汽車試驗學 第5章 汽車試驗的的儀器、設備與設施習題解答-202407

第5章汽車試驗的儀器、設備與設施習題解答5-1簡述光電式車速測量儀的用途及工作原理。解：光電式車速測量儀用于測量車速。光電式汽車速度測量儀的工作原理如圖5-3所示，照明燈是投光器，光電管式的梳狀光電器件是受光器，投光器將強光射到地面上，由于地面凹凸不平，形成明暗對比度不同的反射，反射光經(jīng)透鏡、狹縫，由梳狀光電器件的受光器接收。梳狀光電器件上有間距T的一排透光格子，如圖5-4所示。當路面以一定速度相對格子移動時，通過格子列后光的強度就變成了忽明忽暗、反復出現(xiàn)的脈沖狀態(tài)，此脈沖頻率與光穿過格子的次數(shù)相對應，即每移動一個T距離變換一次。假設汽車的速度為v，光學系統(tǒng)的放大率為m，路面相對光電式汽車速度傳感器移動的速度等于車速v，則在格子列上移動的光點速度為mv。這樣一明一暗的脈沖周期為T/mv，即頻率f=mv/T。速度v的變化可通過頻率f表現(xiàn)出來。通過測量頻率f，可得汽車的速度v。測量信號由前置放大器輸出。5-2簡述雷達測速儀的用途及工作原理。解：雷達測速儀對一定區(qū)域內(nèi)行駛的汽車測量車速，獲得被測汽車的速度。雷達測速主要利用多普勒效應原理測速，其測速原理如圖5-7所示。雷達測速儀安裝在汽車運動前方的支架上，汽車運動的方向如圖中頭所示，雷達測速儀發(fā)射窄波的電磁波。當汽車向雷達測速儀靠近時，反射信號頻率將高于雷達發(fā)射機頻率；反之，當汽車遠離天線而去時，反射信號頻率將低于發(fā)射機頻率。如此即可借由頻率的改變數(shù)值，計算出汽車與雷達測速儀的相對速度。當雷達測速儀不動時，得到汽車的相對速度；當雷達測速儀安裝在汽車上隨車運動時，得到汽車相對雷達測速儀的速度，再根據(jù)安裝雷達測速儀的汽車的速度，得被測汽車的速度。5-3簡述GPS定位車速測量儀的用途及工作原理。解：GPS定位車速測量儀是一種非接觸測量車速的儀器。GPS定位車速測量儀的工作原理：測量車速時，將GPS天線通過磁性材料吸附在車頂或其它便于接收信號的位置。GPS天線接收衛(wèi)星信號，利用位置已知的衛(wèi)星（不少于4顆）的三維坐標來確定汽車的三維坐標（x，y，z），根據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的無線信號的傳播延時建立三維位置量和時間量的方程，結(jié)合測量得到的各衛(wèi)星與汽車位置的距離確定被測目標在地面上的位置，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，并計算出汽車的位移和速度。5-4簡述VBOX汽車試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及應用。解：VBOX(VelocityBox)是基于GPS定位系統(tǒng)進行車速測量的典型設備，是一套專業(yè)測量、記錄和分析顯示車輛行駛數(shù)據(jù)的綜合性便攜式測試設備。VBOX汽車試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由衛(wèi)星接收器、主機和多種外接模塊及傳感器組成，如圖5-9所示。衛(wèi)星接收器、主機由英國Racelogic公司生產(chǎn)制造，油耗、陀螺儀、測力方向盤等由銷售企業(yè)匹配，匹配的設備主要來自國內(nèi)。主機可直接獲得汽車的速度和移動距離，提供橫（縱）向加／減速度值，充分發(fā)出的平均減速度(MFDD)，時間以及制動、滑行、加速等距離。系統(tǒng)附加多種模塊和傳感器，可以采集油耗、溫度、加速度、角速度及角度、轉(zhuǎn)向角速度及角度、轉(zhuǎn)向力矩、制動踏板力、制動踏板位移、制動風管壓力等，便捷完成動力性、燃油經(jīng)濟性、制動性和操縱穩(wěn)定性等十多項試驗內(nèi)容。5-5簡述USBCAN分析儀的用途及工作原理。解：USBCAN分析儀是讀取汽車傳感器數(shù)據(jù)的儀器，可獲取汽車的車速，電動機的轉(zhuǎn)速、電池的電壓、水溫、燃油量、里程和故障碼等與汽車上傳感器有關的數(shù)據(jù)。USBCAN分析儀的工作原理：ECU與各傳感器連接，USBCAN分析儀通過CAN總線，獲取ECU中各傳感器的數(shù)據(jù)，再根據(jù)這些數(shù)據(jù)，確定汽車的車速，電動機的轉(zhuǎn)速、電池的電壓、水溫、燃油量、里程和故障碼等。USBCAN-OBD分析儀顯示的汽車車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速和水溫如圖5-14所示。5-6寫出負荷拖車的受力平衡方程式，簡述負荷拖車的工作原理。解：負荷拖車的受力平衡方程式為式中，為試驗車的驅(qū)動力(N)；為試驗車拖鉤牽引力(N)；為試驗車的空氣阻力(N)；為試驗車和負荷拖車的滾動阻力(N)。負荷拖車的工作原理：試驗時，負荷拖車由試驗車(牽引前進，拖車車輪滾動，通過車輪帶動交流發(fā)電機給車載蓄電池充電，同時還帶動功率吸收器的圓盤轉(zhuǎn)動；通過交流發(fā)電機和功率吸收器吸收能量，對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生制動阻力矩，制動阻力矩傳到拖車車輪使其制動，由車輪與地面的摩擦所產(chǎn)生的摩擦阻力給前面的被測車輛施加負荷。而負荷拖車的計算機由蓄電池提供電源，試驗人員可以通過操作計算機輸入所要求的各種不同的負荷及速度目標值，再由計算機向控制器發(fā)出指令，由控制器調(diào)節(jié)蓄電池供給功率吸收器定子中電磁線圈的電流大小，從而改變負荷拖車的負荷，達到所要求的目標。計算機作為負荷拖車的主控單元，用來選擇負荷拖車的控制模式并發(fā)出指令，而力傳感器和速度傳感器則向計算機傳送負荷及速度的反饋信號。一旦計算機選定了負荷及速度參數(shù)，它將不斷比較控制目標信息和實際的反饋信息，如果二者不相符，它將傳給控制器來調(diào)整指令，改變負荷拖車的負荷，直到二者一致，達到控制要求。5-7簡述電渦流測功機的結(jié)構(gòu)及工作原理。解：電渦流測功機主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。在定子四周裝有勵磁線圈，圓盤的轉(zhuǎn)子用高磁導率鋼制成，轉(zhuǎn)子固定在傳動軸上，并在磁場線圈之間轉(zhuǎn)動。當勵磁線圈通過直流電時，兩極間產(chǎn)生磁場，在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生電渦流。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，由于電渦流和外磁場的相互作用，對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個制動阻力矩。通過改變勵磁線圈中的電流，可以改變制動阻力矩的大小。殼體支承在機架，拉桿通過銷軸分別與殼體、機架連接，殼體受制動阻力矩后，拉桿作用在殼體上的拉力對傳動軸的軸線的力矩平衡制動阻力矩。通過轉(zhuǎn)速傳感器，測量傳動軸的轉(zhuǎn)速；通過力傳感器，測量拉桿中的力，力乘以力到傳動軸的軸線之間的距離L得力矩；再通過力矩與傳動軸的轉(zhuǎn)速的乘積得電渦流測功機的功率。5-8簡述功率測量儀的結(jié)構(gòu)及工作原理。解：功率測量儀的下部是霍爾式傳感器測量功率的應用，為功率測量部分。動力和運動由傳動軸的兩端輸入和輸出，兩個齒輪固定在傳動軸上，扭桿與傳動軸制成一體。殼體支承傳動軸、霍爾式傳感器和前置放大器，并被固定測試系統(tǒng)的機架上。功率測量部分也可用磁電式傳感器測量功率的結(jié)構(gòu)和原理。功率測量儀工作時，兩個霍爾式傳感器測量轉(zhuǎn)速，利用其輸出電壓的相位差得兩個齒輪的相對扭轉(zhuǎn)角，再利用扭桿得其傳遞的扭矩；由轉(zhuǎn)速和扭矩得功率測量儀要測的功率。兩個霍爾式傳感器與前置放大器連接，并由前置放大器輸出測量的電信號。5-9簡述轉(zhuǎn)鼓試驗臺的工作原理及測量誤差。解：汽車試驗時，汽車的驅(qū)動輪在主動滾筒和從動滾筒上，帶動主動滾筒和從動滾筒轉(zhuǎn)動，主動滾筒的一端帶動飛輪轉(zhuǎn)動，主動滾筒的另一端通過變速器帶動電渦流測功機。速度傳感器的齒輪隨主動滾筒轉(zhuǎn)動，測得驅(qū)動輪的速度。通過電磁離合器接合，控制飛輪8的工作。當電渦流測功機不通電時，電渦流測功機不工作；當電渦流測功機通電后，電渦流測功機吸收驅(qū)動輪輸出的功率，通過壓力傳感器，測得作用在電渦流測功機上力，再與驅(qū)動輪的速度結(jié)合，得驅(qū)動輪的輸出功率。計算機控制電磁離合器和電渦流測功機，接收速度傳感器和壓力傳感器的測量信息，并計算得到驅(qū)動輪的輸出功率，顯示測試結(jié)果。轉(zhuǎn)鼓試驗臺的傳動系統(tǒng)中的摩擦力、傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量、飛輪機構(gòu)的慣量、電渦流測功機的摩擦功率損失、速度傳感器和壓力傳感器的測量精度、滾筒的曲面、車輪軸線與滾筒軸線的平行度等產(chǎn)生轉(zhuǎn)鼓試驗臺的測量誤差。5-10簡述四通道道路模擬試驗臺的工作原理。解：四通道道路模擬試驗臺的工作原理是利用四根液壓柱，使汽車振動，模擬汽車在路面上行駛時的振動，并根據(jù)所測得的汽車振動，評價汽車的平順性。四通道道路模擬試驗臺工作時，液壓泵將液壓油經(jīng)電磁閥、下進油口泵入活塞下方的液壓缸中，通過活塞、活塞桿、托盤推動車輪上升，活塞上方的液壓油經(jīng)上進油口流出液壓缸，位移傳感器測量車輪上升的距離；車輪上升到一定高度后，液壓泵再將液壓油經(jīng)電磁閥、上進油口泵入活塞上方的液壓缸中，推動活塞、活塞桿和托盤下降，車輪汽車的重力作用下隨之下降，汽車作用在托盤上的力及托盤、活塞桿、活塞的重力也推動活塞、活塞桿和托盤下降，活塞下方的液壓油經(jīng)下進油口流出液壓缸，位移傳感器測量車輪下降的距離；車輪下降到一定高度后，液壓泵使車輪重復上升和下降，實現(xiàn)汽車的振動。通過加速度傳感器測量汽車的振動。在汽車的地板上，可安裝陀螺儀，測量汽車的角振動。5-11簡述汽車靜側(cè)翻試驗臺的結(jié)構(gòu)及工作原理。解：汽車靜側(cè)翻試驗臺的結(jié)構(gòu)及工作原理：試驗臺通過鉸鏈與地面連接，汽車停在試驗臺上，通過液壓缸舉升試驗臺側(cè)傾；試驗臺側(cè)傾的角度不大于汽車的橫向駐車坡度角時，汽車橫向駐車在試驗臺上，可用理論力學求質(zhì)心的方法，求整車質(zhì)心的高度；在汽車最大橫向駐車坡度角的位置，通過安裝在試驗臺上的轉(zhuǎn)角傳感器測得試驗臺的傾角，為汽車的橫向駐車坡度角；試驗臺側(cè)傾的角度大于汽車的橫向駐車坡度角時，汽車橫向側(cè)滑到輪胎靠與防側(cè)滑擋塊接觸，并受到防側(cè)滑擋塊的阻擋；當汽車的質(zhì)心在過輪胎與防側(cè)滑擋塊接觸線的垂線上時，汽車即將靜側(cè)翻，此時試驗臺側(cè)傾角為汽車的靜側(cè)翻傾角，通過安裝在試驗臺上的轉(zhuǎn)角傳感器測得試驗臺的傾角。5-12簡述高溫試驗室的結(jié)構(gòu)。解：高溫試驗室如圖5-47所示，其結(jié)構(gòu)上主要包括日照裝置、供風系統(tǒng)、加熱裝置和路面輻射裝置，另室內(nèi)可放置轉(zhuǎn)鼓試驗臺、電動機的功率試驗臺、電池性能的試驗臺等，試驗室的四周墻體、室頂和地面采用保溫結(jié)構(gòu)。其中，日照裝置主要在實驗室頂壁與側(cè)壁上均勻安置紅外線燈，燈光照射強度及光照區(qū)域均可按實驗要求進行調(diào)節(jié)，用以模擬在炎熱的陽光下，測試汽車各部位的溫升及受熱狀態(tài)。供風系統(tǒng)模擬汽車實際形式的迎面行駛風，由大型鼓風機產(chǎn)生，再配以風道及風速控制，組成供風系統(tǒng)。與空氣動力風洞不同的是，風道出口截面積很小。同時，風速調(diào)節(jié)范圍要盡可能地覆蓋汽車的車速。加熱裝置采用電加熱與蒸汽加熱兩種形式。一般大型試驗室采用蒸汽加熱。5-13簡述消聲試驗室的用途及結(jié)構(gòu)定位參數(shù)的工作原理。解：消聲試驗室用于測量汽車及部件的噪聲，包括，發(fā)動機的排氣、電動機、傳動系統(tǒng)、輪胎、空調(diào)、風扇等的噪聲。用聲級計測量噪聲的大小，用電容式傳感器測量噪聲的頻率。消聲試驗室分為半消聲試驗室和全消聲試驗室。半消聲試驗室如圖5-37所示，室內(nèi)的五面裝有吸聲體，地面為水磨石地面，作為聲發(fā)射面，可模擬汽車行駛時的聲音反射特點。吸聲體又稱吸聲尖劈，是包裹玻璃棉等的吸聲材料。全消聲室為六面掛裝吸聲體的凈空間，聲體只來自被測的汽車或部件。消聲試驗室還會安裝底盤測功機、道路模擬試驗臺等測試設備。5-14簡述汽車電磁兼容性試驗室。解：汽車電磁兼容性試驗室為房中房結(jié)構(gòu)或直接建在房內(nèi)，為六面盒狀建筑體，五面有吸波材料，避免波的反射，地面鋪設或不鋪設金屬導電地板和吸波材料，地面鋪設金屬導電地板和吸波材料試驗室為全電波暗室，地面不鋪設金屬導電地板和吸波材料為半電波暗室。實驗室通常配備有一系列電磁場測試設備、輻射和傳導干擾測試設備、抗擾度和受擾度測試設備等，如發(fā)射天線、電流注入鉗、靜電發(fā)生器、頻譜分析儀、信號發(fā)生器、射頻功率放大器、定向耦合器、功率計、場強發(fā)生器（輻射天線）、場強傳感器、場強表等。5-15簡述淋雨試驗室的用途、結(jié)構(gòu)和工作原理。解：淋雨試驗室主要用來模擬自然降雨環(huán)境，用于測試汽車的防雨密封性能，是新車下線必不可少的檢測設備。淋雨試驗室主要由淋雨房、噴淋系統(tǒng)、吹干系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。其中，房體的主要作用是形成封閉的試驗區(qū)域與非試驗區(qū)隔離。汽車在輸送帶上向前移動。噴淋系統(tǒng)由水泵、水過濾裝置、回水槽、回水池、吸水池、管路及噴嘴等組成。噴淋系統(tǒng)模擬降雨，水泵將水經(jīng)分布式的噴嘴噴到車身上，再經(jīng)回水槽流入回水池，進行水的循環(huán)再利用。車輛完成淋雨測試后，吹干系統(tǒng)的風機將風吹到車身表面，對車身表面的試驗水進行吹干，吹干形式有冷風、熱風兩種。吹干系統(tǒng)由風機、風箱、風管等組成。風機產(chǎn)生強風經(jīng)過濾后由風箱分配進入風管，均勻吹在試驗車輛表面，使水與車身分離。計算機控制系統(tǒng)對車輛試驗時間、淋雨強度、噴射壓力進行調(diào)整控制。5-16簡述汽車安全及環(huán)保綜合性能檢測線和汽車裝配檢測線的主要功用和組成。解：汽車安全及環(huán)保綜合性能檢測線的主要功用是用于公安交警部門年審檢測汽車的安全及環(huán)保的綜合性能，也用于交通運輸部門或汽車維修企業(yè)檢測汽車的安全及環(huán)保的綜合性能，保證汽車安全及環(huán)保使用。汽車安全及環(huán)保綜合性能檢測線一般由外觀檢查、車底檢測、稱重、制動、側(cè)滑、燈光、尾氣、喇叭噪聲等檢測內(nèi)容及相應的工位組成。汽車裝配檢測線的主要功用是用于汽車的裝配線，檢測裝配后的新車的動力性、制動性、操縱性、安全、環(huán)保等綜合性能，評介其是否達到裝配質(zhì)量的要求，是否可上路行駛和銷售。汽車裝配檢測線一般由四輪定位、燈光、制動、側(cè)滑、行駛性能、排放、淋雨、路試等檢測內(nèi)容及相應的工位組成。5-17簡述汽車試驗場的主要功用。解：汽車試驗場的主要功用1)汽車產(chǎn)品的質(zhì)量鑒定試驗。2)汽車新產(chǎn)品的開發(fā)、鑒定與認證試驗。3)為試驗室零部件試驗或整車模擬試驗以及計算機模擬供路譜采集條件。4)汽車標準及法規(guī)的研究和驗證試驗等。5-18簡述高速環(huán)形跑道的用途及結(jié)構(gòu)。解：高速環(huán)形跑