增加了模擬汽車轉向、制動、環境影響等。設備的電控部分已從模擬量控制轉換為數字量控制，試驗數據通過網絡傳輸，一切由計算機操作運行。根據道路模擬機對被試車輛的輸入結構形式可分為輪耦合和軸耦合兩大類。隨著技術的發展和試驗要求的越來越高，為了更全面的考核車輛性能，相繼發展了各種具有特殊功能的道路模擬機，如：具有平面鋼帶的垂直激振模擬機、可施加轉向負荷的道路模擬機、帶環境箱的道路模擬系統及能研究懸架特性的道路模擬系統等。§4.3模擬設備4.3.1整車道路模擬試驗機§4.3模擬設19[工學]第四章-典型汽車試驗設備及設施課件20[工學]第四章-典型汽車試驗設備及設施課件21[工學]第四章-典型汽車試驗設備及設施課件22道路模擬機的功能

道路模擬試驗機可以比較準確地再現預定路面、預定行駛條件下汽車運動情況，再現振動環境。它可以用來進行多種試驗。就其功能來說，主要有兩個方面：

1)汽車振動性能研究主要是研究汽車本身的振動特性，如：汽車平順性評價、懸架特性研究評價、NVH(NoiseVibrationandHarshness)研究、模態試驗等。此類功能的道路模擬機要求激振的幅值不大(：'X)mm左右)，但頻率范圍要足夠寬(O一200Hz)。

2)汽車結構耐久性試驗就是給予汽車以苛刻的路面負荷，來達到耐久性試驗的目的。這類模擬機一般采用：以汽車在實際路面行駛時的期望響應點的響應信號為目標，通過迭代再現汽車在實際路面上行駛的響應。該類模擬機激振振幅必須足夠大(達到250mm’)，而激振頻率低(O一50Hz)。這種試驗對新開發的樣車或車身是必須做的。道路模擬機的功能234.3.2駕駛模擬器汽車駕駛模擬器是利用計算機，從人一車一交通環境的閉環系統整體性能出發，對汽車主動安全性能等進行仿真研究和開發的大型試驗裝備。20世紀80年代以來，德國、瑞典、日本、美國的各大汽車廠家分別建立了開發型駕駛模擬器。1985年,Daimler—Benz汽車公司首先建立了世界上規模最大的模擬器，成功地用于系列化高速轎車的產品開發中。1989年，德國大眾汽車公司改建原有的模擬器，更新了計算機的運算能力和視景生成系統。進入加世紀90年代，日本馬自達、美國福特、日本自動車研究所(JARI)相繼建成帶有不同需要的駕駛模擬器。1996年，在我國吉林工業大學建成ADSI。駕駛模擬器，創立了汽車動態模擬國家重點實驗室。4.3.2駕駛模擬器24駕駛模擬器結構駕駛模擬器結構框圖如圖所示。由下述幾個主要部分組成。

駕駛模擬器結構25[工學]第四章-典型汽車試驗設備及設施課件26駕駛模擬器特點

1)真實的人一車操作界面模擬器對駕駛員與汽車之間的界面，包括視覺、聽覺、運動感覺和觸覺都進行模擬，真實地形成人一車閉環系統。

2)重復可控的試驗工況利用模擬器進行的試驗過程，可以人為控制，試驗條件可以重復，從而提高了主觀評價的統計數據的置信度。這是在汽車試驗場難以實現的。這一點對于主觀評價車輛性能尤為重要。

3)任意嵌入實物試驗利用模擬器，可以進行嵌入實物試驗，以實現數字模型與試驗模擬相結合的混合仿真。模擬器配有巨大吞吐量的數據采集處理和控制系統，可以實時地將難以建模的或需進行實物驗證的部件，通過臺架試驗與計算機數字仿真相結合，從而擴大模擬器的應用范圍。

4)高速的運算能力模擬器配有高運轉的計算機，實時模擬所仿真的車輛動力學模型，直接用于汽車產品設計。

5)無風險的極限工況試驗在模擬器上進行的任何試驗都是無風險測試。駕駛模擬器特點27駕駛模擬器的功能

1)車輛主動安全性能設計的工具

對于高速、臨界工況下，汽車主動安全性能的主要評價與設計方法很難以實車試驗獲取。利用模擬器，可以任意設定試驗條件，無風險地對人一車閉環系統進行全工況仿真；而且重復性好，試驗結果置信度高、可比性強；同時可以預測與評價所設計汽車的性能，提高圖紙的一次有效性、縮短產品開發周期。

2)車用控制系統開發工具

開發車用控制系統，如：電子制動防抱(Ass)、四輪轉向(4ws)、自動換檔(AT)、主動懸架(AS)等難題之一，是通過實車試驗，全面地檢驗所開發系統的控制邏輯，特別是l臨界工況下的控制邏輯。由于模擬器試驗無危險且工況又可以任意控制，因此能十分方便、快捷地研究新的控制規律和機理，同時對新開發的系統進行檢驗與評價。

3)道路安全性能驗證的工具

道路場景可以人工設定，利用模擬器來分析道路曲線路段和駛入駛出過渡路段的事故率，以及分隔和指示設施的位置對路段事故率的影響，以此用來預測高速公路事故多發區段。

4)交通法規合理性檢驗的工具

利用駕駛模擬器檢驗交通法規的合理性，為制定交通法規提供理論根據。同時可用來再現已發生的交通事故，對事故現場進行輔助分析。駕駛模擬器的功能28§4.4汽車試驗場汽車試驗場，亦稱試車場，是進行汽車整車道路試驗的場所。為滿足汽車的實際行駛要求，汽車試驗場的主要試驗設施是集中修筑的各種各樣的試驗道路，包括汽車能持續高速行駛的高速環形道路、可造成汽車強烈顛簸的凹凸不平路，以及易滑道、陡坡、轉向廣場等，給汽車試驗提供穩定的路面試驗條件。汽車試驗場的規模有大有小，試驗道路的品種和長短也不盡相同，而且隨著汽車技術的發展，不斷會提出修筑新的試驗設施的要求。§4.4汽車試驗場汽車試驗場，亦稱試車場，是進行汽車整29汽車試驗場是重現汽車使用中遇到的各種各樣的道路條件和使用條件的試驗場地。試驗道路是實際存在的各種各樣的道路經過集中、濃縮、不失真的強化并典型化的道路。汽車在試驗場試驗比在試驗室或一般行駛條件下的試驗更嚴格、更科學、更迅速、更實際。汽車試驗場的主要功用是：

①汽車產品的質量鑒定試驗；

②汽車新產品的開發、鑒定和認證試驗；③為試驗室零部件試驗或整車模擬試驗以及計算機模擬確定工況和提供采樣條件；

④汽車標準及法規的研究和驗證試驗等。由于控制技術和計算機的高速發展，汽車的部分行駛工況能夠在試驗室進行模擬試驗和用計算機進行仿真計算，如在整車振動試驗臺上模擬汽車在道路上行駛的振動情況，在駕駛模擬器上模擬汽車的加速、制動、側滑、甩尾、高速失控等極限工況，用虛擬試車場(VirtualProvingGround)技術進行仿真計算等。但這并不意味著汽車試驗場的作用的減少，恰