《汽车理论》学习指南

汽车试验学（2）指示书

清华大学汽车工程系

2009年1月

1、概述

汽车作为一种用途最为广泛的现代化交通工具，它与人类的生产生活有着密切的

关联。在发达国家汽车已经普及（每家1〜2辆）。在我国，汽车进入家庭的速度正在

加快，北京市场上，新车购买率私车长期高于公车；截止到2007年6月北京市在机动车

已突破300万辆。汽车行驶在地球的各个角落，给人们的工作生活带来极大便利，但也

引发大量的交通事故，还对环境造成污染，形成严重的社会问题。因此人类对汽车的

性能提出了愈来愈高的要求，而且要求汽车在到达用户手中之前，就已达到当时的技

术水平和法规的要求。如何预测新生产汽车的性能，在不同的使用条件下汽车会出现

怎样的损坏，使用多长时间会发生什么故障，出现意外事故时对车内车外的人会造成

什么伤害，等等。经过长期的实践，人们发现，只有通过对汽车全面的试验，才能在

产品投放市场之前就能有效地验证设计、检验质量、发现问题并为改进设计提供依

据。试验是汽车设计生产过程中的一项重要工作，并在某种程度上决定着设计的成

败。在汽车诞生的初期，汽车产品多没有经过试验，生产出来就交给用户。用户在实

际使用中暴露出各种问题，再通过经销商和维修部门反馈给制造商。这种方式存在的

问题是：①问题反馈不上来--用户疏于反映或已车毁人亡；②不准确--对故障和使

用条件叙述失准；③周期长--由于使用的频度不同，有时需要很长时间。甚至在使用

中已经出现严重问题，情况却不能及时反馈回来，使制造商面临巨额的赔偿和诉讼。

迫于生产实际的需求，在汽车的设计、生产、销售和售后服务体系中，又逐渐发展出

一个重要的门类，这就是汽车的试验。有人根据他在整个体系中所起的作用，认为他

是最重要的一个环节。现在，一款新车、一种新总成、甚至小到一个新零件，如果没

有经过试验，都不可能投入使用。

汽车的试验按目的分类可以分为性能试验和寿命试验。按试验环境又可分为室内

试验和室外试验，室内试验多在试验台上进行，模拟各种使用条件，室外试验则是在

实际使用环境中进行，多是在试验场内的道路上实测。如果按被试物体分类还可分为

整车试验和总成零部件试验，整车试验多为道路试验，可是如果把汽车整个放到试验

台上则可以加快试验进度，总成零部件以台架试验为多，但最终还要把他装到车上进

行道路试验检验。尽管计算机技术的飞速发展为汽车的设计计算和模拟试验提供了先

进的手段，但是到目前为止，模拟计算和模拟试验仍不能完全替代试物试验，世界各

汽车巨头每年都要拿出数量不菲的整车和部件，在各种使用条件下（包括模拟环境）

进行没完没了的试验，并把试物试验的结果作为检验汽车设计成功与否的最终唯一标

准，由此不难看出试验工作在整个汽车开发设计生产过程中的重要性。

根据教学大纲要求，我们所讲的汽车试验学，汽车部分主要讲整车的道路性能试

验，发动机部分侧重整机的台架性能试验。

1.1汽车试验的分类（汽车部分）

汽车的试验分为性能试验和寿命试验两大类。性能试验是指用试验的方法去检测

汽车的各种实际性能，测量和检验其是否达到了设计的要求，侧重性能。而寿命试验

也叫可靠性试验，是在一定的使用和试验条件下，用强化和多次重复的方法考核试

件，预测和检验汽车的寿命。

1.1.1汽车的性能试验

1）安全性能试验：分为主动安全性和被动安全性。主动安全性指设计的汽车要满

足安全行驶的要求，行驶中能够预防和避免事故的发生。其试验主要有操纵性、稳定

性、制动性能、前后视野、影响驾驶的环境等。被动安全性则是指当事故发生后如何

避免乘员的伤亡，尽量保护车内外人员。测量内容包括吸能的保险杠和前后皱折区，

不变形的成员区设计，安全带、溃缩式方向盘（柱）、安全玻璃、安全气囊及防碰撞泄

露着火措施。

2）防公害性能试验一为了保护人类共同的生存环境，测试汽车废气的排放、噪

音、各种有害物的泄漏和废弃物的回收处理。

3）动力经济性试验一测量汽车的加速性能、最高车速、最大爬坡度、燃料消耗

量，这是广大消费者非常关心的汽车常规性能指标。

4）舒适性试验一汽车振动对乘员乘坐舒适的影响（平顺性）、驾驶和操作位置、

防尘防雨密封性、通风换气冷暖空气调节。

5）适应性试验一寒冷气温下的启动和润滑、炎热地区汽车的散热和冷却、盐雾的

腐蚀、玻璃的去雾除霜、越野汽车在无路地区的通过性等。

性能试验基本为实际使用条件下的室外试验测量。

1.1.2寿命一可靠性试验：通过实际和模拟使用条件下的不断重复以至强化，检验零

件、总成、整车的寿命、损坏情况，考核材料、制造工艺是否符合要求。寿命试验有

室内室外（试验场）两类。

1）室内试验：在试验机和试验台上进行，模拟使用条件，进行简单的重复。比如

多次开关车门、发动机盖，反复刹车、不停顿地推拉座椅的骨架，小到一个橡胶垫或

螺丝，大到把整车都架到振动试验台上做模拟道路行驶的振动疲劳强化试验。其数量

之多、内容之广泛，涉及到多种学科，是汽车试验中最大的一支。由于室内试验具有

重复性好、可控制、不受天气环境影响、效率高的特点，因此得到广泛应用。现代汽

车上的所有部件、总成、整车从一开发出来，就首先进入试验室进行疲劳试验，直到

它满足要求或寿命到头为止。

2）室外试验：主要是整车的道路行驶试验，大部分在试验场内，除了极寒冷、酷

热环境、雪地和沙漠以外，大部分的使用条件都已能在试车场里实现。试车场内的道

路是参考了世界上各个地区的典型道路而修建的。有高速环道可供车辆持续稳定地高

速行驶，考核发动机、冷却系、底盘、轮胎等。也有强化路一包括了所有可能遇到的

道路：混凝土路、柏油路、石块路、搓板路、扭曲路、卵石路、鱼鳞坑路、铁路交叉

路口、沙石路、土路、涉水路、急转弯等等。这些路面对汽车的各个部分加以各种激

励，是对汽车的严酷考核，所以也叫强化路。强化路可以缩短试验周期，规律性较

强，便于发现和暴露新车的绝大多数问题。

汽车试验逐步发展到集中在试验室里和试验场内进行，是汽车工业进步的表现。

早期的汽车试验都是在实际使用条件下的道路上进行，受环境干扰大，试验结果分

散，周期长，效率低下而且不安全。随着汽车生产的大工业化，这种原始型的试验方

式愈来愈难以适应生产的要求，于是开始投资建设试验室和试车场，汽车的试验逐步

进入室内和场内，使得试验的效率得以大大的提高。

世界上最早的试车场由CHYSLER公司在1915年建成，而世界上最大的试车场是美国

OHIO的公路研究运输中心，占地32.8平方公里，高速跑道最长的是大众公司的莱尔试

车场，听筒型高速跑道，直线段部分长度达9公里。试验场内一般都建有以下设施：①

汽车性能试验跑道，一种越长越好的直线跑道，供汽车进行动力性、经济性、制动性

能、噪声和平顺性能试验，其长度应在2000米以上。②操纵性试验广场，圆形、越大

越好，直径在300米以上，主要进行各种操纵性试验。③可靠性试验道路，由多种典型

路面串联或并联组成，循环长度至少要5公里以上。④特种试验路，如陡坡、涉水、盐

雾、灰尘等。⑤高速跑道，主要有四种形状：椭圆型、圆形、听筒型和糖三角形。⑥

加油和简易维修设施。

我国最早建成的试验场是归长春汽车研究所管理的海南汽车试验场，1958年建

成，高速环道呈听筒型。其后总后勤部建成安徽定远试验场，东风公司建设了湖北襄

樊试验场，都采用椭圆性高速环道。目前中国最大的试车场是交通部公路综合试验

场，位于北京通县，占地2.8平方公里，椭圆型高速环道长5.5公里，建有高中低速三

条跑道，高速道设计时速190公里，最高可以到230km/h（弯道处）。性能试验直线跑

道长2300米，最宽处为70米，还建有8.8Km长包括扭曲路、搓板路、卵石路、石块路等

各种路面在内的可靠性试验路。陡坡路坡度从6%至60%共有8条。是同学们做教学实验

的首选场地。

附表：中国已建成在用的汽车试验场一览

一汽总后二汽交通部

海南试验场定远试验场襄樊试验场通县试验场

试验场面积km-0.721.802.80

高速跑道形状听筒型椭圆型椭圆型椭圆型

高速跑道长度m6000400062005500

设计车速km/h130160160190

性能试验道长m2000130016002300

强化试验路长m8200665069407800

1.2试验条件

任何一种测量，都是在满足一定的条件下测得的，汽车的测试也是这样。由于汽

车的测试项目门类众多，这里就不一一列举了。但是了解和掌握汽车室外道路试验中

控制试验条件的一些原则和规律，还是必要的。这些原则和规律是第一要实用一一从

实用出发，使试验条件尽量接近实际使用情况。例如除了噪声试验，汽车所有的性能

试验都需要装载，从实际使用情况考虑，对货车和大客车规定满载，满足车主追求最

高经济效益的要求，而小轿车则规定半载，这是因为小轿车的实际载人率低，根据统

计，80%以上的时间，车内乘员数不会超过半数。第二是从严一如果实际使用条件范围

较宽，则选择较严格的作为试验条件。如在噪声测试中，汽车空载状态有利于发动机

更快地达到最高转速，发出更大的噪声，于是汽车就不装载。而做制动试验时必须满

载。第三，往返和平均--为了减小道路的坡度和风的影响，汽车的动力性经济性和制

动试验都是要求往返测量，通过往返平均，减小测量误差。操纵性、平顺性、制动

等，都规定多次测量，每一个工况都要重复试验若干次后进行平均。如果你制定试验

方案时试验条件需要自定，可以遵循以上原则。

1.2.1试验的载荷

汽车在道路试验时，如果没有特殊的规定，都是在满载的状态下测量，包括可靠性

试验。由于汽车的总质量对性能有很大的影响，所以国标对汽车的装载质量及分布有

严格的要求。

1）整备质量（空车重量）：装备齐全的整车，加满燃料和冷却液，备胎和随车工具

放置在车上的指定位置，车上不坐驾驶员的空车重量叫做汽车整备质量。

2）货车的满载总质量：整备质量+规定载质量+驾驶室规定载人数x65kg；货车的载

质量应该使用不受气候影响的物质，比如金属祛码、铁块，如果使用沙子、石子等，

则会因下雨或酷暑有改变其质量的可能。货车的装载质量应该在货箱中均匀分布，并

有效地固定，防止在试验中载荷移动影响轴荷分配甚至危及试验人员的生命安全。

3）客车：客车在试验时要装载模拟载荷，其数量为：设计载人数x（乘客质量+规定

携带的行李质量）。客车不分种类，乘客的质量一律为60公斤，在座椅上放50公斤，

地板上放10公斤。规定携带的行李因车而异，旅游大客车每位旅客规定携带22公斤行

李；长途客车每位13公斤；其它各类客车不设行李。客车以模拟载荷装载，用塑料桶

装沙子、装水或用沙袋。

4）小轿车：小轿车在动力性和经济性的试验中规定装半载。世界各国基本相同，只

是各国对半载的定义不同。美国规定为300磅；日本规定每人重55公斤，半载取整数；

我国规定每位乘员重65公斤；而欧共体国家都是装载180公斤。由于载重量不同，所以

同一辆汽车在不同的国家测出的动力经济性数据也是不同的，同学们在遇到这些数据

指标时要注意其给出的测试条件。

1.2.2试验道路：

如果没有特殊说明，汽车的性能试验都是在水平的铺装路面上进行，路面的附着

系数不小于0.7,坡度不大于0.1除不能有任何交通干扰。做动力性、经济性、制动试

验的道路长度应在2000米以上，操纵性试验还要求路面宽度不小于60米。

1.2.3天气和气象：

风对汽车性能试验的影响很大，即使往返行驶试验也不能完全消除风所带来的误

差，在做动力性经济性噪声这些对风敏感的试验时规定风速不能大于3m/s。制动和操

纵性试验对风不太敏感，但风速太大不仅带来很大误差，而且还会发生危险，尤其是

侧向风，做这些试验时风速要求小于5m/s。路面有水会使轮胎打滑，所以雨雪天不能

做性能试验（ABS试验除外）。

1.2.4轮胎：

汽车不是飞机，再好的性能也是靠四条轮胎与地面接触来实现，所以轮胎的规

格、状态、性能对汽车影响甚大，应该引起我们足够的重视。轮胎必须符合汽车技术

条件的要求，并考虑载荷分配和车速的级别。试验用的新轮胎必须经过200公里的行驶

磨合；旧轮胎胎面花纹不能低于1.6mm；轮胎的使用气压一般标于汽车左前门里侧和油

箱盖内侧，冷态（20℃）时气压的偏差不能超过±10kpa。

2、试验内容

2.1实验目的

通过实验这个实践环节，了解汽车试验的全过程，掌握最基本的汽车整车道路试验

测试技术，包括试验车的检查准备、测量原理和试验方案的设计、测试设备的选择、

试验操作、误差的来源和控制、数据的取得和记录、试验结果的分析计算整理。巩固

课堂上所学的汽车理论和汽车试验知识，提高实践能力。

2.2实验要求

实验前认真预习实验指导材料，做好实验准备工作。根据试验方法，可以自行设

计一至几种测量方案，比较其优劣。自带实验记录纸并划好记录表格。实验分为5人一

组，动力性和经济性分组交叉进行。每次实验去两组，需半天时间。由于路程遥远，

因此分组名单、时间一旦确定，届时必须按时参加，缺席者不予补做。

2.3汽车加速性能试验（参照GB/T12543-90）

2.3.1试验条件

试验前检查汽油发动机化油器的阻风阀和节气阀，以保证能全开；柴油发动机喷

油泵齿条行程能达到最大位置；装载量按试验车技术条件规定装载（满载）；轮胎气

压符合车上标识规定；风速不大于3m/s；试验车经充分预热。试验场地应为干燥平坦

且清洁的水泥或沥青路面，任意方向的坡度不大于2吼

2.3.2主要试验仪器设备：

1）第五轮仪：其名称来源于英文fifthwheelgauge,也叫车速仪。用来测量车

辆的运动速度、距离。是车辆道路试验最常用的基本仪器。早期的车速仪的确是将第5

个轮子安装在车辆后部，来测量车辆速度。具体结构和图片见制动试验部分。这种车

速仪由安装支架、调节系统、五轮、齿圈和传感器组成。为了防止五轮在运动中因地

面不平而产生跳动进而影响到测量的精度，通常把五轮的转动惯量做得较大。有的五

轮直径甚至超过了28英寸的自行车轮。因此这种传感器体积、重量比较大，安装时需

要在车身上打孔，安装后车辆倒车困难。又由于轮胎气压变化、轮胎磨损等原因，每

次试验前都需要标定。这些都给使用者带来了麻烦。但由于其在冰雪路面上仍能够提

供比较稳定可靠的信号，所以还没有被完全淘汰。

为了克服五轮仪的以上缺点，人们又研制出了“非接触五轮仪”。虽然仍叫“五

轮仪”但已没有了与地面接触的第五个轮子。这类车速仪常见的有两种：光学车速仪

和超声波车速仪。其中光学车速仪技术成熟、精度高、工作可靠，是目前国内使用最

为广泛的一种。

光学车速仪传感器由镜头、梳状光硅光电池和差动放大器组成，见下图厂。

x输出

图1光学车速仪传感器原理

传感器安装在汽车上，汽车行驶的道路表面一般是凹凸不平的，即使是平坦的柏

油马路，其微观结构成像在硅光电池上也是一些随机分布的深浅不一的黑白班点。梳

状硅光电池由宽线性的硅光测量电池组成。该器件的光生电流与被测光量之间有良好

的线性关系。把线性硅光测量电池制成A,B两组梳状图形，各有N条尺寸形状相同的

光敏条并联，A,B两组硅光电池的基板是公共的，引出三根导线与差动放大器并联，光

电信号Ia—Ib经放大后输出。

被测道路表面在梳状硅光电池上所成的像一般是无规则的随机黑白图形。假定A

组或B组相邻光敏条之间的距离为节距P,透镜放大倍数为M,白色区域为受光区，阴

影区为非受光区，硅光测量电池产生的光电流la,lb分别正比于A,B两组光敏条受

光区面积的总和。车辆行驶时，A组和B组光敏条对应的受光面积发生变化的，对应的

光电流la和lb都是变化的，其差值信号Ia-Ib也是变化的。其输出信号以MP为周

期变化。只要记录输出信号的周波数和频率，就能得到车辆行驶的距离和速度。如果

将两个光学速度仪或两组硅光电池分别测量车辆运动的X和Y方向就能测得车辆运动

的侧偏角。

相比而言，光学速度仪安装和使用比传统五轮仪要方便得多。将传感器安装固定

在专用支架上，支架用吸盘吸在车身的前、后或侧面都可使用。但是在冰雪路面上反

射光线比较均匀，使得信号输出不可靠，甚至无法工作。为此人们又研制出了超声波

速度仪。

超声波速度仪利用多普勒效应测量车辆的运动速度。所有器件固化在一个小盒子

内部，无需二次仪表，体积小，重量轻，使用方便。但在雨天、积水路面超声波会受

到干扰，从而影响到测试精度。受技术条件限制，目前这类仪器也存在可靠性问题。

近几年，随者GPS技术的发展，国外研制出了GPS速度传感器。GPS接收器可接收

美国发射的24颗GPS卫星信号（环境良好时可接收到10-11颗），然后利用这些信

号的时间差别可以计算接收器离每颗卫星之间的距离。通过这些计算结果，接受器通

过三角定位确定接收器在地面上的位置。目前使用标准的接收器可以达到15-20米精

定位度。

GPS的精度受到几个因素的限制，主要的因素就是由于在电离层的天气状况造成的

信号延迟，和从附近建筑物和地面反射造成的延迟。

在通常的民用GPS接收器中，速度每秒钟测量一次，通过现在的位置减去之前的

位置值来计算。这种计算速度的方法受到以上提到的误差的影响，使得结果不适合于

需要高精度的数据分析。

GPS车速仪使用多普勒变换转换从每颗卫星来的载波信号，同样，一个雷达枪用来

计算速度。由于载波频率不会受到电离层和反射的影响，使得测速精度得以提高到目

前的lOOHzoGPS车速仪可提供速度、方向、高度、侧向加速度、位置等一系列参数，

大大方便了测试工作。可以在各种天气条件下工作。但是树木和建筑对其工作有较大

影响，因此不太适合在非试验场地使用。另外由于所有的测量参数都是经软件计算得

到因此数据有一定的迟滞。

我们将以上几种车速仪性能特点总结见下表:

使用便限制使用脉冲精度测试范围价格

类别信号输出形式可提供信号

捷性条件（km/h）（万元）

五轮麻烦/10mm/P5-150模拟、脉冲单一车速2-10

水、冰雪4mm/P0.5-300车速（侧偏

光学较方便模拟、脉冲15-30

路面角）

水面、雨4mm/P0.3-300模拟、脉冲、

超声波方便单一车速8

天CAN

树木、建可调，0.1-模拟、脉冲、车速、角

GPS很方便10-30

筑物12.5ms延迟1600CAN,CF卡度、轨迹等

下图2是非接触式车速仪在试验车上的安装情况。

图2非接触式车速仪在试验车上的安装

2）数据采集分析系统：试验一至三使用一台“LSFXII型汽车路试现场分析系

统”。该仪器由我系自行开发研制，由一块A/D板配合笔记本电脑可同时采集六路模拟

信号和两路脉冲信号，具有非常实用的数据现场分析能力。

2.3.2试验一低速滑行法测滚动阻力系数

试验目的：了解滑行试验条件、方法。学会试验仪器使用。掌握车速记录、分析方

法。计算滚动阻力系数。

试验内容：

1）在符合试验条件的道路上，选取合适长度的直线路段，作为加速性能试验路段，

在两端设置标杆作为记号。

2）试验车辆加速到大于20km/h,将变速器至于空档后，按下采集系统“开始”键，

直至车辆停止，按“停止”键，记录车辆从20km/h到停止这一过程车速的变化。

试验在同一路段上至少往返各进行一次。

2.3.3试验二次高档加速性能试验

试验目的：掌握车辆加速试验方法、条件。学会车辆加速性能指标的计算。绘制该档

的动力因数曲线。

试用内容：

1）在试验一的路段上进行本试验。

2）汽车在变速器预定档位，以预定的车速（稍高于该档最低稳定车速，选10的整倍

数）作等速行驶，用五轮仪监督初速度（偏差±1km/h）,当车速稳定后，驶入试

验路段，（按下试验开始键后）迅速将油门踏板踩到底，使汽车加速行驶至该档最

大车速的80%以上，对于轿车应达到100km/h以上。用仪器记录汽车的速度、加速

时间、加速距离等加速行驶的全过程，试验往返各进行一次，往返加速试验的路段

应重合。

2.3.4试验三起步连续换挡加速性能试验

试验目的：了解车辆加速试验方法，掌握数据处理方法，计算0T00km/h加速时间。

试验内容：

1）试验路段同试验一。

2）汽车停于试验路段之一端，变速器置入该车的起步挡，（启动试验开始键后）迅

速起步并将油门踏板快速踩到底，使汽车尽快加速行驶，当发动机达到最大功率

转速时，力求迅速无声地换挡，换挡后立即将油门全开，直至最高车速的80%以

上，对于轿车应加速到100km/h以上。用仪器测定记录汽车加速行驶的全过程

（速度、距离、时间）往返各进行一次，往返试验的路段应重合。

2.3.5试验结果

1）试验条件记录

试验车型号发动机号

底盘号（VIN）出厂日期

整备质量装载质量

挡位数目使用燃料

里程表数生产厂家

换挡转速（r/min）试验地点

路面状况试验载荷（kg）

轮胎气压（kPa）前后轮胎型号

天气气温（°0

风速(m/s)风向

大气压力（kPa）试验日期

试验者

2）试验仪器

仪器名称型号生产厂家

五轮仪

信号采集系统

大气压力、温度表

风速仪

2.3.6试验数据处理

1）试验一：计算车辆滚动阻力系数。

2）试验二:

a）由记录数据，分别绘制试验车往返两次的加速性能曲线（V-T和V-S）取两次曲线

的平均值绘制汽车的加速性能曲线。

b）计算动力因数D,绘制D-V曲线。

c）从加速性能曲线对应点取值填入下表

加速到下列车速，（km/h）

3040506070・・・

加速时间T秒

加速距离S米

3）试验三：

a）绘制起步换挡加速性能曲线图。以速度为纵坐标，间隔10km/h。时间T和距离S为

横坐标作图。

b）从加速性能曲线对应点取值填入下表

力口速至U下列车速，km/h

1020304050・・・

加速时间T秒

加速距离S米

2.4汽车燃料消耗量试验（参照GB/T12545.2-2001）

2.4.1试验条件：

试验车辆载荷：Mi类一整备质量加100kg；风类加180kg,当50%载质量大于180kg时

取在质量的50%；M2、M3类市客车为总质量的65%；其它车辆为满载。

试验的一般规定：试验车辆必须清洁，关闭车窗和驾驶室通风口，只允许开动为

驱动车辆所必须的设备；由恒温器控制的空气流必须处于正常调整状态；试验车辆必

须按规定进行磨合。

2.4.2试验仪器设备：

1）燃料流量计（精度为0.5%）

燃料流量计又称油耗仪，瑞士制造，由流量传感器、循环泵、二次仪表及快速装

卡附件四部分组成。流量传感器由四个呈辐射状的活塞组成。当流体流入时，推动活

塞往返运动，再带动曲轴一旋转编码器旋转，计算编码器输出信号即可测量流量。该

油耗仪可以测量电喷系统油耗，可在现场快速安装，由二次仪表直接打印试验结果。

试验时油路的连接见下图3。

L-andK-Jetronic

图3油耗仪油路连接图

2）车速仪（精度为0.5%）

配合油耗仪使用的五轮仪为国产光学五轮仪。测速范围为0.4〜280km/h,测试精

度与国外同类产品相当，而价格仅为国外产品的1/50

3）其它仪器：温度计；大气压力表；风速仪等

2.4.3试验四等速行驶燃料消耗量试验

试验目的：了解车辆燃油消耗道路试验方法、仪器安装过程。掌握燃油消耗数据处理

方法。

试验内容：

汽车用常用挡位(次高档或最高档)，等速行驶，试验车速从30km/h开始，以车

速的10km/h的整倍数均匀选取车速，直至最高车速的90虬驾驶员将车速控制好后，

按下油耗仪开始按钮，通过500米的测试段，仪器自动停止，测量通过该路段的时间及

燃料消耗量。至少测定5个试验车速，同一车速往返各进行两次。

2.4.4试验结果

1)试验条件记录

试验车型号发动机号

底盘号(VIN)出厂.日期

整备质量装载质量

挡位数目使用燃料

里程表数生产厂家

换挡转速(r/min)试验地点

路面状况试验载荷(kg)

轮胎气压(kPa)前后轮胎型号

天气气温(°0

风速(m/s)风向

大气压力(kPa)试验日期

试验者

2)试验仪器

仪器名称型号生产厂家

五轮仪

油耗仪

大气压力、温度表

风速仪

2.4.5试验数据

将油耗仪记录数据填入下表

序行驶速度表通过时间实际车速燃料消耗百公里油耗备注

号方向市值(km/h)(秒)(km/h)量(mL)(L)

1

2

3

4

2.4.6数据处理

1）绘制等速燃料消耗量特性曲线

以车速（km/h）为横轴，燃料消耗量为纵轴，绘制等速燃料消耗量散点图（双

向），根据散点图绘制等速燃料消耗量特性曲线，从曲线上取车速为10km/h的整倍数

时的等速油耗填入下表。

车速(km/h)30405060708090・・・

油耗(L/100km)

*2）试验结果的重复性检验和置信区间。

试验的重复性按第95百分位分布来判断。第95百分位分布的标准差R与重复试验次

数N有关，见下表：

N234510

R,L/100Km0.053Q0.063Q0.069Q0073Q0.085Q

Q为每项试验时，N次试验所测得燃料消耗量的算术平均值。

AQ为每项试验时，N次试验结果中燃料消耗量的最大值与最小值之差，单位为

L/100kmo

当AQ<R时，认为试验结果的重复性好，不必增加试验次数。

当AQ>R时，认为试验结果的重复性差，应增加试验次数。

试验结果的置信区间迎=±°01沦

3）试验数据的校正

燃料消耗量的测定值均应校正到标准状态下的数值。

气温：20℃

气压：100kPa

汽油密度：0.742g/mL

柴油密度:0.830g/mL

校正公式：

QO=Q/（C1•C2•C3）

式中：Q0-一校正后的燃料消耗量，L/100km

Q--实测的燃料消耗量的均值，L/100km

Cl-—环境温度校正系数Cl=l+O.0025(20-T)

C2-一大气压力校正系数C2=l+0.0021(P-100)

C3-—燃料密度校正系数C3

汽油机=1+0.8(0.742-Gg)

柴油机=1+0.8(0.830-Gd)

T-—试验时的环境温度℃

P试验时的大气压力kPa

Gg--试验用的汽油平均密度g/mL

Gd--试验用的柴油平均密度g/mL

校正后油耗

车速(km/h)30405060708090・・・

油耗(L/100km)

*2.4.7试验五自己设计的非标准油耗试验

试验目的：掌握设计试验的基本原则，巩固汽车理论和试验学所学知识。练习使

用试验仪器。

试验内容：

现在社会上流行以下两种说法：

A一空档滑行比带档滑行省油

B—对于电控发动机的汽车空档滑行不比带档滑行省油

请从理论上分析说明A和B哪一说法比较正确，并设计一个比较科学的，可操作的

用时较少的试验方案，来证明你的分析。每一小组(5人)自行选出一个方案，在试验

四之后进行。

*注：6)和5.2.4.2)可选做其中之一

名词解释：

“空档滑行”一驾驶员在车辆达到一定速度之后挂空档，让车辆自由滑行减速。

“带档滑行”一驾驶员在车辆达到一定速度之后不摘档(一般四或五档)，收油

门让车辆减速。

2.5汽车操纵稳定性-稳态回转试验

2.5.1试验条件

试验汽车：应是按厂方规定装备齐全的汽车，试验前，应测定车轮定位参数，对

转向系、悬架系进行检查，并按规定进行调整紧固和润滑。只有认定汽车已符合厂方

规定的技术条件时，方可进行试验。

轮胎：试验时若用新轮胎，轮胎至少应经过200km正常行驶的磨合，若用旧轮胎，

试验终了时，残留花纹的高度应不小于1.6mm。轮胎气压应符合GB/T12534中的3.2条

的规定。

载质量：试验汽车应为厂定最大总质量状态（驾驶员、试验员及仪器的质量，计

入总质量）和轻载状态；乘员和装载物（推荐用沙袋）的分布应符合GB/T12534的规

定。轴载质量必须符合厂方规定。

注：轻载状态是指除驾驶员、试验员及仪器外，没有其它加载物的状态。对于承

载能力小的汽车，如果轻载质量已经超过最大总质量的70%,则不必进行轻载状态的试

验。

试验场地与环境：试验场地应为干燥平坦且清洁的水泥或沥青路面，任意方向的

坡度不大于2%试验时的风速应不大于5m/s；大气温度在0-40度之间。

2.5.2试验仪器设备

五轮仪、秒表、桩桶

五轮仪：该试验使用日本产光学五轮仪，该仪器测速范围0.5-200km/h,必须配合

二次仪表使用，可输出TTL脉冲和模拟信号，脉冲信号的标尺为：10mm/P。

2.5.3试验六稳态回转试验（匀速法）

试验目的：了解汽车稳态回转试验方法和数据处理过程。加深理解车辆参数变化对车

辆操作稳定性的影响。

试验内容：

1）在试验场地上，用明显颜色画出半径为15米的圆周。试验开始前，汽车应以侧向

加速度为3的相应车速沿画定的圆周行驶500米以使轮胎升温。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平面上的车速传感器能对

准地面所画圆周时，固定方向盘不动。然后汽车以最低速度，匀速行使一周,记

下行使距离和时间。然后提高车速，重复以上过程，至少测量六组数据。（在车

速较高时可记录连续行驶两圈的时间和距离）

2）改变轮胎气压重复以上试验

2.5.4试验数据

1）试验条件记录

试验车型号发动机号

底盘号（VIN）出厂日期

整备质量装载质量

挡位数目使用燃料

里程表数生产厂家

换挡转速（r/min）试验地点

路面状况试验载荷(kg)

轮胎气压I(kPa)前后轮胎型号

轮胎气压H(kPa)前后轴距(mm)

天气气温(°0

风速(m/s)风向

大气压力(kPa)试验日期

试验者

2)试验仪器

仪器名称型号生产厂家

五轮仪

秒表

轮胎气压表

3)试验数据记录I

行驶距离时间(S)平均时间平均速度

序号

(m)ABC(m)(km/h)

1

2

3

4

5

6

7

轮胎气压(kPa)：FR

4)试验数据记录II

行驶距离时间(S)平均时间平均速度

序号

(m)ABC(m)(km/h)

1

2

3

4

5

6

7

轮胎气压(kPa)：FR

2.5.5试验数据处理

1)计算转弯半径比Ri/RO与侧向加速度ay的数据，自行设计一表格，绘制曲线。

2)计算汽车前后轴侧偏角差值(61-62)与侧向加速度ay关系表格，绘制曲线。对于

两轴汽车，可根据(Ri/RO)-ay曲线上各点的转弯半径Ri求出(61-62)-ay曲

线。汽车稳态回转时，(61-62)用下式确定：

(61-82)=(360/6.28)•L•(1/R0-1/Ri)

式中：(61、52)—前后轴侧偏角，(°)

L一汽车轴距，m

2.5.6实验报告要求：

简要叙述实验过程，记录实验车型号参数、实验条件和实验数据齐全有效；计算

要有计算公式和计算过程；掌握科学计数，注意数据的有效位数；做曲线比例合理，

手工做必须用坐标纸，微机绘图要标注坐标。不准作弊抄袭，记录的数据只准手工填

写，报告禁止拷贝，不符和此规定的报告一律视为无效，没有成绩。

对试验进行试验数据分析和总结。

在试验报告中请简答以下问题：

•上述实验为什么要往返行驶，往返行驶实验能消除哪些误差，哪些误差不能消除，

为什么？

•影响等速行驶油耗试验精度的主要因素有哪些？如何消除。

•绘制等速油耗曲线时，是用预定车速，还是用实际车速？

•有人说他的汽车百公里耗油十升，这说法对吗？

2.6试验七汽车平顺性实验

2.6.1实验目的：

通过实验学习平顺性实验的基本方法，了解平顺性实验常用仪器设备。

通过实验学习平顺性实验常用的数据分析方法。

通过实验数据计算实际车辆上人体座椅系统的传递特性及悬挂系统的偏频。

2.6.2实验对象：

金龙6601E2客车

2.6.3实验设备

BK4366加速度传感器

BK4366压电晶体加速度传感器如图1：

在传感器中有一块很小的压电晶体，压电晶体上连接一块很小的质量块，在振动过

程中小质量块压迫压电晶体使之产生微弱的电荷信号，由于加速度传感器产生的信号

非常微弱，因此必须经过电荷放大器将信号放大为电压信号后再使用。

图1加速度传感器

加速度传感器有多种安装和使用方法，在车辆和道路实验中一般通过磁铁座安装，

这样使得安装和更换非常方便。

在车辆试验中，由于传感器无法安装在座椅表面，因此需要将传感器安装在座垫盘

中然后在安放在座椅表面上使用，即可以保护传感器又可以减少由于附加传感器对测

试人员的主观感觉的影响。

BK2635电荷放大器

BK2635电荷放大器如图2：

电荷放大器是用来将压电晶体式加速度传感器产生的电荷级微弱信号放大到电压

信号以便测量和分析的专用仪器。

在使用时需要根据传感器的灵敏度调节电荷放大器的输入灵敏度，然后根据测量信

号的频率范围调节通频带的范围(低通滤波器的截止频率)，最后根据所测量信号的

大小调节放大器的输出增益以得到最好的测量量程。

首先确定电荷放大

器的电源是在关闭状

态，然后连接传感器和

信号输出线并确保所有

连线连接牢靠。

其次根据传感器调

节灵敏度，电荷放大器

是利用灵敏度调节实现

传感器的规一化，因此

试验时一定要使电荷放

大器的灵敏度和传感器

的灵敏度相一致。比如

传感器灵敏度为

图2电荷放大器

3.45PC/(m/s2),则首先

调节灵敏度档位开关到“1〜10”档，然后将灵敏度调节旋钮调节到“3,4,5”(参

见图2)。

然后调节通频带旋钮，也就是调节电荷放大器能够通过的信号的频率范围，比如测

量车身振动情况，而车身的主要关心振动频率在30Hz以下，所以通频带的截止频率应

该大于30Hz,但是放大器上的通频带最低截止频率就是0.1kHz,所以只能将其调节到

这个位置。

最后调节放大器的输出增益，首先估算一下被测信号的加速度范围，然后根据电荷

放大器的输出能力选择增益，比如要测信号加速度不超过6m/s2,电荷放大器输出最大

2

电压为±5000mv,则可以选择的信号增益不能超过5000/6=833mv/(m/s)o

当所有需要调节的内容调节好以后，就可以打开放大器的电源，用手轻晃加速度传

感器，看看电荷放大器是否有输出信号，以检查连线是否有故障，如果一切正常，就

可以先关掉电源，安装好传感器，再打开电源开始测量了。

ACMC便携工控机

这种机器实际上是一种便携的工业控制计算机，完全可以将

它作为普通计算机使用。由于实验的环境是多变的，因此要求实

验用的计算机能够在各种环境下都能正常工作，比如要能承受外

界温度的影响，以及外界震动环境对系统的影响。在温度和振动环境比较恶劣的情况

下，普通的笔记本电脑或者台式计算机是无法安全完成实验工作的。因此为了保证实

验的顺利进行，保证数据的准确性，道路实验需要使用这种专用的计算机来完成。

DP440动态信号分析仪

DP440动态信号分析仪是用来对振动信号进行采集、处理和

计算的硬件系统，相当于一台下行计算机，它根据主机软件发出的

控制命令进行相应的数据采集工作，并对采集的信号进行调理和分

析计算，然后将计算好的数据上传到主机。使用时，将被测信号通

过信号线连接到输入端口，分析仪与主机使用网线连接。

2.6.4数关知识介绍：

信号及信号的获取

信号可以按照其取值情况分为模拟信号（连续信号）和离散信号。模拟信号是指

在某一个自变量区间内，取得的信号幅值是连续的，如图3a；离散信号是指只有自变

量在某些特定的不连续的值时存在确定的幅值的信号，如图3b,称为时间离散。作为

计算机数字化采样的特例，其各个离散信号点的幅值也是离散的，称为数字信号。我

图3模拟信号和离散信号

们将离散信号的数据点通过人工连接起来进行观察，得到的是近似的模拟信号。

由于计算机采样的速度受到硬件的限制，所以采样过程不是连续的。由计算机采

样造成的离散数据使得对时域信号的观察产生了波形响应值，在这个值以下的频率范

围的信号可以记录下来，而超过这个范围的信号将无法记录下来或者使得信号产生明

显变形。大家可以想象对于一个方波信号进行采样离散，然后将离散信号连接起来描

绘出的近似的模拟信号，如果采样频率太低，则连接后的方波信号将会产生明显的变

形甚至看不出原有信号的特征。因此在进行信号采样时，如果想从波形情况分析信号

内容，则采样频率一定不能太低。由于采样离散造成的信号波形误差，大家可以自己

计算并分析一下。

数字信号处理中存在的一些问题及解决方法

混叠：模拟信号在时域按照时间t采样离散化后，在频域中引起按照频率1/t周期

化，如果时域采样间隔太大（采样频率低），在频域的就会造成周期化间隔太小，从

而在重复的频谱交界处就会局部互相重叠，这就是混叠。很明显，混叠会影响对信号

频率成分的观察和分析，因此在测量中要尽量减少对信号分析有影响的混叠现象发

生。

采样定理：为了减少或防止频域信号的边缘混叠，我们需要时域采样频率必须大

于处理信号中最高频率，这就是采样定理；而最高处理频率的两倍的频率我们称为

Nyquist频率。在实际工作中通常为采样频率留出适当的裕量，取采样频率为最高分析

频率的3〜5倍，甚至更高。

自功率谱密度函数（自谱）：随机信号的自功率谱密度函数（自谱）是该随机信

号自相关函数的傅立叶变换。

功率谱密度函数的物理意义是信号所包含的不同频率成分上的功率的大小。

2.6.5实验内容：

学习BK2635电荷放大器及BK4366加速度传感器的使用方法。并在车身和座椅表面上

安装加速度传感器。

学习采集软件的使用方法，根据试验内容设置数据采集的参数。

悬挂系统的偏频实验

系统的频率特性的测量包括时域法和频域法两种。偏频实验实际是系统的脉冲响应

实验，在系统上作用一个脉冲加速度信号测量系统的脉冲响应并通过时域法进行系统

固有频率的分析。当然也可以通过频谱分析的方法来计算系统的固有频率。

实验时将车辆停在一个距离地面80〜120mm的平台上，关闭发动机，松开车辆制动

系统，将车从平台上推下，使车轮跌落到地面上（见图4）

图4偏频试验方法

实验过程中记录车身和车轮质量的衰减振动曲线（见图5）,根据此曲线计算车身

和车轮部分的固有频率。

图5车身部分衰减振动曲线

车身部分固有频率的计算方法：

f0=1/T

由车身部分的衰减率：

T=AJA2

可以计算出阻尼比为：

同样的方法也可以得到车轮质量的固有频率和阻尼比。

“座椅垂直振动传递特性”实验

汽车座椅的垂直振动传递特性实验是通过频域方法进行系统频率特性的测量方法。

分别测量汽车座椅系统在振动环境中的输入和输出加速度时域信号，将此信号进行频

域变换，然后计算系统的频率响应函数。

根据实验获得数据计算汽车地板和座椅表面的加速度信号自功率谱，根据自功率谱

分析汽车地板和座椅表面的主要频率成分，并分析这些频率成分所代表的车辆的振动

部位。

本实验的数据处理要求学生掌握的《控制工程》或《测试技术》等相关课程的内

容，可以参见《数字信号处理》相关知识的介绍。

如图6,为某系统的振动幅频特性曲线

根据幅频特性曲线可以得到系统的固有频率£和共振时的幅值A,由下式可以近似

的计算出阻尼比：

”一J.

2A/A2-1

更换车上不同位置、改变车速、改变试验道路再次进行试验并进行对比。

2.6.5试验记录

验地点：实验日期：

实验车速道路状况实验位置对应数据文件

(km/h)名

2.6.6回答以下问题：

•什么是汽车平顺性？人体垂直振动敏感(不舒适)频率范围是多少？

•根据实验数据计算悬挂系统的固有频率，计算并绘制实验车辆地板和座椅表面的自

功率谱，计算座椅系统的传递特性曲线，并依据曲线说明座椅的特性是否合适，为

什么0

•BK2635电荷放大器上的低通滤波在实验过程中应该调节为多少？为什么？

2.7试验八汽车制动性能道路实验

2.7.1实验目的

学习制动性能道路实验的基本方法，以及实验常用设备。

通过道路实验数据分析一个真实车辆的制动性能。

通过实验数据计算实验车辆的制动协调时间、充分发出的制动减速度和制动距离。

2.7.2实验对象

金龙6601E2客车

2.7.3实验设备：

车速测量装置:

常见的车速测量装置有以下三种

1.ONOSOKKI机械五轮仪

机械五轮仪的组成及工作原理:

机械五轮仪（如图

1）由测量安装支架、

调节系统、五轮、齿圈

和传感器组成。在使用

中，五轮被调节装置压

在地面上，当车辆行驶

时带动五轮在地面上滚

动；齿圈被固定在五轮

上跟随五轮以相同的角

速度转动；当齿圈上的

齿经过传感器端面的时

候，改变了传感器端面

图1机械式五轮仪

的磁力线分布，从而在

传感器上感应出一个正脉冲信号；根据脉冲信号的频率以及五轮仪的结构参数可以计

算出当前车辆的行驶速度。如果在使用中将五轮仪的脉冲信号传送给专用的二次仪

表，则可以在实验过程中直观的看到行驶车速和行驶距离，配合踏板信号，可以直接

观察制动距离的长度。

2.ONOSOKKI光学车速仪

光学车速仪的相关内容参见“汽车加速性能试验”中的仪器介绍部分。

3.RT3000惯性测量系统

RT3000惯性测量系统是基于GPS的一种功能强大的仪器。它是新一代的高性能卫星

接收器，其主要用于测量汽车移动时的速度和距离，角速度及角度，由于它的体积较

小及安装简便，所以非常适合汽车综合测试时的使用。本身带有标准的CAN总线接口，

数据通过可以通过CAN总线输出，也可以通过模拟转换装置转换成模拟信号提供给不同

图2.RT3000惯性测量系统

的测试采集、记录装置，整个系统的功能可以根据用户的需要进行扩充。

如图2所示，是RT3000在车辆上的安装情况。卡具支架固定在车厢内，系统本体固

定在安装支架上，GPS天线在使用的时候吸附在车顶，RT3000的线束中包含CAN总线接

口，可以连接模拟信号接口盒，将RT3000输出的CAN数据转换成模拟信号，信号的刷新

频率可以达到100Hz。

数据采集、记录系统：ACME便携工控机

这种机器实际上是一种便携的工业控制计算机，完全可以将它作为普通计算机使

用。由于实验的环境是多变的，因此要求实验用的计算机能够在各种环境下都能正常

工作，比如要能承受外界温度的影响，以及外界震动环境对系统的影响。在温度和振

动环境比较恶劣的情况下，普通的笔记本电脑或者台式计算机是无法安全完成实验工

作的。因此为了保证实验的顺利进行，保证数据的准确性，道路实验需要使用这种专

用的计算机并配合数据采集卡（NI6720E）和数据采集专用接口共同使用。这种计算

机可以在0℃的情况下正常启动，在20g的冲击振动下稳定工作，这些参数是普通计算

机望尘莫及的。

GEMS液压传感器

压力传感器是用来测量制动过程中制动压力变化情况的工具，通过测量制动压力

的变化过程，再配合上制动踏板开关的时间，就可以清晰的计算出制动过程的准备时

间，从而可以分析制动间隙是否过大或者制动力不足。传感器在实验车辆上的安装情

况如图3,在制动管路中

串连一个三通，然后将

压力传感器安装在三通

上，然后将压力传感器

测得的压力信号通过电

缆传送给测试设备。因

为这种压力传感器是应

变加放大器形式的，而

且其信号使用的是浮地

形式，因此在使用过程

中必须为其提供单独的图3制动压力传感器的安装

外接电源。

2.7.4实验内容：

1）学习五轮仪的工作原理、安装及使用方法、安装注意事项并在实验车辆上进行

安装。了解实验车上的实验设备及安装方法，分析设备的安装应该有什么要求。

由于制动实验中，实验车辆上的所有人和物都处于制动减速度的环境中，因此需

要对所有物品进行固定，以防止实验过程中对设备的损伤以及对实验人员的损伤。另

外，由于实验过程是在室外进行，要求实验系统能够承受各种环境的影响，因此需要

针对实验内容选择实验设备及防范措施。

2）学习车载开发实验软件的使用，了解制动性能分析中比较重要的实验数据的内

容和测量方法。

测试软件的简易使用说明：

启动软件后会进入系统的主界面

主界面上包含可以控制所有操作的菜单。

根据实验项目和实验所需信号的连接的情况定义系统采样通道的设置

点击“通道设置”一“通用性实验”一“新建”或“读取”来打开或建立一个新

的采样工作的通道设置信息。此时通道设置信息栏会在主界面的左下角弹出，按照说

明和实际通道连接情况设定通道设置栏。

根据实验内容及信号处理的需要定义采样频率及采样时间

采样频率和采样时间的设置位置在主界面的下方。实验中要根据实验的实际情况

设定采样频率和采样时间。采样频率应该足够进行需要的时域或频域计算工作，采样

时间应该尽可能的覆盖实验的整个过程，防止丢失实验过程数据。

准备采样

点击菜单“实验采样”一“准备采样”后系统会根据通道设置情况设定系统硬

件，然后弹出准备完毕的对话框。

开始采样

在准备完毕对话框中点击“开始采样”，系统按照设置情况进行采样工作；如果

点击“取消”，系统将停止本次采样工作。

观察实验数据

点击菜单“查看”一“集中显示曲线”可以打开数据显示窗口，在显示窗口右侧

的设置栏中选中相应的数据通道可以显示

道的实验数据。

保存实验数据并将数据改变格式后导

便后期处理

点击菜单“实验采样”一“保存数

可以将已经采样的实验数据保存到计算机

盘。点击“数据编辑”一“数据导出”可

保存的实验数据按照“*.csv”格式保存到

机硬盘

3）制动协调时间的测量

在常规制动实验中，采集制动踏板信号、动压力信号、车轮轮速信号和五轮仪车

速信号。将五轮仪的车速方波信号经过计算转化为可以直观观察的车速信号和制动减

速度信号。如图4,在同一个曲线图表中绘制制动踏板信号、制动压力信号和制动减速

度信号，观察制动压力和制动减速度在踩下制动踏板后随时间变化的情况，计算当前

制动情况下的制动协调时间。

4）充分发出的制动减速度和制动距离的计算

根据实验结果，计算本次实验的充分发出的制动减速度和制动距离的大小。

充分发出的制动减速度：

制动距离:

25.92*、

5）根据实验设备设计制动实验的实验方法，要求的实验车速范围应包括

30Km/h~50Km/h,并根据实验内容确定正确的采样参数。

采样参数的设置要根

据实验方法及实验后数据

处理的方法来决定，」I」I」LIUL」La尤其

是采样频率的大小会直接

影响到后续关于车速和轮

速的计算精度，更加会影

响到最终减速度的计