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汽车测试技术和数据处理课程笔记

汽车测试与数据处理课程笔记

1.汽车实验学：

3

2.乘坐品质关键参数3

2.乘坐舒适性评价3

3.汽车试验的分类5

4.汽车试验分类与方法5

4.主观评价与客观评价比较5

5.测试系统的概念6

5.测试系统的基本构成6

6.传感器的分类6

7.传感器的静态特性6

8.静态测量特性参数6

9.系统分析中的三类问题7

9.测量的任务7

10.测量与测试7

11.精确度指标有三个7

12.动态测量7

13.传递函数的特点7

14.时间常数与工作频率和系统失真的关系7

15.传感器动态响应7

16.不失真测量7

17.数据采集（测试）系统参数7

18.信号干扰8

19.应变测量及方法8

20.应变测试技术分类8

21.应变片测量方法的优点8

22.应变片测量方法的缺点8

23.电阻应变效应和构造8

24.电阻应变片的主要性能指标9

25.应变测量电路10

26.应变测量组桥方式12

28.温度补偿12

29.测量电路的组桥原则12

30.电阻应变片的标定14

31.电阻应变片的分类14

32.电阻应变片的选择14

33.应变片的粘贴14

34.动态应变测量中的干扰与防干扰措施15

35抑制干扰的措施15

36压电效应、加速度测量、压电晶体的特点15

37.三种压电效应和形式16

38.前置放大器16

39.电荷放大器16

40.两种测量链低阻抗测量高阻抗测量16

41.压电式-压阻式电容式原理和特点17

42.传感器的灵敏度，量程和频率范围的选择加速度计的选择准则18

43.实际测量时应考虑的几个问题18

43.传感器的安装方式对测量的影响19

44.加速度计的频率下限19

45.如何消除测量噪声19

46.信号的概念和分类与性质19

47.数据采集系统的基本组成：

传感器-模拟信号调理-数据采集电路-微机系统20

48.何谓模拟信号和何谓数字量20

49.何谓数据采集20

50.数据采集系统的组成20

51.（A/D）模数转换器作用和技术指标20

52.数模转换器的作用与相关设备作用20

53.数字信号处理器（DSP）21

54.采样定理与频率混淆21

55.海森伯格测不准原理21

56.数采系统的典型工作方式21

57.D/A转换过程和原理与主要技术指标22

58.数字信号处理的主要研究内容23

59.测试信号数字化处理的基本步骤23

60.信号的截断、能量泄漏、信号的幅值域分析23

61.平顺性研究目的23

62.汽车性能试验24

62.汽车整车性能测试26

63.车辆稳定性27

64.舒适性27

65.平顺性和耐久性27

66.平顺性-加速度考虑因素

67.头枕震动27

68.信号的幅值域分析27

69.倍标准误差（3q）准则27

70.格拉布斯准则27

71.平稳随机过程和非平稳随机过程27

72.信号的截断，能量泄漏27

73.信号分析的三个域27

74.傅里叶变换意义28

75.数字采集系统基本内容（DSA）28

76.傅立叶变换的四种情况：

28

1.汽车实验学：

汽车试验学是一门以车辆整车、总成或零部件为研究对象，以数学、力学、材料学、计算机技术、数字信号处理等多学科知识为理论基础，以现代检测技术为手段的跨学科、跨专业的综合性学科。

2.乘坐品质关键参数：

稳定性：

稳定使驾驶员更有信心；无论如何，车辆都必须完全在驾驶员的控制下；悬架系统的性能是操纵稳定性的决定性因素；不稳定性表现为驾驶员无法保持方向控制，回形滑行，侧翻，或这些状态的组合，轮胎和重心是关键参数。

舒适性：

舒适的乘坐性能表现为起伏和振动最小，此时振动粗糙度底，侧倾和俯仰角都控制在可接受的范围内。

精密度：

驾驶员提供的输入被精确的传递至控制部件，包括转向，操纵，刹车和加速。

灵敏度：

对驾驶员的输入作出快速反应；车辆提供高水平的响应性能；驾驶有趣的。

乘员对不同类型车辆的期望不同；各参数之间相互关联；有效的平顺性设计和评价需要将消费者的期望和可度量设计参数联系联系起来考虑；在车辆的内部和外部同时安装加速度传感器能够评估车辆的动态参数；加速度均方根值经验值的大小和持续时间；平顺性是主观的，是制造商开发出了一些列设计参数，公式，加权函数等等；影响平顺性的主要部件有：

轮胎悬架，座椅和路面条件。

2.乘坐舒适性评价

2.1连续激励（ContinuousEvents）:

路面分为Smoothroad和RoughRoad。

SmoothRoad：

非常平滑的路面、微量路面激励、少量连续或不连续激励的路面。

RoughRoad:

有波长不等的凸起路面，起伏和Dips路面。

评价:

由于路面不平引起的车辆低频振动，判断你感受到的车体垂直振动、俯仰量，是否有车辆间断漂浮的感觉，是否有车体加速度的迅速改变，是否感受到由于车体侧倾造成头部横向颠簸不舒服的感觉。

振动由各种不平路面激励引起，驾驶员和乘客可从座垫、靠背、方向盘、地板、变速杆等判断路面激励造成的持续和不规则的车体俯仰及垂向运动，如车辆好象是在直接Copy不平路面，或感觉到像是与车轮一起跳动，或路面冲击使驾驶员臀部在座椅上跳动。

考察车体、副车架、悬架、动力总成和座椅的振动谐波，考察方向盘和转向柱的振动谐波。

是否感觉到车辆在传递路面冲击给乘客。

2.2间断激励（DiscreteEvents）:

间断激励是指每次路面冲击的产生间隔足够长的距离，这样在下次冲击来之前，车辆的振动已充分衰减，如路面凸块、铁路交叉口、斜坡、路面凹坑、路面连接处、减速带等。

间断激励造成汽车以下振动：

一阶振动（Primary/Bump）:

当汽车通过Bump或Dips路面时车体的刚体振动响应。

是否Bump造成乘客加速度的突然改变，是否清晰地感受到或听到撞击悬架限位块引起的冲击或声音。

冲击（impacts）:

考察车辆隔离路面个别剧烈冲击的能力。

车辆是否有强烈的振动或剧烈的路面冲击能否被车辆平滑地吸收，是否有伴随冲击的噪音产生，冲击是否使车体上下运动速度迅速改变，考察冲击发生后振动衰减的幅度。

2.3泊车/操纵性（Parking/Maneuvering）Parking/Maneuvering:

是指在停车场或路边停车时汽车以非常低的速度行驶和泊车的性能。

转向力（Efforts）：

考察车辆静止时转向力，车辆以非常低的速度转弯转动方向盘时，是否有转向力的波动，即转向力是否均匀。

2.4回正性（Returnability）:

评价车辆以非常低的速度前进或倒车行驶时方向盘自动回到直线行驶的状态。

考察方向盘回正是否平滑、一致、稳定，自动回正后方向盘位置接近直线行驶状态的程度，自动回正的速度，回到直线行驶状态是否需要驾驶员辅助。

2.5操控性（Maneuverability）:

评价在行驶空间狭小时车辆的操纵性。

在泊车时考察方向盘转动的角度大小，是否感觉到车辆受狭窄道路、转向轮转角及车体外伸部分（转向半径）的限制。

2.6直线行驶可控性（StraightAheadManeuverability）:

直线行驶可控性是指方向盘在直线行驶附近时汽车的转向特性，在该位置时驾驶员是否可以精确、自信地进行转向控制；该特性反映了驾驶员为保持汽车直线行驶进行方向修正时，汽车的响应和转向力矩反馈的大小。

2.7响应（response）:

围绕汽车直线行驶位置，即少量转向输入时，汽车的响应品质。

考察少量转向输入时汽车的响应量，要在不同的速度下评价；是否有响应量很小或没有的方向盘角度范围（Window/Steeringangledeadband），在该转向盘角度范围内及范围之外，二者转向响应量有什么不同；最后要考察左右转向响应的对称性。

2.8中心感和力矩反馈（CenterFeel/TorqueFeedback）:

在直线行驶位置附近转向力矩反馈。

随着转向力的增加，是否有一个明显的中心点，即使有少量的偏差，或是否有转向感很差转向角范围。

考察转向力矩随小转向角变化而改变的程度，这种感觉是弱还是强，转向力矩的增大是线性、不连续的或粘滞的；是否有摩擦阻力感；是否有转向盘刚性地连接到转向轮的感觉，或者是柔性地连接到转向轮上的感觉（Compliancefeel）。

2.9转向力（Efforts）:

在不同的车速下评价。

在小的转向修正（直线行驶）时转向力是否合适，是轻还是重。

2.10转向精确度（Modulation/Precision）:

考察转向盘力矩、转向盘转角与车辆响应的联系（直线行驶，小方向盘转角输入）。

在中心附近，转向力矩与车辆响应是否匹配，是否有缺乏与车辆及路面关系的转向感觉，是否有转向修正的精确感。

2.11转向可控性（CorneringControllability）:

转向可控性是指转向时的转向特性，以及这些特性如何使驾驶员精确、自信地控制汽车，转向特性包括转弯时车辆响应、力矩反馈，使车辆既进入弯道又使车辆按预定线路行驶的转向盘转角调整，也包括车辆出弯道时的自动回正特性。

2.12响应（Response）:

在各种转弯情况下车辆关于转向盘输入的响应品质。

考虑车辆对转向输入的响应量，特别是在弯道行驶阶段，是否有明显的转向滞后现象，转向盘输入和车辆响应是否成比例或有可预见性。

2.13力矩/反馈感（Torque/FeedbackFeel）:

转弯时来自转向盘的力矩反馈特性和感觉。

当转向盘转角增大或减小时，是否有明显的或明确的转向盘力矩增加或减小；在整个转向盘转角操作范围内，转向盘力矩是否连续或与方向盘转角成比例；当少量调整方向盘转角时，是否有转向盘力矩阶跃改变的感觉（转向力矩滞后感）；转向是否有路感，是否有僵硬和直接或柔性和顺从感（Compliancefeel）。

2.14转向力（Efforts）:

不同车速下的转向力。

转弯时的转向力和把持力是否合理，是轻还是重。

2.15回正性（Returnability）:

从不同转弯状态恢复到直线行驶状态的能力。

回正运动是否平滑、一致和稳定；自动回到直线行驶状态的程度；自动回正的稳定性，超调量和振荡次数（衰减特性）。

2.16转向精确度（Modulation/Precision）:

考察转弯时转向盘力矩、转向盘转角与车辆响应的联系（直线行驶，小方向盘转角输入）。

车辆响应对转向盘输入是否直接和精确；在整个转向操作范围内转向盘力矩反馈与车辆响应是否匹配；是否有转向修正的精确感。

2.17转向扰动（SteeringDisturbance）转向扰动是指由其它原因（驾驶员输入除外）导致的不希望的转向响应或反馈。

2.18力矩转向（TorqueSteer）发动机关闭或打开时车辆的偏离行驶路线。

驱动力矩改变或换档时，汽车直线行驶的稳定性。

2.19跑偏（Pull）在平滑路面上行驶时汽车是否总是跑向一边；踩下离合器、不制动、方向盘自由时，考察车辆侧身漂移量（Hand-offdrift），评价维持汽车直线行驶的方向盘力矩（Correctionefforts）。

2.10冕状路面敏感性（CrownSensitivity）车辆对冠状路面的反应偏离行驶路线是否显著

Braking,Handing,PTNVH,WindNVH,RoadNVH,Performance,Drivability

3.汽车试验的分类

从大类上分，汽车试验主要分为：

3.1定型试验:

是在汽车或其主要部件正式投入生产前进行，借以考核汽车或部件的性能，效率，可靠性，耐久性，适应性，以保证产品符合使用要求。

3.2检查性实验:

此试验的目的是汽车生产过程中借以抽查产品，以考核生产质量。

从每批一定数量的产品中，或每年，或每半年抽几辆整车按照规定的程序进行检查性实验，以便发现工艺上或材料上的问题并及时改正。

3.3发展与研究性实验:

是针对新型汽车包括新结构、新材料和新理论的开发研究、设计进行的实验。

4.汽车试验分类与方法:

分类：

定型试验：

是在汽车或其主要部件正式投入生产前进行，借以考核汽车或部件的性能、效率、可靠性、耐久性和适应性，以保证产品符合使用要求。

检查性试验：

此实验的目的是在汽车生产过程中借以抽查产品，以考核生产质量，从每批一定数量的产品中，或每年、或每半年抽查几辆整车按照规定的程序进行检查性试验，以便发现工艺上或材料上的问题并及时修正。

发展与研究性试验：

是针对新型汽车包括新结构、新材料和新理论的开发研究，设计进行的试验。

方法：

道路试验和适应性试验：

在汽车上装设测试仪表和施加模拟载荷，按照实际使用条件行驶至规定的里程。

对个各种路面的里程规定有一定的比例，对炎热、寒冷和高原等地区的试验时间也有一定的规定。

这种方法是早期的汽车试验方法，因能反映用其他试验方法所不能发现的真实情况，仍在继续应用。

试验场试验：

汽车试验场是试验汽车的专用场地，在场中有测定车速、加速性、制动距离和燃料消耗量等的平直实验路；进行平顺性、可靠性和耐久性试验的高速环形路、石块路、搓板路和其他典型路段：

坡道、弯道、尘灰室、淹水池、淋水室和试验涉水性能的水池以及试验转向特性用的圆形场地或专用广场等。

在专用试验场中试验汽车易于保证安全，试验的项目较多，范围较广，实验条件易于模拟和控制，试验结果的再现性和可比较性好，车辆的保养维护和必要的修理以及试验人员休息都有较好的条件，还可以用加大载荷和专门设计的坏路面以进行“强化试验”，使汽车的零部件加速损坏，以缩短试验周期。

因此试验场试验是现代汽车试验的主要方法。

试验台实验：

4.主观评价与客观评价比较

主观评价：

外形，操纵，乘坐。

是由试验人员根据自己的感觉来对车辆性能进行评价，其特点是：

不需要试验仪器；可以立刻给出结果；不同的人对同一实验得出不同的结果，甚至可能是完全相反的结果。

客观评价：

标准，实验，试验。

使用有关的仪器对车辆性能参数进行测试使用特理量对车辆性能进行评价，其特点是：

与试验人员无关；试验结果重复性和一致性好；长时间后仍可对车辆性能进行比较；试验结果可用于校核仿真结果。

试验：

为了查看某事物的结果或某物的性能而从事某种活动。

实验：

为了检验某种科学理论或假设而进行某种操作或从事某种活动。

5.测试系统的概念

测试系统是通过某种技术手段，从被测对象的运动状态中提取所需的信息。

这个信息从物理量的角度讲，是以某种信号的形式反映出来的。

在工程实际中，测试系统包括信号的获取、加工、处理、显示、反馈、计算等，因此测试系统对被测参量测试的整个过程都是信号的流程。

5.测试系统的基本构成

测试技术，是实验科学的一部分，主要研究各种物理量的测量原理和测量信号分析处理方法。

测试技术是进行各学科实验研究和生产过程参数测量必不可少的手段，起着人的感官的作用。

测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。

一般来说，测试系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。

传感器（测试前端）：

将被测物理量（如噪声，温度）检出并转换成电量。

中间变换装置（二次仪表）：

对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经A/D变换后用软件进行信号分析。

显示记录装置（数据分析与存储）：

将测量结果显示，提供给观察者或其它自动控制装置

6.传感器的分类

传感器定义：

能感受（或者响应）规定的被测量，并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感原件和转换原件组成。

6.1按被测物理量分：

如：

力，压力，位移温度，角度传感器等

6.2按测量原理分类：

可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅、热电偶等传感器。

（这种分类方法便于从原理上认识输入与输出之间的变换关系，有利于专业人员根据试验任务和测量系统选择合适的传感器）

6.3按信号变换特征分类：

结构型：

指通过传感器结构参量的变化实现信号变换的传感器。

如电容式传感器就是根据极板间距离和位置的变化引起电容量的改变这一特征而制作的。

物理型：

指利用敏感元件材料本身物理属性的变化来实现信号变化的传感器。

如压电式传感器就是利用压电材料的压电效应来实现力、加速度等物理量测量的。

可分为：

输出为开关量（“１”和"０”或“开”和“关”）的开关型传感器；输出为模拟型传感器；输出为脉冲或代码的数字型传感器。

7.传感器的静态特性

传感器在静态下的输出－输入关系称为静态特性。

8.静态测量特性参数：

是指在测量过程中被测量的量值不随时间变化，保持恒定时的测量。

指标：

线性度、引用误差、测量范围与量程：

传感器所能测量的最大被测量的数值，称为测量上限。

灵敏度：

输出量变化除以输入量变化迟滞：

迟滞是表明传感器输出一输入特性曲线在正行程时与反行程时的输出量不重合的程度。

重复性：

重复性表示传感器在按输入量同一方向作全量程多次测试时所得特性曲线不一致性程度。

漂移：

测试系统在输入量不变时，其输出发生变化的现象称为漂移。

9.系统分析中的三类问题：

1）当输入、输出是可测量的（已知），可以通过它们推断系统的传输特性。

（系统辨识）

2）当系统特性已知，输出可测量，可以通过它们推断导致该输出的输入量。

（测量）

3）如果输入和系统特性已知，则可以推断和估计系统的输出量。

（预测）

9.测量的任务：

测量是通过测和量对研究对象的输入量，系统传递特性和输出量三者之间的关系进行研究。

（1）已知系统传递特性（传递函数）和输出量之间的测量分析，得出输入信号-动载荷识别；

（2）如果输入信号和输出信号已知（测量得出），求取系统（结构）的传递特性-系统辨识；

（3）已知输入和系统的传递特性，分析推断输出信号-响应分析。

10.测量与测试：

国家标准的定义是：

测量是指以确定被测对象属性和量值为目地的全部操作。

字典测量：

用仪器确定空间、时间、温度、速度、功能等等有关数值。

字典测试：

对机械、仪器和电器等的性能和精度进行测量

11.精确度指标有三个：

精密度、准确度和精确度

精密度δ:

它说明测量结果的分散性。

即对某一稳定的对象（被测量）由同一测量者用同一传感器和测量仪表在相当短的时间内连续重复测量多次（等精度测量），其测量结果的分散程度。

δ越小则说明测量越精密（对应随机误差）。

准确度ε:

它说明测量结果偏离真值大小的程度，即示值有规则偏离真值的程度。

指所测值与真值的符合程度（对应系统误差）。

精确度τ:

它含有精密度与正确度两者之和的意思，即测量的综合优良程度。

在最简单的场合下可取两者的代数和，即τ=δ+ε。

通常精确度是以测量误差的相对值来表示的。

12.动态测量：

测量过程中被测量随时间变化，而测量系统又能准确地跟随被测量的变化，并将其采集、记录下来的过程.基本指标与静态相同，特殊的需要考虑,跟随性:

反应速度。

准确性:

失真度

13.传递函数的特点：

它是由适合任何线性系统的微分方程所得到的，因此它适合于各类系统，如：

电系统、机械系统及机、电混合系统等。

14.时间常数与工作频率和系统失真的关系：

若系统的时间常数越小，在系统失真很小情况下的圆频率可以增大，即工作频率范

围越宽；反之，越大，系统的工作频率范围越窄。

15.传感器动态响应：

当传感器的输入信号是随时间变化的动态信号时，传感器应能时刻精确地跟踪输入信号，按照输入信号的变化规律输出信号。

当传感器输入信号变化时，传感器的输出信号也将随时间变化，这个过程称为传感器的动态响应。

传感器的动态特性与其输入信号的变化形式密切相关，在研究传感器动态特性时，通常是根据不同输入信号的变化规律来考察传感器响应的。

实际应用中主要采用阶跃信号和正弦信号作为传感器的输入信号来考察传感器的动态特性。

16.不失真测量：

不失真测试系统条件的幅频特性和相频特性应分别满足：

A（ω）=A0=常数

φ（ω）=--t0ω

17.数据采集（测试）系统参数

基本参数指标：

量程指标：

量程范围、过载能力等

灵敏度指标：

灵敏度、满量程输出、分辨力、输入输出阻抗等

精度方面的指标：

精度（误差）、重复性、线性、回差、灵敏度误差、阈值、稳定性、漂移、静态总误差等

动态性能指标：

固有频率、阻尼系数、频响范围、频率特性、时间常数、上升时间、响应时间、过冲量、衰减率、稳态误差、临界速度、临界频率等

环境参数指标：

温度指标：

工作温度范围、温度误差、温度漂移、灵敏度温度系数、热滞后等

抗冲振指标：

各向冲振容许频率、振幅值、加速度、冲振引起的误差等　

其他环境参数：

抗潮湿、抗介质腐蚀、抗电磁场干扰能力等

可靠性指标：

工作寿命、平均无故障时间、保险期、疲劳性能、绝缘电阻、耐压、反抗飞弧性能等

其他指标：

使用方面：

供电方式（直流、交流、频率、波形等）、电压幅度与稳定度、功耗、各项分布参数等

结构方面：

外形尺寸、重量、外壳、材质、结构特点等

安装连接方面：

安装方式、馈线、电缆等

18.信号干扰：

测量过程中，除待测量信号外，各种不可见的、随机的信号可能出现在测量系统中。

这些信号与有用信号叠加在一起，严重扭曲测量结果。

电磁干扰:

干扰以电磁波辐射方式经空间串入测量系统。

信道干扰：

信号在传输过程中，通道中各元件产生的噪声或非线性畸变所造成的干扰。

电源干扰：

这是由于供电电源波动对测量电路引起的干扰。

一般说来，良好的屏蔽及正确的接地可去除大部分的电磁波干扰。

使用交流稳压器、隔离稳压器可减小供电电源波动的影响。

信道干扰是测量装置内部的干扰，可以在设计时选用低噪声的元器件，印刷电路板设计时元件合理排放等方式来增强信道的抗干扰性。

19.应变测量及方法：

采用应变片测量结构的静、动应力/应变是目前工程实际中普遍采用的有效方法。

应变片测量的基本原理是基于这样一个物理准则：

构成应变片的金属丝的电阻变化正比于其长度和横截面积的变化。

换句话说，当应变片承受外力作用时，其电阻值将正比于金属丝的物理变化。

ε=dL/Lε=20002000*10-6*100%=0.2%，说明试件伸长了0.2%。

电阻应变测量技术是用电阻应变片测量构件的表面应变，再根据应力—应变关系确定构件表面应力状态的一种实验应力分析方法。

电阻应变片测量应变的流程

20.应变测试技术分类

1）静态测量：

恒定的载荷或短时稳定的载荷测量2）动态测量：

对载荷在2-1200Hz范围内变化的测量。

21.应变片测量方法的优点

测量灵敏度和精度高，测量范围广，频率响应好，应变片尺寸小，重量轻，测量过程中输出电信号，可制成各种传感器，可在各种复杂环境下测量。

22.应变片测量方法的缺点

（1）只能测量构件的表面应变，而不能测构件的内部应变。

（2）一个应变片只能测构件表面一个点沿某个方向的应变，而不能进行全域性测量。

23.电阻应变效应和构造

当金属导线沿其轴线方向受力变形时（伸长或缩短），电阻值会随之发生变化（增大或减小），这种现象就称为电阻应变效应。

电阻应变片由敏感栅、引线、基底、盖层、粘结剂组成。

24.电阻应变片的主要性能指标

1）应变片电阻（R）：

指应变片在未经安装、不受力的情况下，于室温时测定的电阻值。

常用的应变电阻值，我国：

R=120

欧美：

R=350

二）灵敏系数（K）：

在单向应力作用下，应变片的电阻相对变化与试件表面沿应变片轴线方向的应变之比值，称为应变片的灵敏系数，即：

注意：

K值是应变片的主要参数，它取决于敏感栅的材料、型式、几何尺寸、基底、粘结剂等多种因素。

通常由制造厂在专用设备上标定给出K值。

常用的K=2.0～2.4

3）横向效应系数（H）：

应变片的敏感栅除有纵栅外，还有圆弧或直线形的横栅。

横栅主要对垂直于应变片轴线方向的横向应变敏感，因而应变片指示应变中包含有横向应变的影响，这就是应变片的横向效应。

横向灵敏系数与轴向灵