汽车测试技术教学PPT 测试技术在汽车上的应用.ppt

第九章测试技术汽车上的应用 熟悉发动机的测试平台 了解汽车振动测试 熟悉汽车底盘测功 1 2 3 学习要求 发动机的测试平台 有 动力性指标 经济性指标 振动与噪声 排放性能指标等 按最新国家标准 汽车发动机性能试验方法 gb t18297 2005 规定 发动机的性能参数大部分都是在发动机试验台架上在各种稳定工况下测得的 一个完整的发动机试验台应包括测功器 试验用发动机 固定用的基座 联轴器 燃料消耗量测量仪 发动机状态监测仪表 控制系统等 发动机的主要性能指标 发动机试验台的构成 发动机试验台的一般要求 1 发动机应安装方便 在一定功率和转速范围内能试验不同类型的发动机 有一定的通用性 2 试验条件与装车条件尽量一致 发动机应带有国家标准中规定的附件 包括空气滤清器和排气消声器等 3 试验设备和测量仪表的精度和安装位置应符合国家标准的要求 以保证正确测量及不同的试验台测量时的可比性 4 采用先进的测试技术和仪表 实现测试自动化 发动机的测试平台 发动机试验台的组成 发动机的测试平台 测功器及控制系统 测功器给发动机加负载 模拟汽车实际行驶时的道路阻力和载重量 测控系统对发动机形成稳定的运转工况 并通过直接测量发动机的稳态转速和转矩 间接得出发动机的功率 发动机试验台的组成 发动机的测试平台 发动机台架 发动机通过联轴器与测功器相连 由支架支撑发动机并固定在底座上 支架与发动机之间有弹性减振块 发动机试验台的组成 发动机的测试平台 燃料消耗量测量仪 燃料消耗量是发动机的经济性指标 必须准确测量 燃料消耗量测量仪有两个作用 提供燃料给发动机并测量发动机的燃料消耗量 发动机试验台的组成 发动机的测试平台 空气消耗量测量仪 测量进气流量的目的是计算空燃比 通过空燃比的值可分析发动机的燃烧过程 发动机试验台的组成 发动机的测试平台 进排气系统 进气系统包括空气流量计和空气滤清器 进气系统能供应发动机完全燃烧时所需的新鲜空气量 能测量空气流量 进气噪声小 排气系统由排气消声器和催化反应器组成 应保持发动机手册上规定的排气背压 如果达不到规定值 在排气管中加装背压调节阀 并用压差计测量排气背压 发动机试验台的组成 发动机的测试平台 冷却液温控系统 国家标准中规定正常试验中冷却液温度保持在一定温度范围之间 为达到这个要求 试验台有专门的冷却液系统 包括水箱 加温器 散热器 温度计和温度控制器 2作用 是把受热机件感受的多余热量散发到大气中去 以保证发动机在正常温度下工作 冷却系统 1组成 由水泵 散热器 气缸体和气缸盖铸出的空腔 水套 风扇 气缸体放水阀等组成 发动机的测试平台 发动机试验台的组成 发动机的测试平台 润滑油温控系统 发动机在额定功率下工作时 润滑油温度上升很快 国家标准规定润滑油的工作温度应在一定的温度范围内 因此需将过热的润滑油送入机油散热器中 待降温后再进入发动机 图9 2一套典型的发动机测量系统 发动机的测试平台 动态仿真试验台 发动机的测试平台 国家标准规定的汽车动力性 安全性 排放性能指标检测都是在转鼓试验台上进行的 动态仿真试验技术能够模拟车辆行驶的各种过程 如起步 换挡 变速 制动和停车等 在发动机试验台架上再现实际运行工况 动态仿真试验台只需在原有试验系统上加装控制软件 即可实现动态仿真的要求 但对测功器的要求很高 具有倒拖功能 响应快 转动惯量小 带有发动机节气门控制系统 动态仿真试验系统是高速动态的 非线性的 多参数的控制系统 系统的输入量是车速和道路条件 控制量是测功器负载和发动机节气门位置 输出量是发动机转速和制动转矩 1传感器部分用来检测转速 转矩和节气门位置 2控制器部分根据计算结果 向执行器发送控制信号 3执行器部分根据控制信号调节测功器负载和发动机节气门位置 控制系统包括三个部分 发动机的测试平台 发动机的测试平台 图9 3发动机动态仿真试验系统原理图 温度测量 发动机的测试平台 温度测量是发动机测试的主要项目之一 在发动机中 环境温度 进气温度 排气温度 缸内燃烧气体温度 冷却液温度 润滑油温度 测功器冷却液温度 燃油温度等都是影响发动机性能的重要参数 温度测量用传感器按测量方式一般有接触式传感器和非接触式传感器两种 根据测试系统选用相应的温度传感器 热电偶温度计 热电偶温度计是目前温度测量中应用极为广泛的一种温度测量系统 其工作原理是基于物体的热电效应 发动机台架测试系统中 一般需测定的压力参数有 润滑油压力 大气压力 进气压力 排气背压 曲轴箱压力 缸内压力 进气真空度 测功机冷却水压等 压力测量 发动机的测试平台 应变式压力传感器 压阻式传感器 压电式压力传感器 在发动机的试验中 需要进行各种液体和气体的流量测量 包括 燃油消耗量 润滑油流量 冷却液流量 空气进气量 排气流量 曲轴箱漏气量等 常用流量测量方法一般分为容积型 速度型和质量型三类 一般根据被测介质的性质 流量计用途 工况条件 安装条件 振动情况等进行合理选用 流量测量 发动机的测试平台 转速和功率测量 在发动机试验研究中 转速是一个重要的特性参数 发动机曲轴转速的测量 可以用来计算发动机的有效功率 也可以由此判定或控制发动机工况的稳定程度 转速的测量 按照测量方法分类可分为仪表直接与被测旋转轴接触测量的接触法 仪表不与被测旋转轴接触的非接触法 以及从转轴以外的检测的方法等 发动机的测试平台 转速的测量 功率的测量 功率的测量通常采用间接测量的方法 即直接测出发动机输出轴的转矩和转速后通过计算得出式中t n m 为转矩 转速n r min 功率p kw 转速和功率测量 发动机的测试平台 汽车振动的测试 汽车振动是影响汽车性能的重要因素 这种振动会严重地影响汽车的平顺性和操纵稳定性以及汽车零部件的疲劳寿命 悬架是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称 其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭 并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力 并衰减由此引起的震动 以保证汽车能平顺地行驶 汽车振动的测试 振动的幅值 频率和相位是振动的三个基本参数 称为振动三要素 只要测定这三个要素 也就决定了整个振动运动 另外还有速度 加速度等参数 汽车振动的测试 进行汽车悬架性能试验研究的关键是建立一套由振动试验台 测控装置及数据处理组成的悬架性能测控分析系统 电动式振动台 电控液压伺服试验台 机械式悬架性能试验台 机械式悬架性能试验台的激振装置通常是由带有旋转惯量的电动机和产生振动的机械机构构成 机械式悬架性能试验台 其基本检测过程是 电动机带动振动机构达到稳态后断电 激振台的振动机构在旋转惯量的带动下产生一个从高频到低频的频率扫描过程 23 0hz 图9 4机械式悬架性能试验台原理 在这个过程中 当激振频率与悬架固有频率重合时 便会发生共振 通过位移或力的信号测出共振频率 并得出位移或力的大小变化 给出振动衰减过程中振幅包络线的形状 以便与标准的形状进行比较 从而发现悬架性能存在的问题 进而判断悬架性能的好坏 共振时的频率的大小直接反映悬架刚度的大小12 13hz的是低刚度悬架 15 16hz的是中等刚度的悬架 18 19hz的为高刚度悬架 频率和振幅可调的机械式试验台 试验台构成和工作原理 试验台由激振台 计算机检测控制系统 计算机试验数据处理系统和附属设备4个部分组成 工作原理为 电动机通电旋转 使激振台振动 试验台的振动频率 扫频时间和振动幅值由计算机进行控制 通过对左右轮振动频率的不同组合来模拟实际的路面输入 从而使测试系统满足汽车悬架特性测试的要求 频率调节 试验台采用的是感应式电动机 通过变频调速改变它的转速 使振动台产生不同频率的振动 频率和振幅可调的机械式试验台 异步电动机的转速公式 n n1 1 s 60f1 1 s p 式中 p 电动机极对数s 转差率f1 电源频率 hz 调速的途径有三种 改变极对数p改变电源频率f1改变转差率 采用计算机来控制变频调速器以达到控制电动机的转速 选变频器正常工作需要的信号有四个 启动 正反转 频率大小以及变频器模式选择信号 计算机输出变频器的某些控制信号 必须通过d a转换卡转换为模拟量才会对变频器起作用 频率和振幅可调的机械式试验台 振幅调节 试验台的振动是通过电动机带动偏心凸轮来实现的 通过驱动器件改变试验台与激振源的接触位置 从而改变试验台的振幅 频率和振幅可调的机械式试验台 图9 7振幅调节机构简图 激振源振动 带动1点振动 该点产生位移x1等于试验台激振器的振动幅值是定值 不随位置的改变而变化 步进电机带动丝杆转动改变1点的位置 使n1发生变化 随着n1的连续变化 振动台振幅在一定范围内得到了任意控制 硬件介绍 频率和振幅可调的机械式试验台 1 压电式加速度传感器压电式加速度传感器频率响应范围宽 尺寸小 重量轻 安装方便 测量点的位置比较精确 对结构的附加质量影响也较小 2 电荷放大器由于所用的压电式加速度传感器内阻很大 所以在振动测量中 经常要配用电荷放大器作为前置放大 放大器应该具有使用频率宽 动态范围大以及相频特性好等特点 3 电机调速器 4 a d卡和d a卡 5 步进电动机 频率和振幅可调的机械式试验台 测试系统的控制方法 1开环控制在本测试系统中 需要用计算机来控制变频器的输出改变试验台的振动频率 通过计算机控制步进电机改变试验台的振幅 使试验台的频率和振幅达到任意控制 2闭环控制利用偏差来产生控制作用 进而消除或减小偏差 闭环控制系统的一个突出优点就是不管由于干扰或由于系统结构参数变化所引起的被控量偏离给定值 都会产生控制作用去消除偏差 频率和振幅可调的机械式试验台 频率和振幅可调的机械式试验台 汽车振动的测试 3误差分析处理开发实验台的闭环控制系统中 加速度传感器在测量加速度信号时所产生的误差 将直接影响控制精度 引起加速度测量误差的因素是多方面的 主要是试验设备的限制 以及外界原因造成 1 振幅引起的误差 2 频率引起的误差 3 传感器 放大器 采集器引起的误差 4 闭环控制精度 底盘测功机是一种不解体检验汽车性能的室内检测设备 它是通过模拟道路行驶工况的方法来检测汽车的使用性能和技术状况 底盘测功机主要用于检测汽车的动力性 还可以测量多工况排放指标及油耗等 同时能方便地进行汽车的加载调试和诊断汽车在负载条件下出现的故障等 第四节汽车动力学的测试 第四节汽车动力学的测试 汽车底盘测功 底盘测功 为了获得驱动车轮的输出功率 驱动力 以便于评价汽车的动力性或用测得的驱动车轮的输出功率 驱动力 与发动机飞轮输出功率 驱动力 进行比较求出传动效率以便于判定底盘传动系技术状况 汽车底盘测功机是检验汽车性能最重要的台架试验设备 它通过滚筒和和加载设备来模拟汽车在道路行驶时的工况以检测汽车的动力性 燃料经济性 滑行性能 车速表误差 第四节汽车动力学的测试 汽车底盘测功 测力式底盘测功试验台一般由滚筒装置 功率吸收装置 即加载装置 测量装置和辅助装置四部分组成 汽车底盘测功 一 滚筒装置汽车底盘测功机按照滚筒形似的不同可以分为大直径单滚筒式 双轮双滚筒式 单轮双滚筒式 汽车底盘测功 单滚筒式 滚筒直径大 1500 2500mm 制造和安装费用大 但测试精度高 多用于制造厂和科研单位 双滚筒式 滚筒直径小 180 500mm 设备成本低 使用方便 但测试精度较差 一般用于汽车使用 维修行业及汽车检测线 站 滚筒的表面状况滚筒的表面状况是指滚筒表面的加工方法和清洁程度 水 油和橡胶粉末的污染等 汽车底盘测功 汽车在干燥滚筒上的驱动过程是一个摩擦过程 总摩擦力有若干分力组成 如 f总 f附着 f阻滞 式中 f附着 接触面间的附着力 f阻滞 轮胎在滚筒上滚动变形时 由于伸张作用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 该两项分力取决于轮胎材料 结构和温度 安置角所谓汽车车轮在滚筒上的安置角是指车轮与滚筒接触点的切线方向与水平方向的夹角 台架的阻力系数随着安置角的增大而增大 汽车底盘测功 试验过程对安置角的要求如下 a 车轮带动装有惯性飞轮的滚筒以最大加速度加速时 不得驶出滚筒 以确定最小安置角 b 当台架滚筒制动后 保证车辆仍可驶出滚筒 以确定最大安置角 汽车底盘测功 二 功率吸收装置 加载装置 功率吸收装置模拟空气阻力 爬坡阻力 从动轮的轴承摩擦和空气摩擦等 使汽车在试验台上的受力情况同行驶道路上基本一样 汽车底盘测功 底盘测功机功率吸收装置类型在汽车检测线所用的底盘测功机功率吸收装置的类型有 电涡流式 水力式和电力式 大多数滚动试验台的功率吸收装置均采用电涡流测功器 它主要由定子和转子两部分组成 在定子周围装有激磁线圈 转子作为电磁盘与试验台主滚动筒相连 并在磁场线圈之间转动 汽车底盘测功 当电涡流测功器的激磁线圈通入电流时 两极间产生磁场 当汽车驱动轮带动滚筒及电涡流测功器转子通过激磁线圈磁场转动时 由于磁通密度发生变化使转子表面上产生 电涡流 该 电涡流 与磁场相互作用 对转子盘产生制动阻力矩 通过调节激磁线圈电流的大小 即可改变制动阻力矩 即吸收功率 的范围 因而能在不同工况下试验汽车驱动轮的输出功率 汽车底盘测功 电涡流测功器将吸收汽车驱动轮输出的功率而产生的涡电流变为