汽车试验技术.docx
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汽车试验技术
汽车试验技术
主编：
周京
执行主编：
金永磊
编委成员：
杜闯杜克虎马瑞亮乔宗亚唐利刚唐勇王亥平奚顺明詹秀媚郑中旭
校对：
试验室成员
第一章概述……………………………………………………………1
第一节试验平台…………………………………………………………1
第二节试验设备…………………………………………………………2
第三节试验标准…………………………………………………………5
第二章性能试验………………………………………………………7
第一节总述………………………………………………………………7
第二节动力性试验………………………………………………………7
第三节燃油经济性试验…………………………………………………12
第四节操纵稳定性试验…………………………………………………13
第五节制动性试验………………………………………………………19
第六节环境适应性试验…………………………………………………22
第七节汽车空调试验……………………………………………………28
第三章NVH试验………………………………………………………35
第一节道路NVH试验………………………………………………………35
第二节模态试验……………………………………………………………47
第四章可靠性试验……………………………………………………52
第五章零部件试验……………………………………………………58
第一节四门两盖开闭件耐久性试验……………………………………………58
第二节汽车各类开关耐久性试验………………………………………………64
第三节环境试验……………………………………………………………73
第四节力学性能试验………………………………………………………76
第六章评价试验………………………………………………………78
第一节保安防灾评价试验……………………………………………………78
第二节商品性评价试验………………………………………………………85
第一章概述
汽车试验是通过某种人为的方法，把被测系统中所存在的许多参数中的某些待测定的参数用专门的装置，人为地把它激发出来，用某些通用的或专用的仪器进行测试和数据处理的过程。
人们在对这一过程的各个环节的研究中产生了各种试验技术。
汽车的发展离不开汽车试验技术，但受篇幅与能力所限，对这些试验技术不能一一叙述，仅对其中最基本的也是最重要的，即试验内容和方法进行浅显的描述。
试验内容逐年增加——为了满足人们对汽车日益增加的各项要求，需要不断的增加试验项目和试验内容；汽车功能的扩展，各种新结构、新技术在汽车上的应用亦需要增加试验内容。
试验方法也不断更新——高等级公路及高速公路的发展带来了汽车行驶速度的显著提高，需要更新试验方法；汽车法规的日渐严格，需要更新试验方法；人们对汽车要求的日益提高，需要更新试验方法；试验技术的进步也会带来试验方法的变化。
面对如此繁多的试验内容和方法，本书仅对我公司目前能进行的、基本的试验项目进行阐述。
本章主要从试验平台、试验设备及试验标准方面对汽车试验进行简述。
第一节试验平台
这里所说的试验平台，是指对我公司目前能进行的试验项目进行的分类，分为五类，即五个平台：
性能试验、NVH试验、可靠性试验、零部件试验和评价试验。
性能试验主要分为环境适应性试验、动力性试验、经济性试验、操纵稳定性试验和制动试验等，其中，环境适应性试验又包括了乘员热适应性和车辆热适应性试验。
第二章主要对这些性能试验进行相关阐述。
NVH试验也属于性能试验，只是由于它具有一定的特殊性，所以单独以一章的内容进行阐述。
NVH即噪声（Noise）、振动（Vibration）和不舒适性（Harshness），研究的是顾客所能听到的声音，所感觉到的和看到的振动以及噪声和振动的综合影响。
本书对NVH试验主要分为两类进行介绍：
模态试验和道路NVH试验。
第三章对此进行了较详细的说明。
可靠性是指汽车在规定的条件下、在规定的时间内完成规定的功能的能力。
可靠性试验是一种加速试验，它通过严格设定的试验条件和试验方法，在较短的时间内考核车辆的可靠性。
第四章的内容主要涉及可靠性试验的相关方法，问题等级的划分等。
零部件试验主要分为力学类、环境类及开关类试验，力学类试验主要利用拉力机等设备研究材料的力学性能；环境类试验主要利用高低温箱等设备研究材料耐环境方面的性能；开关类试验主要对车门、开关等进行耐久的考核。
第五章主要对这三种试验进行一一介绍。
以上所进行的各种试验的最终目的都是为了要造一辆好车，而车的“好”与“不好”，是通过人进行主观评价的。
评价试验就是要站在这样的角度上对车辆的“好”与“不好”作出评定。
第六章评价试验主要介绍保安防灾评价和商品性评价。
各章节中所述的各种试验，都是从实际试验的角度对其方法进行描述，其中不乏试验人员多年积累的经验。
第二节试验设备
从事汽车试验，离不开试验设备。
随着科技的发展，试验设备也已发展到目前的智能化、虚拟化、网络化、微型化阶段，且具备高精度、高效率的特点，并将沿着这一趋势继续发展。
图1-1试验测试系统的组成
图1-1中的激励装置、传感器、信号调理、信号处理、显示记录及反馈控制等都是试验设备。
现在的大多数设备，已经把信号调理、信号处理及反馈控制都集成在一起，有的设备甚至把显示记录功能也集成了。
以下把我公司现有的主要试验设备做个简述。
一、性能试验设备
主要有环境舱、VBOX测试系统等。
环境舱主要是模拟室外不同环境而设定的一个不同环境条件的恒温恒湿的试验载体。
在环境舱里可以设置相应的试验条件，如恒定的大气温度、湿度、阳光模拟、风速及恒定的路面摩擦系数，为缩短产品开发周期及加速产品寿命性能验证提供良好试验平台，为产品前期设计参数输入及后期产品方案验证及用户使用模拟提供保证。
我公司现有环境舱长17m，宽8m，高6m。
温度能够精确控制到-40℃～60℃，湿度能够控制到20%～75%。
舱内还配备转鼓测功试验台，直径75英寸（1.9m）。
能够模拟汽车道路行驶，能精确的模拟汽车道路行驶阻力，具有恒速测功测扭等多种控制模式。
图1-2VBOX测试系统
图1-2是VBOX测试系统组成，该系统功能强大，它是基于新一代的高性能卫星接收器，主机一套用于测量汽车的速度和距离并且提供横纵向加速度值、减速度、MFDD（充分发出的平均减速度，制动试验参数之一）、时间和制动、滑行、加速等距离的准确测量；外接各种模块和传感器可以采集油耗、温度、加速度、角速度及角度、转向角速度及角度、转向力矩、制动踏板力、制动踏板位移、车辆CAN接口信息等其它许多数据。
表1-1中显示了该系统测量参数的精度。
表1-1VBOX测试系统测量参数的精度
二、NVH试验设备
主要有LMS多通道采集系统、HEAD采集系统、OROS采集系统、人工头、超声波测漏仪及内窥镜等。
图1-3LMS多通道采集系统和人工头
LMS多通道采集系统、HEAD采集系统、及OROS采集系统都是集成了上述信号调理、信号处理及反馈控制等功能的设备，这几台设备可以把振动、噪声等信号采集下来，保存到电脑中供分析处理，它们所配备的软件系统都很强大，可以进行傅立叶变换、小波分析等多种计算，还能把计算结果用多种方式显示，便于分析问题。
人工头是一套集采集、回放等功能于一体的设备，它可以非常真实的把采集到的声音回放出来，分析人员可以利用滤波、均衡等技术手段分析问题声音的频率。
超声波测漏仪可利用超声波来检测车身钣金、附件密封等的泄漏情况，其优点是快速且不受环境噪声干扰。
内窥镜可以检测车辆狭小空间存在的问题，例如检测车身空腔隔断情况。
三、零部件试验设备
主要有电子万能试验机、点火开关试验台、低温试验箱、高低温交变湿热试验箱、高温试验箱等。
图1-4电子万能试验机
图1-4是电子万能试验机设备，该设备可进行金属、橡胶等材料拉伸、压缩、弯曲、剪切、剥离等力学性能试验。
其最大试验力可达100kN；试验力精度在示值1%-100%范围内，小于±1%；位移测量精度优于示值的±1%（0.5mm以上）。
图1-5火开关试验台
图1-5是点火开关试验台，可以对点火开关进行耐久试验。
其配备了电子负载箱，该负载箱比电阻负载箱更接进于实际使用的负载，试验结果更准确合理。
其它设备不一一介绍。
第三节试验标准
试验标准有国家标准、行业标准、企业标准等，这些标准是试验的依据。
性能试验的标准主要有《GB/T12543-2009汽车加速性能试验方法》、《GB/T12544（1990）汽车最高车速试验方法》、《GB/T19233-2008轻型汽车燃料消耗量试验方法》、《GBT6323.1（1994）汽车操纵稳定性试验方法蛇行试验》、《GB11555-2009汽车风窗玻璃除霜和除雾系统的性能和试验方法》等；NVH试验的标准主要有《GB1495-2002 汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》、《Q/HMA6054-2011汽车车内噪声试验方法》（企业标准，下同）等；可靠性试验的标准主要有《Q/HMA6010-2010轿车耐久试验方法》、《Q/HMA6070-2012微型车耐久试验方法》等；零部件试验的标准主要有《GB/T228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：
室温试验方法》、《GB8410-2006汽车内饰材料的燃烧特性》等；评价试验的标准主要有《Q/HMD3001-2009汽车商品性主观评价》等。
下面以《GB1495-2002 汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》为例，叙述一下按照标准进行试验时要着重注意的事项。
图1-6加速行驶车外噪声测量场地要求
该标准主要是测量汽车在加速通过一定路段时，对周围环境产生的噪声的影响，它关注的是车外噪声，所以车辆的发动机噪声、排气噪声和轮胎噪声是主要噪声源。
其方法先对测量仪器作了规定：
“测量时应使用‘A’频率计权特性和‘F’时间计权特性”。
接着规定了对该测量仪器的校准要求。
噪声试验对测量条件的要求比较严格，既对场地有特殊的声学要求（见图1-6），又有相应的气象要求，且规定了背景噪声至少应比被测汽车噪声低10dB（A）。
接下来的测量方法对车辆的档位、车速等都做了规定，值得注意的是，“当汽车前端达到AA’线时，”开始加速，“汽车尾端通过BB’线时”，快速松开踏板，这里的前端和尾端是驾驶员操作的重点。
最后，对数据的处理也有相应的方法，要记录并分清同侧数据，且读数要减1后才能做为测量结果。
以上是对《GB1495-2002 汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》中的一些重要的细节做了描述。
各试验标准中很多重要的、叙述篇幅较多的内容会引起重视，但有些细节会被阅读者忽略，而这些细节可能对试验结果产生较严重的影响。
所以，对试验标准的理解也应该结合试验操作进行，这样的理解才更深入。
第二章性能试验
第一节总述
本章节主要是从试验角度讲解汽车性能的测试技术与试验方法，将理论知识与试验方法结合起来。
我们在进行汽车设计开发时，不仅要考虑汽车物理结构的设计，更重要的要考虑汽车结构所应具有的满足顾客需求的内在特性，这些特性我们称之为汽车性能。
汽车性能主要包括：
动力性：
指汽车在良好的路面直线行驶时由车辆受到的纵向外力决定的所能达到的平均行驶速度，其评价指标为最高车速、加速能力、爬坡能力、驾驶性、牵引能力等。
燃油经济性：
指汽车以最少的燃料消耗量完成单位运输工作量的能力，其评价条件为设计标准载荷下每行驶100公里消耗掉的燃料量（升），其评价指标包括等速油耗、综合油耗、行驶里程等。
操纵稳定性：
指汽车在行驶状态下能否安全按照驾驶员的意愿（操作）完成改变运动方向和改变运动速度，且遇到外界干扰时，汽车能抵抗干扰而保持稳定的行使能力，评价指标主要包括转向回正、稳态回转、转向轻便性、蛇形、直线行驶能力等。
制动性能：
汽车行驶时在短距离内停车与且维持行驶方向稳定，以及汽车在长坡时维持一定车速的能力称为汽车制动性，其评价指标主要有制动效能、制动效能的恒定性、方向稳定性、制动距离等。
环境适应性：
主要分为乘员热适应性和车辆热适应性
乘员热适应性，主要指汽车空调技术在汽车上的应用，其目的在创造室内舒适的气候环境，保护驾驶员与乘员的身体健康，改善驾驶工作条件，提高汽车的安全性能，其评价指标主要有整车空调系统除霜、除雾、采暖、降温等性能。
车辆热适应性：
主要指整车耐高低温性能及发动机舱、热排放系统之热管理的情形下车辆使用能力，其评价指标主要有整车热平衡、温度场热分析等性能。
第二节动力性试验
汽车动力性能是汽车最基本、最重要的性能之一，其主要评价指标有：
汽车的最高车速、汽车的加速时间、汽车能爬上的最大爬坡度。
通过对汽车进行动力性能各项评价指标的测试，可以知道该车型是否符合设计要求，为产品改进提供依据；通过对不同车型进行动力性能试验，可以知道各个车型的动力性能状况，为将开发新的车型提供参考数据。
汽车动力性能试验常规试验项目
对于手动档车型，见表2-1。
表2-1手动档动力性能试验常规试验项目
序号
试验项目
执行标准
1
汽车最低稳定车速试验
Ⅳ档
GB/T12547-2009
Ⅴ档
2
汽车最高车速试验
Ⅳ档
GB/T12544-1990
Ⅴ档
3
汽车加速性能试验
原地起步连续换档加速性能试验
GB/T12543-2009
Ⅳ档加速性能试验
Ⅴ档加速性能试验
4
汽车最大爬坡度试验
GB/T12539-1990
对于自动档车型，见表2-2。
表2-2自动档动力性能试验常规试验项目
序号
试验项目
执行标准
1
汽车最低稳定车速试验
D档
GB/T12547-2009
2
汽车最高车速试验
D档
GB/T12544-1990
3
汽车加速性能试验
原地起步连续换档加速性能试验
GB/T12543-2009
D档加速性能试验
4
汽车最大爬坡度试验
GB/T12539-1990
汽车动力性能试验条件
1.装载质量：
满载：
整车整备质量+厂定最大装载质量（包括试验人员和试验仪器质量）；
半载：
整车整备质量+厂定最大装载质量一半（包括试验人员和试验仪器质量），厂定最大装载质量一半小于180kg，按180kg加载。
厂定最大装载质量一半大于180kg，按厂定最大装载量一半加载；
基准：
一名试验员+一套试验仪器（整备质量+100kg）
2.轮胎气压：
试验过程中，轮胎冷充气压力应符合该车技术条件的规定，误差不超过10kPa。
3.气象条件：
1）.试验时应是无雨无雾天气；
2）.相对湿度小于95％
3）.气温0～40℃；
4）.平均风速小于3m／s，阵风不得超过5m/s；
5）.侧风小于2m／s。
4.试验道路（性能路）：
应在清洁、干燥、平坦的，用沥青或混凝土铺装的直线道路上进行。
道路长2～3km，宽不小于8m，纵向坡度在0.1％以内。
5.汽车最高车速试验在试验场高速环路上进行试验；汽车最大爬坡度试验在试验场标准坡上进行试验。
汽车动力性能试验方法及数据处理
（一）最低稳定车速试验
试验方法：
1.测试距离为100m；
2.在车速稳定（车速变化范围小于1km/h，同时要求车辆传动系不抖动）后，测试出车子行驶100m的时间；
3.要求试验往、返各进行一次，并且往、返试验路段应尽量重合；
4.完成100m测试后，快速踩下加速踏板，发动机不应熄火，传动系不得发生抖动，汽车能平稳地加速行驶。
试验数据处理：
1.根据两个方向测出来的行驶100m的时间，算出平均时间，然后计算出两个方向的最低稳定车速的平均值；
2.计算公式：
V=S/T。
（二）原地起步连续换档加速性能试验
试验方法：
1.要求起步时，变速器置于该车的起步（I档）档位，起步时发动机转速应为该车型发动机最大扭矩对应的转速（如在发动机最大扭矩对应的转速起步时，车辆出现轮胎打滑，应适当降低发动机转速，使车辆处于打滑的临界点时起步），当发动机达到最大功率转速时，力求迅速无声地换档（换档后立即将油门全开），直至该试验车在该试验路段所允许的车速；
2.要求试验往、返各进行一次，并且往、返试验路段应尽量重合。
试验数据处理：
对两个方向测出来的时间和距离分别进行平均并绘制曲线图，如图2-1。
图2-1
（三）最高车速试验
试验方法：
1.试验测试距离为200m；
2.在车速以最高的稳定车速行驶通过预定测试路段过程中，测试出车子行驶200m的时间；
3.试验往返各进行一次。
试验数据处理：
1.根据两个方向测出来的行驶200m的时间，算出平均时间，然后计算出两个方向的最高车速的平均值。
2.计算公式：
V=S/T。
（四）最大爬坡度试验
试验准备：
1.试验测试距离为10m；
2.试验坡道选定：
根据厂方提供的该车型最大爬坡度，选择适当的坡度。
非越野车爬坡试验方法：
1.试验车使用最低档，如有副变速器也至于最低档，将试验车停在接近坡底的平直路段上；
2.试验车停于坡底，按正常状况起步，起步后将油门全开进行爬坡；
3.测试并计录汽车通过测试路段的时间及发动机转速；
4.爬坡过程中监视各仪表（如水温，机油压力）的工作情况；爬至坡顶后，停车检查各部位有无异常现象发生，并做详细记录。
如在厂定最大总质量状态下，第一次爬不上，可进行第二次，但不超过两次；
5.在厂定最大总质量状态下，爬不上厂方规定的坡度，测量停车点（后轮接地中心）到坡低距离，并记录爬不上去的原因。
6.如没有厂方规定的坡度，可增减装载质量或采用变速器较高一挡（如Ⅱ档）进行试验，再按式（2-1）中折算为厂定最大总质量下，变速器使用最低档时的爬坡度。
越野车爬坡试验方法：
1.试验车变速器使用最低档，分动器亦置于最低档，全轮驱动，停于接近坡道的平直路上；
2.起步后，将油门全开进行爬坡；当试验车处于坡道上时，停住车辆，变速器置于空档，发动机熄火2min，再起步爬坡；
3.测量并记录通过测试路段的时间及发动机转速；
4.爬坡过程中监视各仪表的工作状况，爬至坡顶后，检查各部位有无异常现象，并做详细记录。
试验数据处理：
1.坡度计算公式：
最大爬坡度：
………………（2-1）
式中：
——试验时的实际坡度（度）；
——汽车实际总质量（kg）；
——汽车厂定最大总质量（kg）；
——最低档总速比；
——实际总速比。
2.爬坡的平均车速：
V=36/t（km/h）………………………………（2-2）
式中：
t——通过测试路段的时间（s）。
试验结果评价：
1.试验车辆以匀速的状况爬上坡，说明此时以接近车子的爬坡大爬坡能力；
2.试验车辆以加速的状况爬上坡，说明这种载荷状态下还不是车子的最大爬坡能力，需要加载进行爬坡；
3.试验车辆以减速的状况爬上坡，说明这种载荷状态下还不是车子的最大爬坡能力，需要减载进行爬坡；
4.试验车辆以未能爬上坡，说明这种载荷状态下还不是车子的最大爬坡能力，需要减载进行爬坡。
第三节燃油经济性试验
燃油经济性试验主要有等速燃油消耗量试验和综合油耗试验，本节主要介绍前者。
1.试验要求
1.1温度要求5℃--30℃，尽可能接近25℃为宜；风速≤1m/s。
1.2道路条件应符合GBT12534汽车道路试验方法通则中的规定。
1.3汽车应磨合行驶最少3000km；轮胎花纹保持在50~90%
1.4试验过程中的载荷为半载，即整车整备质量加上180kg，当额定载荷的50%大180kg时应以额定载荷的50%加载（包括驾驶员和设备）。
1.5载荷质心应分布在前排外侧座椅R点（即制造厂的设计基准点，用于确定由制造厂规定的每个座位最后的正常位置，它是模拟人体躯干和大腿的胯关节中心位置，并相对于所设计汽车结构而建立的坐标，这一点称为“座位基准点”。
）连线的中点位置（R点位置定义详见GBT12673汽车主要尺寸测量方法）。
2试验方法
2.1每次测量开始之前应以试验速度行驶至少5km以保持温度的稳定。
2.2试验过程中平均车速不能超出指定车速的±0.5km/h。
2.3试验分双向进行取平均值，以最大限度减小风速和坡度对试验结果的影响。
2.4记录以指定的车速行驶500m或1000m时所消耗的燃油量，换算为百公里燃油消耗量，每个测量速度段最少进行4次测量。
2.5一般测量最高挡和次高挡中每个挡位的60km/h、90km/h、120km/h三个速度段，如果厂家有要求可增加其它挡位和速度段，试验方法相同。
第四节汽车操纵稳定试验
汽车操纵稳定性的研究，是与汽车车速的不断提高分不开的。
早期的低速汽车，还谈不上操纵稳定性问题，最早提出操纵稳定性问题，是在具有较高车速的赛车上。
后来，随着车速的不断提高，在轿车、大客车和载重汽车上也都不同程度地出现了类似的问题。
如：
飘、贼、反应迟钝、晃、丧失路感、失去控制等问题。
汽车操纵稳定性试验标准
1）GB/T6323.1－1994汽车操纵稳定性试验方法蛇行试验
2）GB/T6323.2－1994汽车操纵稳定性试验方法转向瞬态响应试验（转向盘转角阶跃输入）
3）GB/T6323.3－1994汽车操纵稳定性试验方法转向瞬态响应试验（转向盘转角脉冲输入）
4）GB/T6323.4－1994汽车操纵稳定性试验方法转向回正性能试验
5）GB/T6323.5－1994汽车操纵稳定性试验方法转向轻便性试验
6）GB/T6323.6－1994汽车操纵稳定性试验方法稳态回转试验
7）GB/T6323.12汽车操纵稳定性试验方法转向盘中间位置操纵稳定性试验
8）QC/T480-1999汽车操纵稳定性指标限值与评价方法
9）GB/T12549汽车操纵稳定性术语及其定义
1稳态回转试验
1.1 在试验场地上，用明显颜色画出半径为15m或20m的圆周。
1.2 接通仪器电源，使之预热到正常工作温度。
1.3 试验开始之前，汽车应以侧向加速度为3m／s2的相应车速沿画定的圆周行驶500m以使轮胎升温。
1.4 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面上的车速传感器在半圈内都能对准地面所画圆周时，固定转向盘不动，停车并开始记录，记下各变量的零线，然后,汽车起步，缓缓连续而均匀地加速（纵向加速度不超过0.25m／s2），直至汽车的侧向加速度达到6.5m／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。
1.5 试验按向左转和向右转两个方向进行，每个方向试验三次。
每次试验开始时车身应处于正中位置。
中性转向点的侧向加速度值an，定义为前、后轴侧偏角差与侧向加速度关系曲线上，斜率为零处的侧向加速度值。
在所试的侧向加速度值范围内，未出现中性转向点时，an值用最小二乘法按无常数项的三次多项式拟合曲线进行推算。
该值越大越好。
不足转向度U，按前、后轴侧偏角差值与侧向加速度关系曲线上侧向加速度值为2m/s2处的平均斜率（纵坐标值除以横坐标值）计算。
该值越小越好。
车箱侧倾度K.，按车箱侧倾角与侧向加速度关系曲线上侧向加速度值为2m/s2处的平均斜度（纵坐标值除以横坐标值）计算。
该值越小越好。
2转向回正试验
分为低速回正试验和高速回正试验。
2.1 低速回正性能试验
2.1.1 在试验场地上用明显的颜色画出半径为15m的圆周。
2.1.2 试验前试验汽车沿半径为15m的圆
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