《汽车检测与试验》总复习合肥工业大学DOC.docx

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第一章绪论

1基本测试系统一般组成环节和各个环节的功能

测试系统包括传感器、信号调理、信号处理、显示与记录等四个典型环节。

1）传感器的作用是：

当接受被测量的直接作用后，能按一定规律将被测量转换成电信号。

例如，金属电阻应变片是将机械应变值的变化转换成电阻值的变化，电容式传感器测量位移时是将位移量的变化转换成电容量的变化等等。

2）中间变换中的信号调理环节的主要作用就是对信号进行转换、放大和滤波，即把来自传感器的信号转换成更适合于进一步传输和处理的信号。

例如，将幅值放大、将阻抗的变化转换成电压的变化等等。

在多数情况下是电信号之间的转换。

3）中间变换中的信号处理环节接受来自信号调理环节的信号，并进行各种运算、滤波、分析，将结果输出至显示、记录或控制系统。

例如，为了对机械故障进行诊断，常常需要对测量的振动时域信号进行傅里叶变换，使时域信号变成频率域信号，然后通过对其频谱特性分析判断其故障原因。

4）信号显示与记录环节以观察者易于识别的形式来显示测量的结果，或者将测量结果存储，供必要时使用。

5）激励装置环节是在系统的特性参数难于检测出来时，人为地对系统增加的激励环节，并非所有的测试系统均有之。

2汽车试验标准的种类、应用价值

国际标准、国家标准、行业标准、企业标准

1）统一规定了试验检测项目，试验检测规程。

可以作为制定试验检测大纲的依据。

2）规定了性能参数、技术要求、允许值。

可以为试验检测评价的指标。

3）规定了汽车各项试验检测规程、操作方法。

可以为汽车定型，合格产品出厂的检验标准。

3汽车试验按其试验目的、试验对象和试验方法的分类

按试验目的：

质量检查试验；新产品定型试验；科研性试验

按试验对象：

整车试验；机构及总成试验；零部件试验

按试验方法：

室内台架试验；室外道路试验；试验场试验

4汽车试验过程中各阶段的内容

试验准备阶段；试验实施阶段；试验总结阶段。

第二章信号的描述及分析基础

1按信号随时间变化的特点，信号的分类

信号按其随时间变化的特点可以分为确定性信号和非确定性信号两大类。

能够用明确的数学关系式来表达的信号，或者可以通过实验方法重复产生的信号称为确定性信号，如振动台的正弦振动，水银温度计的示值变化等。

反之，不能用明确的数学关系式表达的或者无法重复产生的信号称为非确定性信号，又称随机信号，如机加工车间内的噪声，汽车行驶中的振动等。

2信号一般的描述方法

信号一般有时间域（简称时域）、频率域（简称频域）描述方法。

以时间t为自变量，用一个时间函数来表示信号称为信号的时域描述，

以频率f作为自变量建立信号与频率之间的函数关系，称为信号的频域描述，

一个信号从时域描述转换为频域描述的数学方法是傅立叶分析法。

信号时域描述直观地反映出信号瞬时值随时间变化的情况；频域描述则反映信号的频率组成及其幅值、相角之大小。

3周期信号和非周期信号的频谱图的特点

周期信号是按一定时间间隔周而复始，且无始无终的信号。

一类是最简单的周期信号，即正弦信号和余弦信号，统称为简谐信号或谐波；另一类则是以方波为代表的复杂周期信号或称非简谐周期信号。

周期信号的频谱：

幅值频谱和相位频谱；离散谱

由没有公共整数倍周期的各个分量合成的信号是一种非周期信号。

非周期信号理解为是由无限多个频率极其接近的频率分量合成的。

非周期信号的频谱：

幅值频谱和相位频谱；连续谱

4求图示周期性三角波信号的频谱，并画出其频谱图。

第三章测试装置及其基本特性

1测试系统的静态特性和表征的指标

测试系统的静态特性是指被测量不随时间变化或随时间变化很缓慢时测试系统的输入、输出及其关系的特性或技术指标。

1）量程是指测试系统允许测量的输入量的上、下极限值。

2）精度表征测试系统的测量结果y与被测真值μ的一致程度。

即表示测试系统给出接近于被测量真值的示值的能力。

3）当系统输入一个变化量Δx时，使输出产生的变化量Δy，输出的变化量Δy与输入的变化量Δx的比值称作系统的灵敏度（S）。

4）非线性度（δf）系指测试系统的输出与输入偏离线性关系的程度。

5）输出与输入在升程与回程中的不重合程度称为回程误差（δh）。

2频率响应H（jω）通常采用的表达方式

频率响应函数H（jω）是复变函数，它可以用其实部和虚部或模与幅角两种形式来表达。

在正（余）弦信号输入下，其模A（ω）反映的是系统稳态输出与输入的幅值比（Y／X）与被测信号频率ω的对应关系，称为系统的幅频特性；其幅角反映的是系统稳态输出与输入的相位差角与被测信号频率ω的对应关系，称为系统的相频特性。

幅频与相频特性两者统称为系统的频率特性。

频率响应一般用作图方式来表达，有如下几种形式：

（1）将A（ω）—ω和φ（ω）—ω分别作图，得到系统的幅频特性曲线和相频特性曲线，这是频率响应的常用表达方式。

（2）作图时还可以对自变量ω或f=ω／2π取对数标尺，幅值比A（ω）的坐标取分贝（dB）标尺，相位差角φ（ω）仍取实数标尺，由此所作的曲线分别称为对数幅频特性曲线和对数相频特性曲线，总称为伯德图（Bode图）。

（3）若将H（jω）的虚部和实部分开，即H（jω）＝Re（ω）+jIm（ω），据此画出的Re（ω）—ω和Im（ω）—ω曲线分别称为装置的实频特性曲线和虚频特性曲线。

（4）如果将H（jω）的虚部Im（ω）和实部Re（ω）分别作为纵、横坐标，画出曲线称为幅相频特性曲线，又称奈奎斯特（Nyqu以）图。

3用一个一阶测试系统作100Hz正弦信号的测量，如要求限制振幅误差在5%以内，问：

此仪器的时间常数应不大于多少？

若用具有该时间常数的仪器测量50Hz正弦信号，相应的振幅误差和相位滞后是多少？

4某力传感器可以作为二阶振荡系统处理。

已知传感器的固有频率为800Hz，阻尼比

，问使用该传感器作频率为400Hz的正弦力测试时，其振幅比

和相角差

各为多少？

若该装置的阻尼比可改为

，问

和

又将作何种变化？

5为实现理想的不失真测试，其系统应满足的动态特性要求

若要求系统的输出波形不失真，则其幅频和相频特性应分别满足

其物理意义是：

（1）输入信号中各额率分量的幅值通过系统时，均应被放大（缩小）相同的倍数A。

，即幅频特性曲线是平行于横轴的直线。

（2）输入信号中各频率分量的相位角在通过系统时作与频率成正比的滞后移动，换句话说，各频率分量通过系统后均应延迟相同的时间t0，即相频特性曲线为一通过

原点并具有负斜率的斜线。

第四章常用的传感器

1金属丝式电阻应变片与半导体式应变片在工作原理和特点

金属电阻应变片的工作原理是基于应变片发生机械变形时，其电阻值发生变化。

半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的压阻效应。

金属丝式电阻应变片与半导体应变片的主要区别在于；前者利用导体形变引起电阻的变化，后者利用半导体电阻率变化引起电阻的变化。

半导体应变片最突出的优点是灵敏度高；最大缺点是温度稳定性能差、灵敏度分散度大以及在较大应变作用下，非线性误差大等。

2电容式传感器的分类和应用

电容式传感器是将被测物理量转换为电容量变化的装置。

可分为极距变化型、面积变化型和介质变化型三类。

极距变化型电容传感器的优点是可进行动态非接触式测量，对被测系统的影响小；灵敏度高，适用于较小位移（0.01μm—数百微米）的测量。

但这种传感器有线性误差、传感器的杂散电容也对灵敏度和测量精确度有影响，与传感器配合使用的电子线路也比较复杂。

由于这些缺点，其使用范围受到一定限制。

面积变化型电容传感器的优点是输出与输人成线性关系。

但与极距变化型相比，灵敏度较低，适用于较大直线位移及角位移的测量。

介质变化型电容传感器可用来测量电介质的液位或某些材料的厚度、温度和湿度等，也可用来测量空气的湿度。

3按结构方式不同，磁电式传感器可分为几种。

试述其各自的工作原理。

磁电式传感器是利用电磁感应原理，将被测量转换成感应电动势输出，具有不需要供电电源、电路简单、性能稳定等优点。

按照结构方式不同，磁电式传感器可分为动圈式和磁阻式两种。

线速度型传感器结构和工作原理；角速度型传感器结构和工作原理；磁阻式传感器结构和工作原理。

4压电效应？

压电式传感器是一种典型的发电式传感器，它利用某些物质的压电效应制成的传感器。

压电效应是指某些电介质材料，在沿一定方向受到外力作用而发生变形时，在其一定方向的表面将产生电荷，当外力去掉后，电介质表面又回到不带电的状态，这种现象称为压电效应。

5光电效应、透射式光电转速传感器的结构和工作原理。

光电式传感器是一种将光量转化为电量的传感器，其基本工作原理是光电效应。

半导体光电效应是半导体中束缚电子在吸收光子后所产生的电学效应，它可分为内光电效应和外光电效应两大类。

透射式光电传感器结构示意图。

当多孔圆盘随转轴旋转时，光敏元件交替受到光照，产生交替变换的光电动势，从而形成与转速成比例的脉冲电信号，其脉冲信号的频率正比

于转轴的转速和多孔圆盘的透光孔数。

市场上的光电式传感器测速范围可达每分钟几十万转，使用方便，对被测轴无干扰。

第五章信号调理、记录、处理和分析

1电桥及其应用

按照电桥所采用的电源不同，可分为直流电桥和交流电桥。

供桥电源电压为直流电压时，称直流电桥；供桥电源电压为交流电压时，称交流电桥。

接桥方式：

半桥单臂、半桥双臂、全桥三种接桥方式

电桥的差和特性是合理布置应变片、进行温度补偿、提高电桥灵敏度的依据。

“相邻异性，相对同性”

图1-a所示悬臂梁受力F和F’作用，要求只测出引起梁纯弯曲的力F，试画出应变片的粘贴位置与电桥的连接方式图。

2滤波器

滤波器按照能够通过的频率范围可以分为四类。

它们分别是低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。

信号能够通过它的频率范围称之为频率通带；被它抑制或者极度衰减掉的信号频率范围称之为频率阻带；通带与阻带的交界点称之为截止频率。

理想滤波器在通带频段内应满足不失真条件，即幅频特性为常数，相频特性是频率的线性函数。

实际滤波器的基本参数：

1）纹波幅度（d）

2）截止频率（fc，fc1，fc2）

幅频特性值A0下降到0.707A0时，所对应的频率为截止频率fc，也称“负三分贝频率（-3dB）”

3）带宽和品质因素

上下截止频率之间的频率范围称为滤波器带宽。

把中心频率fn和带宽B之比称为带通滤波器的品质因素。

应用实例：

4信号的调制和常见种类

缓变信号变成高频交变信号的过程称为调制，调制也可以称用被测缓变信号对一个标准高频振荡进行控制的过程；被测信号称为调制信号；标准高频振荡称为载波；经过被测信号调制后的载波称为已调制波。

调制信号控制高频振荡幅值的调制称幅值调制，调幅（AM）；调制信号控制高频振荡频率的调制称频率调制，调频（FM）；调制信号控制高频振荡相位的调制称相位调制，调相（PM）。

5信号记录仪器的作用和类型

记录仪器用于记录反映被测信号变化过程的输出设备。

它是测试系统中不可缺少的环节，它所起的作用可归纳为两个主要方面：

（1）将测试系统所获取的信号，转变成人们能够直接观察的图形（波形）；

（2）保存测试系统所获取的信号，使之能够借助其他仪器进行分析和重放。

用于测试系统的输出设备有显示仪器和记录仪器两类。

6测试数据处理结果通常采用的表达方法

测试数据处理结果通常采用的方法有表格法、图示法和经验公式。

1）表格法简单方便，但要进行深入的分析，表格就不能胜任了。

2）图示法根据试验数据作出尽可能反映真实情况的曲线，其最大优点是一目了然，即从图形可以非常直观地看出函数的变化规律，如递增性或递减性，最大使或最小值，是否具有周期性变化规律等。

但从图形上只能得出函数变化关系而不能进行数学分析。

3）常把与曲线对应的公式称为经验公式。

它是利用回归分析方法确定经验公式的函数类型及其参数。

把全部测试数据用一个公式来表示，它的优点不仅紧凑扼要，而且可以对公式进行必要的数学运算，以研究各自变量与函数之间的关系。

便于数学分析方法进一步从理论上进行研究。

一元非线性回归（例题）

对非线性的回归即曲线的拟合问题，其处理步骤如下：

（1）根据测量数据（xi，yi）绘制图形；

（2）由绘制的曲线分析确定其属于何种函数类型；（双曲线、指数曲线、幂函数曲线和对数曲线等）

（3）将已确定函数类型变换坐标，曲线方程变为直线方程，称为曲线化直；

（4）根据变换后的直线方程，采用某种拟合方法确定直线方程中的未知量；

（5）求得直线方程的未知量后，将该直线方程反变换为原先的曲线方程，即为最后所得的与曲线图形对应的曲线方程式。

7平稳随机过程和各态历经随机过程

在同一试验条件下，所有样本函数的集合（总体）称作随机过程，记作{x（t）}。

随机过程可分为平稳过程和非平稳过程两类。

平稳过程，就是指它的统计特性不随时间的推移而变化的随机过程。

平稳过程的均值、方差、均方值是与时间无关的常量，因此，平稳过程最重要的特点是过程在不同时刻具有相同的统计特性。

与平稳过程相反，非平稳过程的统计特性是随时间的推移而变化的。

若随机过程的总体平均参数可用任意时间历程按时间平均所求得的统计参数来代替，则这类随机过程称为各态历经随机过程。

实际证明，许多随机现象都可以在不同程度上看作各态历经随机过程。

因此，可以用时间充分长的单个样本函数的时间平均统计参数来代替总体的平均统计值，这给试验数据处理带来了极大的方便。

8数据分析处理

数据的分析与处理是整个试验过程的一个重要环节。

它大体包括：

数据准备、数据检验以及数据分析等工作。

数据的类型不同，分析方法也不同。

对于确定性数据，可以寻求数学函数式或经验公式来表达。

而对随机性数据，一般从以下三个方面进行分析：

1）时域分析：

波形分析、相关分析、互相关函数。

2）幅值域分析：

均值、均方值、方差以及概率密度函数等。

3）频率域分析：

功率谱分析、倒频谱分析、频率响应函数分析。

9数字信号处理的基本步骤

1．信号预处理

信号预处理是指在数字处理之前，对信号用模拟方法进行的处理，其目的是把信号变成适于数字处理的形式，以满足数字处理的要求，系统的预处理主要包括以下内容：

（1）解调。

用于对由远距离传输到信号处理系统的调制信号进行解调。

（相敏检波器、鉴频器）

（2）输入放大（或衰减）。

对输入信号的幅值进行处理，使信号幅值与A/D转换器的动态范围相适应。

我们总是希望电压的峰一峰值足够大，以便充分利用A/D转换器的精确度。

（3）抗频混滤波。

衰减信号中次要的或不感兴趣的高频成分，缩短频带以减小频混的影响和提高信噪比。

（4）隔直流分量。

隔离被分析信号中不应有的直流分量，可用于对信号作消除趋势项及直流分量的干扰处理。

2．信号采集

信号采集是将预处理后的模拟信号变为数字信号，并存入到指定的地方，其核心是A/D转换器，信号处理系统的性能指标与信号采集装置有密切的关系。

3．分析计算

对采集到的数字信号进行分析和计算，可用数字运算器件组成的信号处理器完成，也可用通用微机，配上一定的程序软件或采用软、硬件相结合的方法完成。

4．显示记录

一般采用屏幕显示，打印机打印结果数据或图形，绘图机绘出相应曲线等方式；也可将分析计算的结果转存到磁盘和磁带上，供进一步分析使用。

第六章试验误差分析

1测试误差的分类、试验误差的来源。

通常把客观量的测量值与真值的差别称为误差，可以用系统误差、过失误差和随机误差。

测试误差来源：

（1）工具误差（仪器误差）

工具误差包括试验装置、测量仪器仪表带来的误差，如试验装置加工粗糙、安装调整不准确和摩擦间隙过大等。

仪器仪表的非线性、滞后、刻度不准，以及运动元件之间的摩擦和间隙等带来的误差。

（2）环境误差

在测试过程中，因环境条件的变化而产生的误差称为环境误差。

（3）方法误差

由测量方法不正确而引起的误差称为方法误差。

测量仪表安装和使用方法不正确，引起的误差。

（4）人员误差

由测量者生理特性和操作熟练程度的优劣而引起的误差称为人员误差。

测量者的习惯和精神状态的变化都会带来误差。

2系统误差

保持一定数值或按一定规律变化的误差，称为系统误差。

系统误差的性质是大小、方向恒定不变或按一定规律变化。

系统误差根据其性质可以分两类：

固定的系统误差和变化的系统误差。

（1）固定的系统误差

在整个测量过程中，数值大小与正负号都保持不变的系统误差，称为固定的系统误差。

例如，仪器标尺的刻度（或标定）误差，就是一种常见的固定的系统误差。

仪器使用温度与标定温度不同而引起的误差，在使用温度不变的条件下，也有这种性质。

（2）变化的系统误差

在测量过程中，数值大小与正负号发生变化的系统误差，称为变化的系统误差。

根据变化的规律不同，又可分为：

（a）累进的系统误差：

测量过程中不断增大（或减小）的系统误差。

其中最简单的一种是线性误差。

（b）周期性的系统误差：

周期性地改变数值或正负号的系统误差。

3系统误差的发现方法、如何消除系统误差

通过测量取得测定值以后，首先需要检查测定值中是否包含有系统误差。

常用的系统误差的发现方法有：

（1）残差分析法

（2）分布检验法

4异常数据和常用的异常数据取舍准则

由于测量工作中的错误、疏忽大意等原因引起的误差，称为过失误差。

一般来说，过失误差远大于随机误差和系统误差。

过失误差使测定值明显地被歪曲，因此，包含有过失误差的测定值是不可信赖的，应予舍弃。

在一个测量列中，可能出现个别的过大或过小的测定值，这种包含有巨大误差的测定值，通常称为异常数据。

异常数据往往是由过失误差引起的，也可能是由巨大的随机误差所引起的。

常用的异常数据取舍准则有：

（1）来伊达（Layard）准则（3σ准则）

（2）肖维纳（Chauvenet）准则（3）格拉布斯（Grubbs）准则

第七章汽车整车技术参数的测试

1整车外观检测的项目

1）汽车标志检查2）漏水检查3）漏油检查4）车体周正检测

2我国对汽车的外廓尺寸限界规定

汽车高≤4m；汽车宽≤2．5m；

汽车长：

货车、越野车≤12m；客车≤12m，铰接式客车≤18m；

半挂汽车列车≤16．5m；全挂汽车列车≤20m。

3整车整备质量；装载质量；最大装载质量；最大总质量

4汽车质量参数和质心位置参数测定的目的、质心水平位置的测定与计算

1）测定汽车的整车质量及其在前、后轴上的分配；

2）测定汽车的质心离前、后轴的距离及质心离地的高度，检查是否符号设计任务书的要求。

5测定某客车的轴距为6150mm；空载时，前轴轴载质量为4640kg，后轴轴载质量为8620kg；满载时，前轴轴载质量为6480kg，后轴轴载质量为11250kg；试分别计算该车空载、满载时，质心离前轴和后轴中心线的距离。

6汽车通过性参数主要包括哪些？

汽车的转弯直径如何测定？

（最小转弯直径）

第八章汽车主要总成技术参数的测试

1发动机功率检测方法以及特点。

（稳态测功和动态测功；无负动态荷测功和台架稳态测功）

2无负荷测功的工作原理

（瞬时功率测量原理和平均功率测量原理）。

3K100汽车发动机综合性能分析仪组成。

（微机系统、前端处理器以及信号提取系统）

4简述ZCA型转向参数测量仪结构和工作过程

转向参数测量仪的结构：

（1）操纵盘——三爪底盘；

（2）主机箱；（3）联接叉联接转向盘（4）固定杆（定位杆）内装有光电装置，测量转向盘转角。

转向盘的转动阻力（转向力）检测方法：

（1）顶起前桥。

使左右车轮悬空，将测试仪安装在被测车辆的转向盘上。

（2）启动电源开关，按下“力测”按键。

（3）缓慢地将转向盘由一端尽头转到另一端尽头，则仪器开始定时测量并显示仪器上的作用力矩M。

（4）按下式算出转向盘轮缘上的转动力：

转动力=M/2r,（N）

r为被测车辆转向盘的半径，（m）。

5汽车转向轮定位值参数：

车轮外倾角；主销后倾角；主销内倾角；车轮前束

6滑板式侧滑试验台主要组成。

侧滑量检测装置、侧滑量定量指示装置和侧滑量定性显示装置组成。

7车速表试验台的类型和主要结构。

标准型；驱动型；综合型。

速度检测装置；速度指示装置；速度报警装置

第九章汽车动力性能测试

1汽车动力性检测项目

加速性能检测、最高车速检测、滑行性能检测、发动机输出功率检测和汽车底盘输出功率检测

2超车和起步连续换档加速性能试验过程。

3滑行和滑行试验的目的

4汽车综合测试仪的检测功能和操作规程。

1）动力性（如滑行性能，加速性能、最高车速，最小稳定车速等）；

2）经济性（如等速油耗，加速油耗、多工况油耗、百公里油耗等）；

3）制动性能和牵引性能等多种技术性能参数。

并具有数据处理、显示、存储、打印等功能

各类汽车综合测试仪的操作规程大体可分以下六个阶段：

1）初始阶段：

开机或启动程序；

2）选择工况，进行所需的试验项目。

3）预置数据：

根据各工况的试验规程，预先输入试验所需的有关数据。

4）准备阶段：

检测是否满足试验开始的条件。

5）试验过程：

自动进行有关数据的采集，存储，显示。

6）打印阶段：

自行打印试验结果和曲线，试验结束。

5转鼓试验台的型式、组成

单轴单转鼓（滚筒）试验台；单轴双转鼓试验台；双轴双转鼓试验台。

由加载装置、测量装置、转鼓组件及其他装置组成

6加载装置（功率吸收装置）作用和类型

加载装置（功率吸收装置）是用来模拟汽车在道路上行驶的各种阻力（空气阻力、爬坡阻力、滚动阻力和加速阻力等），使汽车在试验台上的受力情况同在道路上行驶基本一样。

功率吸收装置是用来吸收并测量汽车驱动车轮上的功率和牵引力的。

转鼓试验台通常采用的测功器:

（1）水力测功器;

（2）直流电机电力测功器;（3）电涡流测功器

第十章汽车燃料经济性测试

1乘用车燃油消耗量试验项目

1）模拟城市工况循环燃料消耗量的试验2）90km/h等速行驶燃料消耗量的试验

3）120km/h等速行驶燃料消耗量的试验

2燃料消耗量常用计算方法：

重量法；容积法。

3等速燃料消耗量特性曲线

4商务车燃油消耗量试验数据的校正和重复性检验（掌握有关计算）

5某汽车以同一工况进行四次试验的燃料消耗量的测量结果依次为：

12.98L/100km、12.87L/100km、13.07L/100km和13.12L/100km，试判断重复性，并计算测量结果的置信区间。

6汽车油耗仪主要种类：

容积式油耗仪、重量式油耗仪、流量式油耗仪和流速式油耗仪。

7燃料消耗量台架试验的检测方法：

重量法；容积法；排气法。

第十一章汽车制动性能测试

1评价汽车制动性能的指标

制动距离、充分发出的平均减速度、制动力和制动时间。

2制动距离及其影响因素

制动距离一般是指开始踩着制动踏板到完全停车的距离。

它包括制动器起作用和持续制动两个阶段中汽车驶过的距离。

决定汽车制动距离的主要因素是：

（1）制动器起作用的时间，

（2）附着力（或最大制动器制动力）、（3）制动初速度（4）整车质量等。

3车轮阻滞力

是指轮胎在滚筒上滚动变形时，由于压缩与伸张作用之间能量的差别而消耗的能量，进而转化为阻止车轮滚动的作用力。

4汽车制动性能道路试验的检测项目

（1）制动距离

（2）充分发出的平均减速度（3）制动稳定性

（4）制动协调时间（5）驻车制动