汽车工程学实验指导书0428.docx
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汽车工程学实验指导书0428
《汽车工程学》实验指导书
夏长高
车华军
编写
何仁
刘军
江苏大学汽车与交通工程学院
2015年4月
实验一汽车动力性实验
一、实验目的
1.通过实验学习动力性实验的基本方法，了解动力性实验常用仪器设备。
2.通过实验学习动力性实验的数据采集和分析方法，并评价汽车的动力性。
二、实验的主要内容
测试系统的安装标定，采集和处理实验数据得到汽车的最高车速、直接档最低稳定车速及加速性能，以便对实验车辆的动力性作出客观评价。
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。
2．测量仪器
GPS速度传感器（或DRS-6雷达速度传感器）
2HE-PCI-T8数据采集仪
笔记本电脑
四、实验方法和步骤
1．安装和调试测量系统，将速度传感器、数据采集仪、笔记本电脑连接如图所示，正确选择合适的采集参数。
计算机
二次处理系统
数据采集仪
GPS或雷达速度传感器
2．车速试验：
1）最高车速试验：
在实验道路上选定中间一段500m作为测速路段，其两端各设100m为准备路段，并用标杆做好标志。
根据实验车加速性能的优劣，选定充足的加速区间，使实验车驶入测速路段前已达到最高的稳定车速。
测定其以最高稳定车速通过测速路段的时间，往返各进行一次。
2）直接档最低稳定车速试验：
在实验道路上选定中间一段100m作为测速路段，其两端各设20m为准备路段，并用标杆做好标志。
根据实验车具体情况，选定充足的准备区间，使实验车驶入测速路段前已达到直接档最低稳定车速。
测定其以最低稳定车速通过测速路段的时间，往返各进行一次。
3．加速性能试验：
在实验路段上选定中间一段1500m作为加速实验路段，两端各设100m为初速度路段。
1）汽车直接挡加速实验
实验车经充分预热行驶后，以稍高于直接挡的最低稳定车速为初速度（选5的整倍数，如10、15、20、25km/h），匀速通过100m路段，在进入实验路段前10m左右开始记录，至加速实验路段起点处，急速将油门踩到底，使汽车加速至该挡最高车速的80%以上。
记录加速过程。
实验往返各进行一次，往返实验的路段应重合。
2）汽车起步连续换挡加速实验
实验前，应进行最佳换挡时刻的选择。
实验路段同上。
令换挡时发动机转速分别为发动机额定转速的90%、95%、100%，实验车从起点开始，油门全开，按上述一种发动机转速换挡，测定汽车通过同一500m路段的加速时间。
每种换挡车速往返预试一次，取加速时间的算术平均值，加速时间最短者，其换挡车速最佳。
正式实验时，汽车停在加速实验路段起点（保险杠与标杆线重合），从起点开始，油门全开，以选择的最佳换挡车速（用发动机转速表控制）力求迅速无声地换挡（一般换挡时间1～1.5s），换挡后立即将油门踩到底，直到最高挡，加速至1000m终点。
记录加速过程。
实验往返各进行一次，往返实验的路程应重合。
五、实验报告的要求
试验报告应含有下列内容：
1．实验条件及实验对象
（1）试验车辆
整车质量kg。
最大总质量kg。
实验质量kg。
风向
风速m/s。
轮胎规格
前轮气压kPa
后轮气压kPa
（2）实验仪器
传感器型号；处理分析仪器型号
（3）实验条件
试验场地及路面描述。
2．实验内容及步骤
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
（1）汽车最高和最低车速测定
最高车速实验纪录按表1-1填写。
表1-1最高车速实验记录表
试验序号
行驶方向
测量路段长度
L（m）
时间
t（s）
速度（km/h）
备注
根据汽车最高车速实验结果，由测速距离与各次通过时间的算术平均值计算出最高车速；
（km/h）
式中：
L——测量路段长度，m；
t——汽车各次通过测速路段的时间的算术平均值，s。
直接档最低稳定车速实验纪录按表1-2填写。
表1-2最低车速实验记录表
试验序号
行驶方向
测量路段长度
L（m）
时间
t（s）
速度（km/h）
备注
根据汽车最低稳定车速实验结果，由测速距离与各次通过时间的算术平均值计算出最低稳定车速；
（km/h）
式中：
L——测量路段长度，m；
t——汽车各次通过测速路段的时间的算术平均值，s。
（2）汽车加速性能测定
根据速度传感器，可以直接得到车速随时间变化曲线
；对其积分，则可得到行驶距离随时间变化曲线
；对其微分，则可得到加速度随时间变化曲线
。
由上述数据，可以绘制如下加速性能曲线：
车速——加速时间曲线
车速——加速距离曲线
加速度——加速时间曲线
六、实验注意事项
试验条件及注意事项参照：
GBT12534-90汽车道路试验方法通则
GB/T12544-2012汽车最高车速试验方法
GB/T12543-2009汽车加速性能试验方法
实验二汽车燃油经济性实验
一、实验目的
1、了解汽车燃料经济性能实验的要求；
2、掌握汽车燃料经济性能的道路实验方法；
3、学习实验记录处理和实验结果分析；
4、培养学生理论联系实践的学习方法，增强学生动手能力和实验组织能力。
二、实验基本原理
1、汽车燃料经济性能是指在保证汽车动力性条件的基础下，以尽可能少的燃料消耗量经济行驶的能力。
汽车发动机的燃料经济性通常是由有效燃料消耗率be（ge）或有效效率来评价，因其不能反映发动机在具体汽车上的功率利用情况和行驶条件的影响，故不能直接用于评价汽车整车的燃料经济性能。
2、汽车燃料经济性能的评价指标通常选取单位行驶里程的燃料消耗量，即L/km，或单位运输工作量的燃料消耗量，即L/100tkm。
前者用于比较相同载质量的汽车燃料消耗性能，也可用于分析不同部件（如发动机、传动系等）装在同种汽车上对汽车燃料经济性能的影响；后者常用于比较和评价不同载质量下的汽车燃油经济性能。
其值越大，汽车的燃料经济性能越差。
三、实验主要内容与方法
1、汽车燃料消耗量道路试验
汽车燃料消耗量道路试验的依据是GB/T12545.1-2001《汽车燃油消耗量试验方法》。
着重介绍了控制的道路试验为限定条件下的直接挡全油门加速燃料消耗量、等速燃料消耗量、多工况燃料消耗量等试验的基本试验条件和试验方法。
1）试验条件
（1）试验车辆载荷
除有特殊规定外，轿车为规定乘员数的一般（取整数）；城市客车为总质量的65%，其他车辆为满载。
乘员质量及其装载要求按GB/T12534-1990《汽车道路试验方法通则》的规定。
（2）试验仪器
车速测定仪器，精度0.5%；
汽车燃料消耗仪器，精度0.5%；
计时器，最小读数为0.1s。
（3）试验道路
除另有规定外，各项性能试验应在清洁、干燥、平坦的沥青或混凝土铺装的直线道路上进行。
道路长2~3km，宽度不小于8m，纵向坡度在0.1%以内。
2）试验一般规定
（1）试验车辆必须清洁，关闭车窗和驾驶室风口，只允许开动为驱动车辆所必须的设备。
（2）由恒温器控制的空气流必须处于正常调整状态。
（3）试验车辆必须按规定进行磨合，其他试验条件、试验车辆准备按GB/T12534-1990《汽车道路试验方法通则》的规定。
3）试验项目及规程
（1）直接挡全油门加速燃料消耗量试验。
试验测试路段长度为500m，试验时，汽车挂直接挡（没直接挡的可用最高档），以该挡最低稳定车速的高5整数倍的车速的±1km/h，稳定通过50m的预备段，在测试路段的起点开始，油门全开，加速通过测试路段，测量并记录通过测试段的加速时间、燃料消耗量及汽车在测试段终点对应的车速。
试验往返各进行两次，测得同方向加速时间的相对误差不大于5%。
取测得四次加速时间试验结果的算术平均值作为测定值，且要符合该车技术条件的规定。
（2）等速燃料消耗量试验。
试验测试路段长度为500m，试验时，汽车以最高档等速行驶，通过500m的测试路段，测量通过该路段的时间及燃料消耗量。
以该挡最低稳定车速的高10整数倍的作为起始等速试验车速。
再每隔10km/h递增选取车速。
测量汽车按选取车速等速通过试验路段500m的燃料消耗量和通过时间。
同一车速往返各进行两次，取四次试验结果的算术平均值作为测定值，以消除风和坡度对测试结果的影响。
然后按公式分别计算实测车速及相应的等速百公里燃料消耗量Qm。
式中：
ua—试验车速，km/h；
S—试验距离（里程），m；
t—燃料消耗时间，s；
F—燃料消耗量，mL；
Q0—百公里燃料消耗量检测值，L/100km。
根据试验结果，以车速为横坐标，燃料消耗量为纵坐标，绘制等速燃料消耗量散点图，根据散点图绘制等速燃料消耗量的特性曲线。
见例图。
（3）多工况燃料消耗量试验。
汽车实际运行时往往是匀速、加速、减速、怠速等工况的组合。
各个国家根据不同车型车辆的常用工况，制定了不同的试验循环。
不仅使试验结果比较接近于实际情况，又可缩短试验周期。
多工况燃料消耗量试验的运行工况中，怠速工况时，离合器应接合，变速器处于空挡，当怠速运转工况转换成加速工况时，在转换前5s分离离合器，把变速器档位换成低速挡，换挡应迅速平稳。
减速工况中，应完全放松加速踏板，离合器仍然接合，当速降至10km/h时，分离离合器。
必要时，减速工况中允许使用车辆的制动器。
整个试验过程中车速偏差必须控制在±2km/h。
时间偏差必须控制在±1s。
记录试验整车测试循环的燃料消耗量和通过的时间。
当完成一次试验后，车辆应迅速调头，重复试验，试验往返各进行两次，取四次试验结果的算术平均值即为该车的多工况燃料消耗量试验的测定值。
各种车型的测试循环见相关的标准。
四、试验仪器和工具
在汽车燃料消耗量测定的试验中，主要需要测量车速、距离、时间和燃料消耗量等参数。
车速、距离和时间的测量采用非接触式车速仪或GPS车速仪。
燃料消耗量的检测仪为油耗仪，目前大多采用行星活塞式油耗仪，此外也有采用科氏奥利原理的油耗仪。
1）非接触式车速仪或GPS车速仪。
其原理及装置参见汽车动力性能试验中的相关描述。
2）行星活塞式油耗仪。
用于测量燃料消耗量。
当燃料流经行星活塞式油耗仪时推动活塞运动，使轴旋转，通过测量轴的旋转速度就可测量燃料消耗量。
五、试验报告的要求
试验报告中应包含以下内容：
1、试验条件及试验对象
（1）试验车辆
整备质量kg。
最大总质量kg。
燃料类型
轮胎型式和轮胎气压
试验车载质量
（2）实验仪器
测试仪器的型号和主要规格参数。
（3）实验条件
试验场地及路面描述。
2、实验内容及步骤
简述实验过程；试验仪器的安装、系统的调试、试验过程数据采集方法和过程等。
3、试验结果
（1）直接挡全油门加速燃料消耗量试验。
记录各次的加速时间、燃料消耗量及汽车在测试段终点对应的车速。
分析处理得到直接挡全油门加速燃料消耗量试验评价值。
（2）等速燃料消耗量试验。
记录不同车速下的等速工况的时间、燃料消耗量及汽车行驶里程。
分析处理得到等速燃料消耗量试验评价值。
并以车速为横坐标，燃料消耗量为纵坐标，绘制等速燃料消耗量散点图，根据散点图绘制等速燃料消耗量的特性曲线。
（3）多工况燃料消耗量试验。
记录各次循环的燃料消耗量和通过的时间，并分析处理得到该多工况运行循环下的汽车燃料消耗量的评价值。
六、试验注意事项
1、测试距离不得小于500m；
2、发动机应该充分预热。
冷却液温度应在80~100℃范围内；
3、当油耗仪窜入管路时，油管内的空气必须排除干净，且不得有燃油泄漏。
4、当油路中有回油时，必须加以考虑；
5、轮胎气压应符合该车技术条件的规定，误差不得超过±0.01MPa，且左右轮胎花纹一致。
实验三汽车制动性能实验
一、实验目的
3.学习汽车制动性能试验的基本方法，了解制动性实验常用仪器设备。
4.学习汽车制动性能实验的数据采集和分析方法。
5.学会和基本掌握汽车制动性能测试和评价方法。
二、实验的主要内容
测试系统的安装标定、采集和处理汽车在水平良好路面上以各种速度行驶时，进行紧急制动，记录汽车开始制动时的初速度、制动距离，对实验车辆的制动性能作出客观评价。
三、实验设备和工具
3．实验车辆
小型客车或小型载货汽车一辆。
4．测量仪器
汽车性能综合测试系统
车速传感器
四、实验方法和步骤
4．安装和调试测量系统，选择合适的采集参数。
5．驾驶车辆在良好的水平路面路面上，离合器分离，分别以30km/h、40km/h、50km/h、60km/h、70km/h和80km/h规定车速作为初速度进行紧急制动，直到汽车完全停车。
6．分别采集车辆开始紧急制动时的初速度、制动距离、制动减速度。
7．试验往返进行各1次。
五、实验报告的要求
试验报告应含有下列内容：
4．实验条件及实验对象
（1）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。
轮胎型式和轮胎气压
轴距
（2）实验仪器
仪器、传感器型号
（3）实验条件
试验场地及路面描述。
5．实验内容及步骤
简述实验过程；仪器和传感器的安装位置、系统的调试、数据采集方法。
6．实验结果
规定初速度km/h
行驶方向
初速度测量值km/h
制动减速度
m/s2
制动距离
m
平均制动
距离m
30
40
50
60
70
80
六、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1km，两端应有足够的助跑路段方便汽车调头。
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。
实验四汽车操纵稳定性-稳态回转实验
一、实验目的
1．了解汽车稳态回转试验方法和数据处理过程；
2．加深理解车辆参数变化对车辆操作稳定性的影响。
二、实验的主要内容
在试验场地上，用明显颜色画出半径为15米的圆周。
试验开始前，汽车应以侧向加速度为4m/s2的相应车速沿画定的圆周行驶500米以使轮胎升温。
驾驶员操纵汽车以最低稳定速度沿所画圆周行驶，待安装于汽车纵向对称平面上的车速传感器能对准地面所画圆周时，固定方向盘不动。
然后汽车以最低速度，匀速行使一周，记下行使距离和时间。
然后提高车速，重复以上过程，至少测量六组数据（在车速较高时可记录连续行驶两圈的时间和距离）；改变轮胎气压重复以上试验。
三、实验的设备和工具
1．实验车辆
小型客车一辆。
2．测量仪器
五轮仪、秒表、桩桶、数据采集和分析仪
五轮仪：
该试验使用日本产光学五轮仪，该仪器测速范围0.5-200km/h，必须配合二次仪表使用，可输出TTL脉冲和模拟信号，脉冲信号的标尺为：
10mm/P。
四、实验方法和步骤
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0.25m／s2），直至汽车的侧向加速度达到4m／s2（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。
五、实验报告的要求
1．简要叙述实验过程，记录实验车型号参数、实验条件和实验数据齐全有效；计算要有计算公式和计算过程；掌握科学计数，注意数据的有效位数；做曲线比例合理，手工做必须用坐标纸，微机绘图要标注坐标。
2．试验数据处理及结果表达
（1）计算转弯半径比Ri/R0与侧向加速度ay的数据，自行设计一表格，绘制曲线
算出各点的转弯半径比Ri／R0（R0为初始半径，m）填入表1中；根据计算结果，在图1绘出Ri／R0一ay曲线。
表1
参数
侧向加速度m／s2
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
（2）根据Ri／R0一ay曲线判定汽车的转向特性。
六、实验注意事项
1．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。
2．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±4.5kPa；若规定气压大于245kPa时，允许偏差为±2％。
3．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％，试验时风速不大于3m／s，大气温度在0-40度之间。
实验五汽车平顺性-随机输入行驶实验
一、实验目的
6.通过实验学习平顺性实验的基本方法，了解平顺性实验常用仪器设备。
7.通过实验学习平顺性实验的数据采集和分析方法。
8.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
5．实验车辆
小型客车或小型载货汽车一辆。
6．测量仪器
BK4366加速度传感器
BK2635电荷放大器
模数转换接口箱
笔记本电脑
DP440动态信号分析仪
四、实验方法和步骤
8．安装和调试测量系统，将加速度传感器、电荷放大器、模数转换接口箱、笔记本电脑连接如图所示，正确选择合适的采集参数。
9．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。
10．分别采集车辆在不同路面以不同速度匀速行驶时，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0.1Hz～100Hz。
五、实验报告的要求
试验报告应含有下列内容：
7．实验条件及实验对象
（1）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
轮胎型式和轮胎气压
轴距
（2）座椅型式。
（3）人体参数
人体质量；身高；乘坐姿势的描述。
（4）实验仪器
传感器型号；处理分析仪器型号
（5）实验条件
试验场地及路面描述。
8．实验内容及步骤
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。
9．实验结果
（1）各车速下各位置处的振动加速度均方根值、总加权均方根值、舒适降低界限、总加权振级〔用分贝（dB）表示〕；
（2）评价座椅上振动的舒适程度（参考《汽车理论》）。
六、实验注意事项
3．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3km，两端应有30～50m的稳速路段；
4．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；
5．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；
6．测试仪器的性能应稳定可靠，测人—一椅系统的频率响应为0.1～100Hz，记录样本长度不短于3min。
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