汽车测试技术和数据处理.docx

1、汽车测试技术和数据处理 1.汽车试验的分类从大类上分，汽车试验主要分为：【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。【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】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。 2.汽车试验方法通常分为 【3】试验台实验 3.主观评价与客观评价比较 主观评价是由试验人员根据自己的

2、感觉来对车辆性能进行评价，其特点是客观评价 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4.测试系统的基本构成5.传感器的分类 1、按被测物理量分：如：力，压力，位移温度，角度传感器等 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3、按信号变换特征分类：可分为：输出为开关量（“”和”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。6.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。测量范围与量程，线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移、引用误差。7.应变测量及方法 = dL/L =

3、 2000 2000*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7.1应变测试技术分类1）静态测量2）动态测量7.2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。7.3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。7.4电阻应变效应和构造当金

4、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。7.5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.

5、43）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敏系数的比值称为横向效应系数H。4）热输出（ t ） 将应变片安装在自由膨胀的构件上，无外力作用，当环境温度变化时，则输出一定的指示应变，称为热输出，用 t 表示。产生原因：1）由于温度变化，敏感栅材料的电阻率发生变化（温度效应）2）敏感栅材料与被测构件材料之间的线膨胀系数不同。 需要说明的是：我们希望应变片的指示应变反映的是构件因受力所产生的应变，而不是环境温度变化所引起的 t ，否则

6、会带来很大误差。因此在测量中必须设法消除温度变化的影响。5）稳定性 它是反映应变片长期静态工作能力的重要性能，常用电阻漂移值和蠕变大小来表示。（1）应变片的电阻值漂移指在工作温度恒定，安装在未受外力作用的构件上，其应变片电阻值随时间的变化。产生原因：由于敏感栅、基底、粘结剂等材料在应变片的制造或安装过程中，内部形成的应力缓慢释放所致。2）应变片的蠕变 指在工作温度恒定，安装在承受外力，但变形恒定的构件上的应变片电阻值随时间的变化。产生原因：粘结剂与基底在传递应变时出现滑动所致。六）机械滞后（ ） 在恒定温度下，对安装有应变片的试件加载卸载。以试件的机械应变 为横坐标，应变片的指示应变 为纵坐标

7、绘成曲线，加载与卸载曲线不重合，这种现象称为机械滞后。机械滞后量：以加载曲线与卸载曲线中两个指示应变的最大差值Zj 来表示。产生原因：敏感栅、基底和粘结剂在承受机械应变后产生残余变形所致。消除：在正式测试前，反复加卸载n次七）应变极限（ lim ） 在恒定温度下，对安装有应变片的试件逐渐加载，直至应变片的指示应变与试件的机械应变的相对误差达到10%，此时，机械应变即作为该应变片的应变极限。 一般情况下，8）绝缘电阻（ Rm ）应变片的绝缘电阻时指应变片的引线与被测试件之间的电阻值。一般情况下，Rm500 为使 Rm 提高，可选用绝缘性能好的粘结剂和基底材料 9）疲劳寿命（N） 在幅值恒定的交变

8、应力作用下，应变片连续工作，直至产生疲劳损坏时的循环次数，称为应变片的疲劳寿命。疲劳损坏：1）敏感栅或引线发生断路；2）应变片输出幅值变化达到10%；3）应变片输出波形上出现尖峰。7.6应变测量电路目前，应变测量采用的普遍原理是惠斯登电桥，它是由四个电阻构成，如图所示。在输入端，施加一定的电压，称之为“激励电压”，而测量输出端的输出电压。如果电桥是平衡的，则输出端的电压为零。 桥臂阻值变化对输出电压所产生影响的规律-电桥的和差特性是：电桥相邻两臂应变片有同号变化（应变）时输出电压为两者之差，异号为两者之和（简述为“邻臂同号相减，异号相加”），当相对两臂应变有同号电阻变化时输出电压为两者之和，异

9、号为两者之差（简称为“对臂同号相加，异号相减”）。 7.7 应变测量组桥方式 工程实践中有多种测量组桥方式，但是，首先我们必须知道一些材料（或结构）发生变形时的一些特殊效果（影响），如当试件拉伸时，通常与其他两个方向的尺寸相比较，试件将变薄，试件横向变形和纵向（拉伸方向）变形的比称作泊松比。当两个应变片成900垂直布置时，材料的泊松比，或横向应变比，是非常重要的，必须在以上方程中加以考虑。通常，对于钢材料，泊松比在0.27 0.31之间，典型地为0.3，对于铝材料则为0.33. 下面表格列出了几种基本的应变片测量桥路的构成方式，不失一般性，他们都可概括成1/4，1/2和全桥测量。7.8 电阻应

10、变片的标定1）灵敏系数的标定7.9电阻应变片的分类电阻应变片按敏感栅材料不同可分为金属电阻应变片和半导体应变片。1）丝绕式应变片：敏感栅是用直径为0.010.05毫米的铜镍合金或镍铬绕制而成。缺点：其横向效应大，测量精度较差，应变片性能分散。优点：基底、盖层均为纸做成，价格便宜，易安装。2）短接式应变片：将金属丝平行排成栅状，端部用粗丝焊接而成。优点：横向效应小，制造时敏感栅形状易保证，测量精度高。缺点：焊点多，疲劳寿命较低。三）箔式应变片：敏感栅采用的是0.0020.005毫米的铜镍合金或镍铬合金的金属箔，采用刻图制板、光刻及腐蚀等工艺制作。优点：横向效应较小，易安装，散热性好，疲劳寿命长，

11、测试精度较高。四）敏感栅型式：单轴应变片敏感栅只有一根轴线。用于测量单向应变7.10 电阻应变片的选择1、测试环境：温度、湿度、磁场2、应变性质：静态应变选择H小的应变片；动态应变选择疲劳寿命好的应变片。3、应变梯度：应变场均匀对应变片栅长没要求，可选栅长大的应变片，容易贴。；应变梯度变化大选栅长小的应变片。4、4、测试精度7.11 应变片的粘贴1、检查和分选应变片2粘贴表面的准备；3贴片4.固化5测量导线的焊接与固定；6、检查。应变片的粘贴：应变片的粘贴过程主要由结构表面的清理，应变片的粘贴，导线的焊接和应变片的保护几个重要步骤组成。7.12动态应变测量中的干扰与防干扰措施干扰源的分类及特点

12、：1.电磁干扰 应变计的信号是通过测量导线输入应变仪的，数值非常微小（电桥的输出电压通常为毫伏级，有时甚至只有若干微伏），当外界电磁场变化时，就会受到电磁干扰。根据干扰源的特点，电磁干扰又可以分为（1）工频干扰，工业上使用的50Hz交流电造成的干扰；（2）无线电干扰，大功率无线电发射台的强磁场在测量导线中产生感生电流引起的干扰。2.静电干扰 当应变计的测量导线和干扰源（例如电力线）之间存在漏电容时，就可能在测量导线中产生静电干扰。 3.地电压、地电流的干扰 目前的动态应变仪和记录仪大多数用交流市电电源，为了操作人员的安全起见，仪器外壳要接通大地。但在某些工厂，只要相隔几米，地电位差高达几伏；在

13、某些风沙大的地区，地电位还会波动，频率为几赫到几千赫，最大幅值为几毫伏。此外在应变测量现场，如果发生雷电、电力线开闭、电源事故、负载变化时都会产生地电流。 测量时，应变仪接大地，如果被测处的应变计也接大地，由于两地之间有一定距离，它们之间就有地电位差U，它将干扰被测信号。 即使被测处的应变计并不直接通大地，但由于应变计及引线受潮或绝缘电阻下降、应变计或导线与被测物之间存在漏电容，这样就等于以一定的阻抗与大地相连，地电位差U也同样会干扰被测信号。 4.测量仪器之间的干扰 当多台应变仪同时工作时，由于每台应变仪的实际载波频率不完全相同，会产生仪器之间的相互干扰。这种干扰是同时使用多台电阻应变仪进行

14、测试时经常碰到的现象7.13 抑制干扰的措施1.抑制电磁干扰和静电干扰的措施：a)测量导线绞扭防电磁干扰 (b)测量导线金属屏蔽套防静电干扰2.抑制地电压、地电流干扰的措施：1）信号电路必须一点接地如果应变仪使用市电电源，仪器的外壳接地，这时应变计处不允许接地，并且应变计与被测构件绝缘电阻要大，分布电容要小，否则地电压、地电流将干扰信号回路。如应变仪采用外壳接地，屏蔽套在该处也接地，这样称为一点接地。 （2）如果应变仪使用电池供电，可以将屏蔽套接仪器外壳，但都不接地，称为“浮空”3.抑制测量仪器之间的相互干扰 ：要抑制测量仪器之间的相互干扰，必须强迫各台应变仪载波频率同步，一般应变仪都有这样的

15、接线端子和联结器。如果应变仪之间的载波频率相差太大时，将无法同步，这时应首先调整应变仪的振荡频率，使它们接近，然后接上同步线。但是同步的应变仪台数不宜过多，否则达不到同步目的，反而使应变仪无法工作。如果测量时使用的应变仪的台数很多时，应当将应变仪分组，每组内的几台同步，同步线要尽量短，且尽量避免与电源线平行布线。同时各组的测量导线要隔开，最好在每一组测量线外增加一层屏蔽层，这样处理后，即可达到抑制多台电阻应变仪同时工作的相互干扰。4.其它抑制干扰的措施：1）如果采取措施后，应变信号中仍有较明显的干扰。且干扰频率范围在被测的动态应变信号频率范围之外，则还可以使用滤波器将干扰信号滤除。 2）如果确

16、定了干扰的来源，应当对干扰源采取屏蔽、接地等措施。2.压电效应与加速度测量8. 压电晶体的特点9. 压电传感器特点10. 三种压电效应和形式 由于压电式加速度传感器的输出电信号为很微弱的电荷，而且传感器本身有很大的内阻，故输出信号能量甚微，要测定这样微弱的电荷（或电压）的关键是防止导线、测量电路和传感器本身的电荷泄漏。因此，通常把传感器信号先输入高阻抗的前置放大器，进过阻抗变换以后再输出，换句话说，压电加速度传感器所用的前置放大器应具有极高的输入阻抗，把泄露减少到测量精确度所要求的限度以内。 因此，前置放大器有两个作用：一是把传感器的高阻抗输出转换为低阻抗输出，二是把传感器的微弱信号进行放大。

17、 电荷放大器以电容作负反馈，是一种输出电压与输入电荷量成正比的前置放大器，能够将传感器输出的微弱电荷信号转化为放大的电压信号，同时能将高阻抗转换成低阻抗输出，使用中基本不受电缆电容的影响，但在电荷放大器中，通常用高质量的元、器件，输入阻抗高，但价格也比较贵。11.两种测量链低阻抗测量 高阻抗测量低阻抗测量（电压模式）高阻抗测量（电荷模式）1）电荷输出型 传统的压电传感器通过内部敏感芯体输出一个与加速度成正比的电荷信号。实际使用中，传感器输出的高阻抗电荷信号必须通过二次仪表将其转换成低阻抗电压信号才能读取。由于高阻抗电荷信号非常容易受到干扰，所以传感器到二次仪表之间的信号传输必须使用低噪声屏蔽电

18、缆。由于电子器件的使用温度范围有限，所以高温环境下的测量一般还是使用电荷输出型。高阻抗测量特点结构上与ICP型传感器相同；信号处理单元（电荷放大器）外置；1950年，在微电子技术发展之前，是唯一的测量方法；高阻抗测量操作较复杂，一般来讲价格昂贵；目前，高阻抗测量多用于环境恶劣，高温条件下的测量 12压电式-压阻式 电容式 原理和特点 压电式传感器是利用弹簧质量系统原理。敏感芯体质量受振动加速度作用后产生一个与加速度成正比的力，压电材料受此力作用后沿其表面形成与这一力成正比的电荷信号。压电式加速度传感器具有动态范围大、频率范围宽、坚固耐用、受外界干扰小以及压电材料受力自产生电荷信号不需要任何外界

19、电源等特点，是被最为广泛使用的振动测量传感器。虽然压电式加速度传感器的结构简单，商业化使用历史也很长，但因其性能指标与材料特性、设计和加工工艺密切相关，因此在市场上销售的同类传感器性能的实际参数以及其稳定性和一致性差别非常 大。与压阻和电容式相比，其最大的缺点是压电式加速度传感器不能测量零频率的信号。 压阻式 应变压阻式加速度传感器的敏感芯体为半导体材料制成电阻测量电桥，其结构动态模型仍然是弹簧质量系统。现代微加工制造技术的发展使压阻形式敏感芯体的设计具有很大的灵活性以适合各种不同的测量要求。在灵敏度和量程方面，从低灵敏度高量程的冲击测量，到直流高灵敏度的低频测量都有压阻形式的加速度传感器。同

20、时压阻式加速度传感器测量频率范围也可从直流信号到具有刚度高，测量频率范围到几十千赫兹的高频测量。超小型化的设计也是压阻式传感器的一个亮点。需要指出的是尽管压阻敏感芯体的设计和应用具有很大灵活性，但对某个特定设计的压阻式芯体而言其使用范围一般要小于压电型传感器。压阻式加速度传感器的另一缺点是受温度的影响较大，实用的传感器一般都需要进行温度补偿。在价格方面，大批量使用的压阻式传感器成本价具有很大的市场竞争力，但对特殊使用的敏感芯体制造成本将远高于压电型加速度传感器。 电容式 电容型加速度传感器的结构形式一般也采用弹簧质量系统。当质量受加速度作用运动而改变质量块与固定电极之间的间隙进而使电容值变化。

21、电容式加速度计与其它类型的加速度传感器相比具有灵敏度高、零频响应、环境适应性好等特点，尤其是受温度的影响比较小；但不足之处表现在信号的输入与输出为非线性，量程有限，受电缆的电容影响，以及电容传感器本身是高阻抗信号源，因此电容传感器的输出信号往往需通过后继电路给于改善。在实际应用中电容式加速度传感器较多地用于低频测量，其通用性不如压电式加速度传感器，且成本也比压电式加速度传感器高得多。 13. 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 作为选用振动传感器的一般原则：正确的选用应该基于对测量信号以下三方面的分析和估算。 a.被测振动量的大小 b.被测振动信号的频率范围 c.振动测试现

22、场环境 传感器的灵敏度：灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化y对输入量变化x的比值。传感器的灵敏度应根据被测振动量（加速度值）大小而定，但由于压电加速度传感器是测量振动的加速度值，而在相同的位移幅值条件下加速度值与信号的频率平方成正比，所以不同频段的加速度信号大小相差甚大。加速度值传感器的测量量程：范围是指传感器在一定的非线性误差范围内所能测量的最大测量值。通用型压电加速度传感器的非线性误差大多为1%。作为一般原则，灵敏度越高其测量范围越小，反之灵敏度越小则测量范围越大。传感器的频率测量范围是指传感器在规定的频率响应幅值误差内（5%, 10%, 3dB）传感器所能测量的频率范围。频率范围

23、的高，低限分别称为高，低频截至频率。截至频率与误差直接相关，所允许的误差范围大则其频率范围也就宽。作为一般原则，传感器的高频响应取决于传感器的机械特性，而低频响应则由传感器和后继电路的综合电参数所决定。高频截止频率高的传感器必然是体积小，重量轻，反之用于低频测量的高灵敏度传感器相对来说则一定体积大和重量重。 工作温度 (deg C)传感器到信号调理及信号调理到二次仪表之间的距离14.实际测量时应考虑的几个问题综合考虑测量链中所有部件的频率响应范围(电路，传感器，AC耦合，数采系统中的抗混滤波等)。对碰撞和冲击测量需要加速度计具有宽的分析频宽和高的响应频率。时域量和频域量呈反比关系。 机械量和电

24、量响应。不能用电子滤波修正机械量的过载。时刻避免使传感器受潮和进行非线性操作。测量噪声直接取决于分析带宽。证实导线长度不影响测试。选择合理的传感器安装方式。确定传感器的敏感轴与测量方向一致。使用电压型传感器解决雨天和潮湿环境下的测试；避免电缆的拖动；确保与地绝缘，避免地回路干扰，最好选择具有与地绝缘特性的传感器；对低阻抗传感器时常检查偏置电压。15.传感器的安装方式对测量的影响为了尽可能精确地测量结构物的振动，安装方法、安装附件、安装位置的选择和选择加速度传感器一样重要，如果不能保证把被测结构的动运动真实传给加速度传感器，就不能获得精确的测量结果。a 螺栓安装；b 粘贴安装；c 安装垫粘贴安装

25、；d 磁座安装16.加速度计的频率下限压电加速度计不可能达到真正的直流响应，尽管加速度计本身具有零频特性。实际的频率下限取决于前置放大器。对于超低频动态测试建议采用电容式加速度计。一般来讲，压电式加速度计适用0.3Hz-10KHz的动态测试。17.如何消除测量噪声测量噪声主要指：1）摩擦电效应；2）地回路影响。而地回路噪声是主要的。克服地回路噪声的主要方法是整个测试链保证单点接地，这就要求传感器要与地绝缘。奇石乐有采用独特技术制造的与地绝缘加速度计。克服摩擦电效应的方法是避免电缆的拖动。此外,为克服外部电磁场干扰,应采用同轴屏蔽电缆.3.数据采集基础18. 信号的概念和分类信号的特征分类19.

26、 数据采集系统的基本组成20. 何谓模拟量和何谓数字量21.何谓数据采集数据采集(DAQ)，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集非电量或者电量信号,送到上位机中进行分析，处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。22.(A/D)模数转换器作用和技术指标 1. 转换精度A .A/D转换器的分辨率以输出二进制（或十进制）数的位数来表示。它说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。从理论上讲，n位输出的A/D转换器能区分2个不同等级的输入模拟电压，能区分输入电压的最小值为满量程输入的1/2n。在最大输入电压一定时，输出位

27、数愈多，分辨率愈高。B.转换误差通常是以输出误差的最大值形式给出。它表示A/D转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字量之间的差别。常用最低有效位的倍数表示。C. 转换时间转换时间是指A/D转换器从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间。23.数模转换器的作用24.数字信号处理器(DSP)DSP可以快速的实现对信号的采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。 数字信号处理是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术。数字信号处理与模拟信号处理是信号处理的子集。数字信号处理的目的是对真实世界的连续模拟信号进行测量或滤波。因此在进行数字信号处理

28、之前需要将信号从模拟域转换到数字域，这通常通过模数转换器实现。而数字信号处理的输出经常也要变换到模拟域，这是通过数模转换器实现的。25. 量程（测量范围）A/D和D/A系统的输入范围26. 采样定理 采样是将采样脉冲序列p(t)与信号x(t)相乘，取离散点x(nt)的值的过程。每周期应该有多少采样点 ？最少2点:频率迭混 由于采样信号频谱发生变化，而出现高、低频成分发生混淆的一种现象。抽样时频率不够高，抽样出来的点既代表了信号中的低频信号的样本值，也同时代表高频信号样本值，在信号重建的时候，高频信号被低频信号代替，两种波形完全重叠在一起，形成严重失真。频率迭混的频域解释时域信号的乘积等于频域信

29、号的卷积采样率小于信号最高频率两倍时出现迭混现象海森伯格测不准原理27. 数字信号处理的优势1)用数学计算和计算机显示代替复杂的电路和机械结构2)计算机软硬件技术发展的有力推动a)多种多样的工业用计算机b)灵活、方便的计算机虚拟仪器开发系统28. 平顺性研究目的研究平顺性的主要目的就是控制汽车振动系统的动态特性，使振动的“输出”在给定工况的“输入”下不超过一定界限，以保持乘员的舒适性。其基本内容为： I)人体对振动的反应和平顺性的评价。 2)振动“输入”路面不平度的统计特性。 3)汽车振动系统的简化，系统频响特性和系统参数对“输出”影响的分析。4)汽车平顺性的测试4.汽车性能试验29.操纵稳定

30、性30. 汽车操纵稳定性的基本内容及评价所用的物理参数1、转向盘中间位置操纵稳定性 ； 转向灵敏度、转向盘力特性 2、方向盘角阶跃输入下的稳态响应转向特性，方向盘角阶跃输入下的瞬态响应； 稳态横摆角速度增益转向灵敏度，反应时间、横摆角速度波动的无阻尼圆频率3、横摆角速度频率响应特性； 共振峰频率、共振时的振幅比、相位滞后角、稳态响应4、回正性； 回正后剩余横摆角速度与剩余横摆角、达到剩余横摆角速度的时间5、转向半径 ；最小转向半径6、转向轻便性：原地转向轻便性、低速行驶转向轻便性、高速行驶转向轻便性 ；转向力与转向功7、直线行驶性：侧向风稳定性、路面不平度稳定性、微曲率弯道行驶性 ；侧向偏移与

31、转向操舵力矩梯度8、典型行驶工况性能：蛇行性能、移线性能、双移线性能、 ；方向盘转角、转向力、侧向加速度、横摆角速度、侧偏角、车速等9、极限行驶能力：圆周行驶极限侧向加速度、抗侧翻能力、发生侧滑时控制能力等； 极限侧向加速度、极限车速、回至原来路径所需时间31. 汽车操纵稳定性试验31.1 GB6323.1蛇行试验31.2 GB6323.2 转向瞬态响应试验（方向盘转角阶跃输入）31.3 GB6323.3转向瞬态响应试验（方向盘转角脉冲输入）32. 测试系统框图5.汽车整车性能测试33.汽车性能的定义：是指汽车能适应各种使用条件而发挥最大工作效率的能力。它是决定汽车利用效率和方便性的结构特性表征。34.汽车性能主要包括:动力性、燃油经济性、制动性、操控稳定性、平顺性以及通过性等。3