汽车性能试验.doc

车辆工程综合实践实验报告书2013-14

车辆工程综合实践
实验报告书

院系： 机械工程学院
学号： 02010220
姓名： 苏冠明
同组同学： 俞斌（02010201） 费凡（02010221）
吕雪冬（02010207） 庞云天（02010220）
实验地点： 机械楼
实验时间： 2013 .09.—2014.1.

实验报告成绩：

评 阅 人 ：

东南大学机械学院车辆实验室
2013年11月制表

目 录

实验一 底盘测功机使用实验。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。P3

实验二 四轮定位仪原理与使用实验。。。。。。。。。。。。。。。。P9

实验三 四轮驱动混合动力汽车整车性能仿真试验。。。。P14

总结 ******************************************* P18

参考文献 *************************************** P18

实验项目一

实验题目
底盘测功机使用实验
实验目的
1、掌握汽车底盘测功机系统的组成、工作原理
2、熟悉且掌握底盘测功过程基本步骤与方法
3、掌握有关测试项目与内容
4、了解相应的国家或行业测试技术规范
实验内容
1、电涡流测功机简介
电涡流测功机的产生的制动扭矩（转矩）Md是由励磁电流I和转速n决定的，即Md=f（I，n）。通常称电涡流测功机励磁电流不变时的转矩-转速曲线为电涡流测功机的机械特性，又称电流控制特性，如下图所示。

图1-1 涡流测功机的机械特性
2、底盘测功机系统的组成与工作原理
底盘测功机一般由滚筒装置、测功装置、飞轮机构、测速装置和控制显示系统等构成。参见下图：

1-机架 2-功能吸收装置 3-变速箱 4-滚筒 5-速度传感器 6-联轴节
7-举升器 8-制动器 9-滚筒 10-力传感器
图1-2 普通型汽车底盘测功机道路模拟系统结构示意图
各装置的基本功能介绍：
（1）滚筒装置：测功试验时，汽车驱动轮在滚筒上滚动，驱动滚筒旋转。因此，滚筒装置的作用相当于能够连续移动的路面，支撑车轮，并传递功率、转矩、速度。底盘测功机的滚筒装置有单筒和双筒两种类型。
（2）测功装置：测功装置用于吸收和测量汽车驱动轮的输出功率，通常称为测功器。汽车在试验台上运转时，其外部阻力为驱动轮的滚动阻力、轴承摩擦力和空气摩擦力及滚筒机构的轴承摩擦力等，这些阻力之和比汽车在道路上行驶时受到的外部阻力要小得多。另外，在试验台上不存在汽车在道路上行驶时所受的空气阻力和坡度阻力。因此，测功装置也是一个加载装置，可以模拟汽车在道路上行驶时所受的各种阻力，使车辆受力情况如同在道路上行驶时一样。测功机类型有水力测功机、电力测功机和电涡流测功器三类。

图1-3 风冷式电涡流功率吸收装置

（3）测速、测距装置：底盘测功机在进行测功、加速试验、等速试验、滑行试验和燃油经济性试验时，都必须对试验车辆车速和行驶过距离进行测试。测速装置一般由测速传感器、中间处理装置和指示装置构成。常用测速传感器有光电式、磁电式、霍尔传感器和测速电机等类型。测距装置一般为光电盘脉冲计数式，主要由光电变换器、计数器和控制电路组成。
（4）飞轮装置：飞轮机构用来模拟汽车在道路上行驶时的动能，常采用离合器以实现与滚筒的自由结合。飞轮机构通常具有一组多个飞轮。
（5）控制装置：底盘测功机的控制装置和指示装置通常做成一体。
测功系统控制逻辑如下：

图1-4 电涡流式加载装置控制系统框图

3、底盘测功机的基本功能
参见电脑系统界面
4、测功机控制系统操作
参见测功系统操作
实验步骤
1.使用前的准备工作
（1）车辆外部清洗干净；
（2）不容许轮胎花纹中夹有石粒；
（3）轮胎气压符合标准；
（4）发动机底壳机油油面应在允许范围内；
（5）发动机机油压力应在允许范围内；
（6）自动变速器（液力变扭器）的液面应在规定的范围内。
（7）运行走热全车，使之达到正常热状态。
2.汽车底盘测功机的使用
（1）开机前必须按使用说明书的要求，对底盘测功机做好准备工作；
（2）按规定程序操作；
（3）惯性模拟系统除进行多工况油耗试验、加速、滑行试验外，不允许任意使用；
（4）突然停电时，引车驾驶员应即可松油门并挂空挡；
（5）引车驾驶员必须严格按引导系统提示操作。
3．功率测试方法
（1）设定试验车速或力矩。
（2）启动车辆发动机，按规定程序加载负荷。
（3）待发动机转速稳定后，读取并记录指示功率数值。
（4）重复测试三次，取平均值。
实验结果与分析说明
在设定速度为55km/h时，得出的数据变化图线如下图所示：

从图中可以发现，随着车速逐渐达到预定的速度，相对应的牵引力和功率也趋于稳定。实验数据也存在一定的问题，那就是当车速达到预定的55km/h左右时，相应的牵引力却还没有达到稳定值，还在上升中，这表示牵引力的数据相比于速度数据有延迟。同样，功率也有相应的延迟。但数据的总体变化趋势还是较为合理的。
5档手动变速器汽车的驱动力-阻力平衡分布示意图如下图：

低档对应的驱动力大，速度小；高档对应的驱动力小，速度大。
实验思考题
1、底盘测功机的基本组成是什么？各装置有什么作用？
答：底盘测功机一般由滚筒装置、测功装置、飞轮机构、测速装置和控制显示系统等构成。
滚筒装置的作用相当于能够连续移动的路面，支撑车轮，并传递功率、转矩、速度。
测功装置用于吸收和测量汽车驱动轮的输出功率。
飞轮机构用来模拟汽车在道路上行驶时的动能。
测速、测距装置作用是对试验车辆车速和行驶过距离进行测试。

2、底盘测功原理是什么？
答：汽车在试验台上运转时，其外部阻力为驱动轮的滚动阻力、轴承摩擦力和空气摩擦力及滚筒机构的轴承摩擦力等，这些阻力之和比汽车在道路上行驶时受到的外部阻力要小得多。另外，在试验台上不存在汽车在道路上行驶时所受的空气阻力和坡度阻力。因此，测功装置也是一个加载装置，可以模拟汽车在道路上行驶时所受的各种阻力，使车辆受力情况如同在道路上行驶时一样。

3、底盘测功机滑行实验项目有何功用？应用特点？
答：滑行实验用来检查汽车底盘装配和调整质量。
计算机根据滑行速度实时计算滑行过程中阻力的变化，按计算的阻力对电涡流测功机进行实时模拟加载控制。

4、电涡流测功器的外特性如何？
电涡流测功器精度高且有较宽的转速与功率调节范围。它的工作原理是:可转动的定子绕组内通有电流,当具有齿状的电感器由被测机械通过轴带动旋转时，由于磁通的变化而感生电动势，产生的电涡流引起制动作用，因此这种测功器只能测量有效输出功率。由于电涡流测功器吸收的功率全部变成涡流环的温升，故需要有相应的冷却系统。

5、底盘测功机有哪些主要功能？
答：底盘测功机是用于测量汽车驱动轮输出功率、扭矩（或驱动力）和转速（或速度）的专用计量设备。有些底盘测功机附加飞轮系统等，还可以测量汽车的加速性能、滑行性能等。

6、本测功机系统进行车辆恒速功率测试时候的最小许可车速是多少？为什么？
答：25r/min。

7、哪些因素影响底盘测功机的车辆动力性（功率等）测试精度？
答：1.检测工况的控制精度。2.底盘测功机内阻的功率损耗。3.车轮滚动阻力的影响。底盘测功机车型库不完备。

8、请写出底盘测功机实验的基本操作步骤？
答：首先在计算机上设定要达到的转速值，车辆上的操作人员根据此数值逐渐加速到这一数值并保持恒定一段时间，计算机便会绘出转矩车速功率的变化图。

9、查阅有关资料，简要说明如何用底盘测功机测定试验车辆的滑行距离？
答：滑行距离检测开始时，速度型号反馈到计算机，计算机根据速度实时计算滑行过程中阻力的变化，按照计算的阻力实时调节电涡流加载电流，实现实时模拟加载控制。

10、简述实验用底盘测功机系统可以进行哪些实验项目？
答：汽车动力性测试：模拟汽车运行工况，测定汽车驱动轮驱动力、输出功率、最高车速、加速时间以及相应的特性。
燃料经济型和汽车排气排放污染物测试：模拟汽车运行工况，测定燃油消耗量和排气排放污染物。
汽车技术状况检测、故障诊断：检测滑行距离、滑行时间等。

实验项目二

实验题目
四轮定位仪原理与使用实验
实验目的
1.掌握电脑四轮定位仪的原理及组成；
2.掌握电脑四轮定位仪的安装及使用方法；
3.掌握有关项目的检测；
4.了解有关车轮定位的调整方法及有关技术要求。
实验内容
在汽车行驶中出现下列情况时，需进行四轮定位的检测和调整：
1） 直线行驶困难；
2） 前轮摇摆不定，行驶方向飘逸；
3） 轮胎出现不正常磨损；
4） 汽车更换悬架系统、转向系统有关部件活前部经碰撞事故维修

检测指标
四轮定位的检测项目包括：转向轮前束值或角及前张角、转向轮外倾角、主销后倾角、后轮前束值或角及前张角、后轮外倾角、轮距、轴距、转向20°时的前张角、推力角和左右轴距差等，参见下图示意。

图2-7 四轮定位的检测项目
a) 车轮前束值和前张角；b）车轮外倾角；c）主销后倾角；d）主销内倾角；
e）转向20°时的前张角；f）推力角；g）左右轴距差

不同车型的四轮定位参数不同。汽车的四轮定位是否合格，需要把检测结果与标准值进行比较才能确定。
四轮定位好处：
　　1.增强驾驶舒适感；
　　2.减少汽油消耗；
　　3.增加轮胎使用寿命
　　4.保证车辆的直行稳定性；
　　5.降低底盘悬挂配件的磨损；
　　6.增强行驶安全
实验步骤
1、检测前准备；
2、检测仪器安装；
3、电脑控制台启动；
4、根据控制系统界面提示进行相关操作
5、根据电脑提示完成数据保存与打印输出。
实验结果与分析说明：
实验结果列表如下：
前外倾下限
前外倾上限
前束下限
前束上限
后倾下限
后倾上限
内倾下限
﹣0°30′
﹢0°30′
﹣0°13′
﹣0°5′
﹢4°48′
﹢5°40′
﹢11°11′
内倾上限
后外倾下限
后外倾上限
后前束下限
后前束上限
前右前外倾
前左前外倾
﹢12°11′
﹣1°45′
﹣0°45′
﹢0°15′
﹢0°30′
﹢0°28′
﹢0°3′
前右前前束
前左前前束
前总前束
前前退缩
前右后倾
前左后倾
前右内倾
﹣0°18′
﹣0°16′
﹣0°34′
﹢0°0′
﹢4°43′
﹢4°5′
﹢10°35′
前左内倾
前右转角
前左转角
前右前展
前左前展
前右包容角
前左包容角
﹢10°21′
﹢0°0′
﹢0°0′
﹢0°0′
﹢0°0′
﹢11°3′
﹢10°24′
前右后外倾
前左后外倾
前右后前束
前左后前束
前后总前束
前推进角
前后退缩
﹣1°40′
﹣1°50′
﹢0°9′
﹢0°20′
﹢0°29′
﹢0°5′
﹢0°0′
后右前外倾
后左前外倾
后右前前束
后左前前束
后前总前束
后前退缩
后右后倾
﹢0°28′
﹣0°2′
﹣0°12′
﹣0°16′
﹣0°28′
﹢0°0′
﹢4°35′
后左后倾
后右内倾
后左内倾
后右转角
后左转角
后右前展
后左前展
﹢4°23′
﹢10°35′
﹢10°21′
﹢0°0′
﹢0°0′
﹢0°0′
﹢0°0′
后右包容角
后左包容角
后右后外倾
后左后外倾
后右后前束
后左后前束
后后总前束
﹢10°3′
﹢10°19′
﹣1°45′
﹣1°53′
﹢0°9′
﹢0°20′
﹢0°29′
后推进角
后后退缩

﹢0°5′
﹢0°0′

从所列表中可以发现，前右前前束、前左前前束、前右后倾、前左后倾、前右内倾、前左内倾、前左后外倾、前右后前束、后右前外倾、后左前外倾、后右前前束、后左前前束、后右内倾、后左内倾、后左后外倾、后右后前束这些数据是不合格的。后倾角和外倾角不正确会使得汽车在行驶时跑偏；外倾角不正确使得汽车轮胎单边磨损；前束不正确使得轮胎羽毛状磨损；主销后倾角太大使得方向盘太重，太小了则会使得方向盘飘忽不定。
实验思考题
1、你组所测量的轿车的四轮定位参数都有哪些？相关参数物理含义？
答：主销后倾角：在汽车纵向垂直平面内主销轴线与与通过前轮中心垂线的夹角叫主销后倾角。
主销内倾角：在汽车横向平面内主销轴线与铅垂线的夹角即为主销内倾角。
前束角：从汽车正上方向下看，由轮胎的中心与汽车的纵向线之间的夹角为前束角。
外倾角：从汽车的前方看轮胎的几何中心线与地面的铅垂线的夹角，称为外倾角。

2、画示意图说明实验用四轮定位仪测量探头的布置形式？
答：

3、实验用的测量探头表面按钮的功能与使用？
答：电源键POWER,启动探头，发射激光束；OK按钮关闭探头。

4、简述影响汽车四轮定位测量参数的影响因素？
答：1.传感器上的插销受损，会导致卡具上的传感器插套过度磨损，从而引起前束和主销后倾角的测量误差。
2.插座受损会引起电路的接触不良，浙江影响程序的运行和测量误差。
3.操作人员的操作失误。
4.仪器本身的误差，传感器定位精度的误差。

5、实验室实验用四轮定位仪系统的组成如何？各自作用？
答：四轮定位机一台：只需简单的操作就可以测量并显示出四个车轮的定位角度，帮助操作人员进行调整。
四轮定位专用举升器一套：配有转盘，使得汽车在其上面进行检测。

6、如何安装定位测量探头的定位夹具？
答：把传感器支架的中心对准车轮的中心，调整其3个爪子的伸度，使得三个爪子能够牢靠的扣在车轮的轮纹中。要求装上后其不能掉下来。

7、简述主销定位参数的测量原理？
答：以套筒扳手为例，先将扳手杆垂直立于桌面上，扳手接杆与视线垂直并使扳手接杆保持水平，此杆即为转向节轴（面向车头看为左前轮轴）。将扳手杆下端向自己面前偏转一个角度 ，即形成主销后倾角，然后由此位置绕扳手手柄轴线分别向里、向外各转动 角，这时就会发现扳手接杆绕水平面分别向上、向下偏转了 角（如图1所示）。

图1 主销后倾角的测量原理
注销内倾角的测量原理如图2所示，在扳手接杆头部系上一长接杆，长接杆与扳手接杆垂直。将扳手直立于桌面，使长接杆1保持水平位置并与视线垂直，再将扳手柄下端向里偏转一个角度 ，即形成注销内倾角（相当于从左前轮外侧看），然后由此位置绕扳手手柄轴线分别向左、向右各转角 ，这时又会发现接杆分别沿逆时针、顺时针方向转动了 角（如图2所示）。

图2 主销内倾角的测量原理

8、简要说明四轮定位仪检测车辆四轮定位参数时候的基本操作过程？
答：将车辆停放好后开启电源，启动四轮定位仪电脑；将传感器支架装在车轮上；将四个传感器安装在相对应的支架上并调整传感器上的水平仪至水平位置；按照显示器上的显示，进入检测菜单进行选择测量；测量结束后保存数据，以便分析。

9、简要说明车辆一般什么情况下需要进行四轮定位参数的检测？
答：在汽车行驶中出现下列情况时，需进行四轮定位的检测和调整：
1.直线行驶困难；
2.前轮摇摆不定，行驶方向飘逸；
3.轮胎出现不正常磨损；
4.汽车更换悬架系统、转向系统有关部件活前部经碰撞事故维修

10、简要说明四轮定位仪检测参数中，常用四轮定位参数有哪些？各有什么作用？
答：主销后倾角：保证汽车直线行驶的稳定性。适当加大主销后倾角是帮助车轮回正的有效方法。
主销内倾角：帮助转向轮自动回正。使转向轻便。
前束：作用是消除由于外倾角所产生的轮胎侧滑。
外倾角：其作用是防止轮胎不均匀的磨损。

实验项目三
实验题目
四轮驱动混合动力汽车整车性能仿真试验
实验目的
通过实验了解混合动力汽车的现状以及一些先进国家的研究，进而了解中国混合动力车的性能发展需求与现状。
了解中国四轮驱动混合动力车的研究与发展。
结合实践认识掌握不同的动力车的共性与不同。
实验仪器与设备
HEV系统具
仿真平台
实验原理
虽然HEV的实现障碍较小，其研发过程中仍然需要解决很多关键技术问题，主要包括系统集成技术、整车能量管理技术、子系统关键技术及整车试验方法和评价体系的建立。
系统集成技术HEV系统具有高度的复杂性，正是这种复杂性为混合动力系统提供了更大的设计和控制自由度以及减小油耗和改善排放的可能性，混合动力系统设计的关键是系统结构的选择、子系统匹配、整车能量管理策略的开发和系统参数的确定，由于混合动力系统本身的复杂性，这些工作的完成是一个反复的复杂系统集成的过程。提高系统集成的相关技术．是提高混合动力系统研究水平和实车性能的基本前提。系统集成技术主要包括仿真技术、试验技术、硬件在环(HIL)仿真技术和参数匹配技术。
在HEV系统集成的过程中，静态、推静态和动态的分析都建立在仿真的基础上。混合动力系统属于既有连续环节又有时间离散环节的“采样控制系统一，模拟和分析其复杂行为的核心是建立其动态和非线性的仿真模型。由于混合动力系统本身的复杂性，必须按目标和研究对象的不同建立仿真模型，以兼顾结果的准确性和仿真效率。
台架试验既包括子系统的性能试验和参数提取，也包括多个子系统甚至整个动力驱动系统的联合运行试验。鉴于混合动力系统结构的多样性，HEV试验台应当具有通用性并便于扩展，试验台的模块化设计可以满足这一要求。图1-12为一种HEV动力系统试验台方案，其设计目标是可以对多种类型的HEV动力系统进行复杂工况测试，并且建立完善的试验数据处理与测试对象评价体系。混合动力系统台架试验方法的探索及规范化与试验平台的建设相辅相成。

结合软件仿真和台架试验技术，HIL仿真是复杂系统的有效设计方法。对于HEV，HIL仿真是高水平系统集成的主要手段，HIL仿真是一种包含硬件的实时仿真，要求模型和控制策略满足实时要求，而控制策略也将得到修正以消除模型离散化的影响。系统参数的合理选择与匹配为整车控制策略的优化提供了基础。同时，系统参数的选择还要兼顾成本。参数匹配要借助于已经建立并且经过验证的仿真平台。混合动力系统的部件匹配，常常依据目标工况的功率和转矩需求而进行。串联系统的部件匹配相对简单，所依据的功率容易从循环工况的功率请求中获得。并联和混联系统既可以采用动态匹配方法，也可以用反向动力学对各部件参数进行匹配和优化。
实验内容
混合动力汽车的开发总要经历匹配、仿真、试验、硬件在环仿真、反复优化的过程，仿真是我们依赖的重要手段之一，但仿真要求建立准确的仿真模型。
本文的研究正是以此为出发点仅考虑汽车的纵向动力学在姒TLAB／SIMULINK仿真环境中建立模型，分析四轮驱动混合动力汽车整车性能。本文研究对象为牵引力合成型并联式四轮驱动HEV，主要研究内容和思路如下：
(1)分析混合动力汽车的功率平衡方程式，混合动力汽车动力部件如发动机、电机和蓄电池等的运行特性，在此基础上根据结构形式特点进行并联式四轮驱动HEv动力匹配计算；
(2)建立四轮驱动HEV的纵向动力学模型：
(3)根据仿真需要，基于MATLAB／SIMULINK建立四轮驱动HEV的仿真模型，包括动力学模型，驾驶员模型、车辆控制器模型和各个物理子系统模型等；
(4)基于MATLAB仿真模型进行整车动态特性仿真研究，计算整车燃油经济性和排放性等；
(5)研究道路循环对整车燃油经济性和排放特性的影响，并基于上海市道路循环进行仿真分析。
实验步骤

根据上述流程图
1，建立车轮模拟并进行数据采集；
2，建立底盘模拟并进行数据采集；
3，对油耗进行模拟并采集数据；
4，对车程的模拟与数据采集；
5，发动机功率模拟与数据采集；
6，电池消耗的模拟与数据采集。
实验结果整理与分析
电动汽车是汽车发展的必然趋势。纯电动汽车虽然具有零排放的特点，但由于动力电池技术尚未取得重大突破，汽车行驶里程过短，限制了其广泛运用。燃料电池汽车被很多专家认为是汽车发展的终极目标，但成本高，短期内难以实现产业化。混合动力汽车只是将电池作为辅助能量，动力电池技术的影响被相对削弱，同时具有续驶里程长，成本相对较低，技术难度相对较小，而且具有很好的燃油经济性和排放水平，因而发展前景广阔。
本文结合研究所承接的混合动力汽车关键技术研究相关子课题，对混合动力汽车整车动力匹配和仿真建模进行了研究。
1． 建立了混合动力汽车整车功率平衡方程，在分析了发动机、电机和电池等混合动力汽车动力部件运行特征的基础上给出了根据动力性设计目标对四轮驱动混合动力汽车进行初步动力匹配设计的关系式。
2． 在分析了混合动力汽车受力特性的基础上，建立了整车纵向动力学模型，该模型包括车轮模型和车身模型两部分。在给出模型数学描述的同时，基于MATLAB／SIMULINK仿真环境建立了纵向动力学模型的仿真模型。
3． 分析了发动机、电机和电池运行特性的数学描述，给出了各动力模块的相关物理量间的函数关系，基于MATLAB／SIMULINK仿真环境建立了各动力部件的仿真模型。
4． 研究了混合动力汽车动力性、经济性和排放性的评价方法。基于功率平衡方程给出了动力性指标的计算公式；基于已经建立的仿真模型针对多种道路循环工况进行仿真，分析了整车油耗和排放特性，结果表明四轮驱动混合动力汽车具有良好整车性能，循环工况对混合动力汽车的性能影响很大，因而混合动力在设计之初就应该考虑地区典型车辆运行条件对整车动力部件合理匹配。

总结
通过车辆工程实践的实验课，让我初步了解了汽车方面的相关知识。几个简短的测试实验扩展了我的视野，让我认识到了汽车测试的特点及基本流程。课上的实验过程不仅锻炼了我们的动手能力，也使得我们对相应的理论知识有了更加深刻的认识。实验的目的并不是要展示我们的水平，相反，实验使得我们认识到自己不清楚的问题，给了我们在课后进行相关方面学习的动力，努力的弄明白其中的道理。当然了，课后撰写实验报告的过程也是对实验过程的进一步思考，通过实验分析和回答思考题，我们又可以发现新的问题，继而查找资料加以解决，提高学习的效果。

参考文献
[1] 慈勤蓬 梁杰,汽车四轮定位仪. 济南交通高等专科学校.1999.P8-18
[2] 余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，1990.P30-56

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