智能电动汽车试验学 课件 第三章 典型汽车试验设备与设施

第三章典型汽车试验设备与设施导读汽车实验室建设规划资金高效利用，采购先进设备，确保维护修理，优化经济效益。汽车配置趋势安全性、舒适性需求升级，配置多样化，设计风格丰富，可靠性验证依赖高端实验室。学习目标

1.熟悉典型试验仪器及设备。2.熟悉典型试验设施。3.了解汽车试验场典型试验仪器及设备：车速测量仪

车速测量仪类型非接地式为主，包括光电式与GPS定位系统，提高测量精度与便捷性。

车速测量仪历史早期为接触式第五轮仪，现已被非接触式替代，提升准确度与使用便利。典型试验仪器及设备：车速测量仪第五轮仪

车速测量仪原理第五轮仪含传感器、显示屏等，通过磁电传感器检测齿盘变化，计算车速与距离，需校准传递系数。

车速测量仪应用适用于早期汽车测试，测量加速、滑行性能，受限于路面条件，精度不足，不便携，不适用高速与非道路车辆测试。典型试验仪器及设备：车速测量仪光电式车速测量仪

01光电式车速测量仪原理基于空间滤波原理，利用明暗变化脉冲计算车速，频率与速度成正比，适合高速测量，精度高，安装简便。

02光电式车速测量仪限制光源功耗大，低速测量误差大，车速低于1.5公里/小时无效，冰雪或潮湿路面信号易丢失。典型试验仪器及设备：车速测量仪基于GPS定位的车速测量系统

GPS车速测量系统由GPS接收器和数据采集单元组成，解析卫星三维坐标，计算位移变化得速度。

VBOX车速测量设备英国Racelogic制造，便携式，测速、加速度、油耗等，适综合测试，价格昂贵。典型试验仪器及设备：陀螺仪

汽车动态参数监测利用陀螺仪精准测量车辆前进方向角、横摆角速、侧倾角及纵倾角，确保操纵稳定性测试数据准确。

陀螺仪应用在汽车操纵稳定性测试中，陀螺仪是关键设备，用于监测大范围运动条件下的车辆动态参数。典型试验仪器及设备：陀螺仪陀螺仪基本特性

陀螺仪构造包含高速旋转转子，内外部框架，展现定向性和进动性，利用动量矩定理解释。

陀螺仪特性定向性保持轴线恒定，进动性抵抗外力倾斜，高速自转时外框架绕轴旋转。典型试验仪器及设备：陀螺仪垂直陀螺仪

垂直陀螺仪原理三自由度设计，维持自转轴垂直稳定，测量车辆侧倾与俯仰角，含校正装置与角度传感器。修正装置工作利用液体开关传输电信号，结合力矩电动机产生修正力矩，调整自转轴至垂直，确保测量准确性。典型试验仪器及设备：陀螺仪角速度陀螺仪

角速度陀螺仪原理二自由度陀螺仪，单框架结构，产生强迫进动，用于测量汽车横摆角速度。陀螺仪应用与参数刚性安装于汽车底板，确保敏感轴平行度，动态测试需实时修正，阻尼系数0.2，自振频率≥50Hz。典型试验仪器及设备：负荷拖车

负荷拖车分类分为有动力和无动力，有动力可自主行驶，无动力仅能被拖动。

无动力电涡流负荷拖车以无动力电涡流负荷拖车为例，解析其构造和工作原理，用于向试验车辆施加负载。典型试验仪器及设备：负荷拖车负荷拖车的结构

负荷拖车组成由功率吸收器、力传感器、速度传感器、操作盒及计算机组成，核心测控系统精密。

功率吸收器原理通过电磁线圈产生磁场，转子旋转切割磁力线，利用微粒极化吸收能量，转换为热能，精确控制负载。典型试验仪器及设备：负荷拖车负荷拖车的工作原理

负荷拖车功能用于汽车牵引性能测试，测量滑行阻力及系数，模拟爬坡，提供可调稳定负荷。

负荷拖车工作原理通过测力传感器测量牵引力，利用功率吸收器产生摩擦阻力，计算机控制负荷，实现目标值调整。典型试验设施：转鼓试验台

转鼓试验台功能评估汽车底盘输出功率，模拟实际行驶阻力，室内再现道路工况。

工作原理利用转鼓模拟道路，加载系统施加负荷，风速系统模拟行车风阻。典型试验设施：转鼓试验台转鼓试验台分类

双转鼓试验台特点转鼓直径小，操作便捷成本低，适于维修服务企业及汽车检测站。单转鼓试验台特点转鼓直径大，试验精度高，主要用于汽车制造厂技术测试，成本较高。典型试验设施：转鼓试验台转鼓试验台结构

转鼓试验台组成由加载、测量装置、转鼓、举升及测控管理等系统构成，图3-11展示机械部分示意。

加载装置电涡流测功机作为加载装置，模拟汽车行驶阻力，吸收并测量驱动轮功率，广泛应用于转鼓试验台。

测量装置涵盖测力、测速设备及功率值显示器，如液压、机械、电测力装置和电子测速设备，精度各异。

转鼓组件转鼓由钢材中空制造，表面平滑或具特殊纹理，直径影响轮胎发热，飞轮调节惯性，适应不同测试需求。典型试验设施：转鼓试验台

01汽车举升装置配备气压、液压或电动式举升器，确保车辆顺利上下试验台，气压式较为常用。

02纵向约束装置采用固定从动轮或钢丝绳约束，避免纵向滑移，保持车轮精确位置，确保测试准确性。

03轮胎冷却装置鼓风机强制冷却轮胎，避免长时间测试过热，部分具备自动调节风量功能。

04测控管理系统以工业控制计算机为核心，集成多功能测试系统，智能测控仪表处理信号，输出控制信号，优化测试过程。典型试验设施：转鼓试验台转鼓试验台工作原理

汽车驱动轮输出功率测试通过恒速或恒扭力测试，测力臂检测力矩，结合滚筒转速计算输出功率。汽车滑行能力测试利用滚筒和飞轮动能模拟汽车滑行，滚筒转距等于汽车路试滑行距离。汽车传动系统传动效率测试反向拖动测试，对比驱动轮输出与发动机功率，评估传动效率。车速表与里程表校准在转鼓试验台上设定速度点，对比实际与显示速度，校准车速表误差。其他项目测试评估加速、爬坡、最高速度，配合仪器测排放与油耗。典型试验设施：道路模拟试验机

道路模拟测试通过试验设备施加振动，复制车辆实际道路遭遇，提供稳定环境，精确测量振动，优于实际道路测试。

测试设备类型常用电子液压振动台，模拟实际路面，测试车辆低频振动，精确重现前后方向振动输入。典型试验设施：道路模拟试验机道路模拟试验机的试验内容

道路模拟试验机功能再现预定路面条件，评估汽车振动性能和结构耐久性，精度高，适用范围广。

汽车振动性能研究关注舒适性、悬架性能及模态测试，需小振幅(约20mm)与宽频带(0至200Hz)。

汽车结构耐久性试验评估耐久性，复现严酷路面载荷，大振幅(250mm)低频(0至50Hz)，对新车样重要。典型试验设施：道路模拟试验机道路模拟试验机的基本组成

道路模拟试验机组成分为信号产生、电控、伺服控制、机械执行及动力供给五系统，各司其职，协同完成试验。

信号产生系统由电脑、磁带记录装置与波形发生器构成，电脑输出控制信号，监测振动，优化激励信号。

电控系统处理指令信号，转换为电子驱动，闭环控制确保精确运动，数字化结合计算机技术。典型试验设施：道路模拟试验机

伺服控制系统转换电信号为液压油流量压力，伺服阀为核心，实现精准动力输出。

机械执行系统使用电子液压激振器，转换液压为机械运动，含执行器、传感器与夹具，反馈数据至电控。

动力供给系统提供稳定液压驱动力，包括液压泵站、储能器、分配器与管道，确保动力充足。典型试验设施：道路模拟试验机道路模拟试验机的工作原理

典型试验设施通过计算机、信号测量设备和液压伺服系统模拟汽车实际行驶力量和运动，利用电子液压激振器重现路况，形成闭环控制回路，精确控制试验过程。道路模拟试验机原理汽车车轮置于激振器上，高压液体驱动工作台上下运动，位移传感器检测并转换为电信号，经校正放大后控制伺服阀，实现精密反馈控制，确保加载精度和标准。典型试验设施：道路模拟试验机道路模拟试验机的工作过程

01道路模拟试验机工作流程分六步：数据采集、编辑、求传递函数、导出信号、迭代优化、循环试验，确保精准模拟。

02数据采集试验车行驶特定路段，记录加速度、应变等控制变量时间历程，为后续分析提供基础数据。

03数据编辑原始信号经计算机处理，按试验标准编辑，生成目标响应信号，用于系统仿真。典型试验设施：道路模拟试验机

求系统传递函数车辆置于试验台上，整合汽车、传感器等组件，计算系统传递特性，指导信号转换。

导出初始驱动信号结合期望响应与系统特性，计算初始信号，为迭代过程奠定基础。

迭代过程通过多次迭代调整驱动信号，直至响应误差达标，通常5-10次完成，确保试验精度。

程序循环试验最终驱动信号存储或记录，循环播放激发汽车振动，验证试验效果。典型试验设施：道路模拟试验机有关道路模拟试验的几个问题

试验机与汽车耦合轮耦合用于模拟垂直冲击振动，评估悬挂系统；轴耦合模拟发动机、制动、侧向力，适于小型车测试，评估金属部件可靠性。

再现方式时间域再现精确复现非平稳随机过程，频率域再现确保振动功率谱一致，适用于轮胎连接方式。典型试验设施：高/低温模拟试验室高温模拟试验室

高温模拟试验室结构利用红外线灯模拟强光，风机构建正面气流，电/蒸汽加热，加热箱铺装地面，实现车辆高温环境测试。

技术指标与试验项目涵盖50℃温度、5%-95%湿度、全车速风速，进行冷却、动力、耐热及空调性能试验，确保汽车高温下稳定运行。典型试验设施：高/低温模拟试验室低温模拟试验室

01低温模拟实验室复制低温气候，节省资源，环境控制精准，稳定性好，可重复性强。

02结构试验间需密闭保温，设防潮照明、冷气发生器、传感器，大门宽敞保温，小门带过渡室，配观察窗、通信线路、报警器。

03制冷机房和制冷系统供应冷能源，含压缩机、冷却器、蒸发器、阀门、电源、显示设备，设操作人员值班室。

04换气系统清除有害气体，引入新鲜低温空气，排出热量，维持低温环境。

05冷却液系统冷却制冷机组，由冷却塔、水泵、水池、软化水设备组成。典型试验设施：高/低温模拟试验室

测控及观察间核心控制中心，配实验测量仪器、数据采集与处理系统。

试验数据采集与处理系统收集分析温度、电流、电压、时间、转速等数据，采用计算机处理。

技术指标温度-50～-40℃，湿度5%～95%，风速同高温模拟试验室。

试验项目涵盖发动机低温启动、行驶性能匹配、整车安全性检测、寒区适应性、刮水器性能、非金属零件适应性、油品低温性能验证等。典型试验设施：高/低温模拟试验室

高低温模拟试验室高低温模拟试验室是专门构建的环境测试室，可同时模拟高低温环境，进行各种温度条件测试，能容纳转鼓试验台等设备。典型试验设施：消声室和混响室汽车噪音测试建立消音室与回声室，隔绝外部噪音，精准测量汽车噪音。环保法规全球环保条例限制汽车噪音，推动建设专业声学测试环境。典型试验设施：消声室和混响室消声室

01消声室功能创造自由场或半自由场，低背景噪声，测试声学性能，如声功率级、声场分布，研究各类噪声源。

02消声室类型分全消声室和半消声室，前者六面装吸声材料，后者五面，地面硬质，模拟复杂路况声波反射。典型试验设施：消声室和混响室混响室

混响室特点全反射墙面，声能均匀分布，设计非平行表面，混响时间长，尺寸比例特殊，平均吸声系数低，使用瓷漆、瓷砖增强。

混响室应用用于机器声功率、汽车隔声、吸声材料测试，结合消声室研究材料隔声性能。典型试验设施：汽车风洞汽车风洞技术源于航空领域,模拟地面行驶气流,确保试验贴近真实道路条件。设计差异针对汽车特性优化,不同于航空风洞,专注地面行驶流场模拟。典型试验设施：汽车风洞汽车风洞特性

风洞结构形式汽车风洞分直流式与回流式，前者气流直排大气，受自然风影响大，后者气流封闭循环，流态更稳定。

风洞试验段形式试验段设计有开口、闭口及开槽壁面式，闭口适配实车，开口或开槽壁适中，阻塞效应小，需考虑模型尺寸与试验条件。

风洞最大风速实车风洞测试风速超车辆最高行驶速度，如奔驰、日产可达270公里/小时，反映空气动力学特性对风速敏感度。

风洞收缩比风洞收缩比影响气流湍流与分布均匀性，设计常采用至少4:1收缩比，确保湍流度达标。

地面附面层试验中地面附面层效应干扰数据，常用抽吸、喷气或移动地面板减弱，尤其对低离地间隙车型至关重要。典型试验设施：汽车风洞汽车风洞类型

空气动力风洞实车与模型风洞区分，模型成本低，调整灵活，风速30-70m/s，可配测功机、降雨装置。噪声风洞专研车辆噪声，设计减噪，测风噪与漏风，背景静音提升测试精度。气候风洞测试环境适应性，横截10-12㎡，精细调气流，模拟真实路压，温控-50℃至50℃。小型全尺寸风洞测试段10-20㎡，3/4开口或槽壁，数据分析修正，满足全尺度需求。汽车试验场：功用与类型

汽车试验场概述汽车试验场是模拟实际道路和环境条件的专用场所，道路为真实道路的集中、精简和强化版本，测试更严格、科学、高效。

世界汽车试验场发展20世纪中叶，英、美、德、日等国著名车企建汽车测试场地；中国最早为海南试验场，后建成安徽定远等诸多场地。

汽车试验场主要功用开展汽车产品质量鉴定试验、新产品开发鉴定认证试验、为零部件及整车模拟试验确定工况提供采样条件、开展汽车标准法规研究验证试验。汽车试验场：功用与类型汽车试验场分类与实例

01汽车试验场分类按功能分综合型与专用型，按规模分大、中、小型，大型占地超10平方公里，道路超100公里，多为综合型；中小型更常见，紧凑布局提供多样试验条件。

02汽车试验场实例美国三大车企拥大型综合试验场，欧洲多为中小型综合型，德国WABCO建专用场测试制动系统，美国通用建沙漠热带专用场评估发动机及整车性能。汽车试验场：试验道路与相关设施汽车试验场测试道路多样，设施种类丰富，相同设备命名各异，以下介绍常见类型。测试道路涵盖多种路面特性，形状各异，反映真实驾驶环境，确保全面测试效果。汽车试验场：试验道路与相关设施高速环形跑道

高速环形跑道设计专为连续高速行驶设计，形状多样，含直线、倾斜曲线与过渡段，配备鼓风机模拟侧风。

高速环形跑道安全措施直线段平坦宽广，与曲线段平滑过渡，确保驾驶者安全、舒适，避免紧张与疲劳。汽车试验场：试验道路与相关设施综合性能试验道路

试验道路设计电话听筒形状，直线段超1000米，宽至少8米，坡度小于0.2%，用于动力、经济、制动测试。回转弯道功能两端设回转弯道，用于掉头和加速，若直线短，弯道设超高，提升试验车速。汽车试验场：试验道路与相关设施

回转特性试验广场回转特性试验广场为直径约100米圆形区域，内侧或外侧倾斜坡度不超0.5%，路面平坦均匀，可长时间保持稳定摩擦系数，主要用于检测和评估汽车方向稳定性，部分还配备喷水或溢水系统以测试湿滑路面方向稳定性。汽车试验场：试验道路与相关设施低附着系数试验道路

低附着系数试验道路用于模拟易滑路面，关键于ABS等系统测试，通过喷水制造，设横向坡度与喷水装置。试验道路类型分全路一致、两侧不同、前后不同附着系数，含直线、曲线、广场，材料多样，附着系数0.05至0.45。汽车试验场：试验道路与相关设施

操纵性和平顺性试验道路由弯道路段及含多种瑕疵的路面组成，不设弯道超高，用于评估汽车操作性、稳定性、舒适性、噪声及可靠性测试。

石块路石块路是汽车行业可靠性测试路面，长度几百米到几千米，宽约4米，又称比利时路，用于评估轮胎等部件性能。

卵石路卵石路是卵石嵌入水泥混凝土路基形成的数百米长路面，用于测试车辆可靠性，会对车辆产生垂直颠簸及前后侧向冲击。汽车试验场：试验道路与相关设施扭曲路

扭曲路设计由交错凸起模块构成，高度80至200毫米，测试