汽车工程试验技术_张珏成编著_9787302472889

　　本书全面系统地介绍汽车试验技术的主要内容，共11章。从汽车试验的基本概念入手，介绍了试验系统的研究方法，分析了汽车试验测控子系统的组成、汽车试验装置的原理结构，以典型的汽车试验标准为例，讨论了汽车试验的依据和规律，最后介绍试验数据误差的概念、静态试验数据和动态试验数据处理方法。　　把汽车试验的运行、测量、数据处理三个部分结合在一起，是本书的主要特点。另一个特点是，对典型汽车试验标准进行了分析，有助于在开展汽车试验中运用有关标准，具有实用性。本书可以作为车辆工程专业及相关专业本科生的教材，也可以作为研究生和工程技术人员的参考资料。

　　前言
　　在多年的工作实践中，编者深感“试验”的思维模式对工程技术人员的重要意义。在技术进步的过程中，我们可以看到“试验”起到的巨大作用。
　　编者以为，试验不能没有测量，但测量不仅仅出现在试验活动中，试验活动也不仅仅是测量。除了测量，试验还有许多其他内容,例如“模拟”及试验装置设计制造、数据处理等。
　　本书以这个认识为纲领，将内容分为四个部分。
　　第一部分包括第1章至第3章，介绍与汽车试验有关的基础知识。第1章的目的是引起学生学习本课程的兴趣，思考汽车技术、汽车工业发展与汽车试验的因果关系。第2章以基本知识的提法，对汽车试验的“模拟”、测量、数据处理三个部分做了简单介绍，但术语改为“运行”。事实上，汽车试验都要使试验对象进入工作状态，再测量有关参数。第3章介绍试验系统的特性，是基础知识的核心。在本书中，试验系统包括试验对象、试验装置、测量及控制系统三个子系统，系统特性的理论知识不局限于测量系统。
　　第二部分为第4章至第7章，介绍汽车试验系统的测控子系统组成方面的基本知识，包括选用测量仪器。由于测量仪器、控制系统都是非常专业的技术，不可能在汽车试验技术一类课程中详细介绍，因此本书采取详略结合的内容处理方法。在第4章中，把汽车试验常用传感器、测量仪器、控制系统的电路单元和显示、记录装置等方面的基本概念和作用一并加以概括介绍；在第5章至第7章，对常用传感器、测控子系统的主要电路单元、显示与记录装置展开详细讨论。
　　在教学中可以只安排第4章，特别是对于少课时情况。编写第5章至第7章的目的主要是给读者提供一些参考资料，方便他们使用有关知识。
　　第三部分介绍汽车试验装置方面的基本知识，由第8章和第9章构成。汽车试验装置的共性是“模拟”。由于汽车试验的范围很广，试验装置的种类也很多，而试验装置结构更是“八仙过海”，各有巧妙，因此，第8章中只能概括地介绍试验设施的组成、原理结构以及功率吸收装置等，并简要说明了汽车试验场的基本情况。在第9章，通过介绍几个典型的技术标准，说明汽车试验的依据和设计方法，并讨论汽车试验的共性与规律。
　　第四部分为汽车试验数据处理的基础理论知识，包括第10章和第11章。因为误差分析的内容很多，而本书介绍的内容侧重于试验数据的置信度，因此，第10章没有起名“误差分析”，而是叫做“试验数据误差的基本概念”。第11章简要概括地介绍了动态、静态试验数据处理方法的基本理论知识，并给出应用实例。
　　衷心感谢上海工程技术大学汽车工程学院的同事们。虽然编者独力完成本书，但编写过程中，同事们给予了许多帮助；同事之间的切磋交流，使编者得到许多启迪。
　　衷心感谢各种参考资料的作者和编者，尤其是其他教材的作者。参考资料和本人的见解、知识互相印证，使本书避免了过多失误。
　　衷心感谢上海工程技术大学，学校提供了本书编写的各种物质条件。
　　衷心感谢清华大学出版社，他们的大力支持和辛勤劳动使本书得以出版，并因为出版社认真细致的编辑和检查校对，修正了本书原稿存在的许多错误。
　　在本书的编写过程中，编者力求使内容能够较全面、系统地体现汽车工程试验技术的相关知识和技术进步，对读者朋友的实际工作或学习有一点切实的帮助。但因自己才疏学浅，水平和能力有限，挂一漏万在所难免，编者在这里敬祈读者朋友不吝赐教。
　　张珏成2017年7月于上海松江

　　一百多年来，汽车与汽车工业不仅使人类社会发生了巨大的变化，自身也得到充分的发展。在此过程中，汽车试验发挥了关键作用。
　　1.1汽车试验的意义
　　试验是人们为了考察行为的效果或所生产产品的性能而进行的活动，针对汽车及其零部件的质量和性能而进行的试验就是汽车试验。
　　汽车从萌芽时期就与试验紧紧地联系在一起，可以说没有试验就没有汽车及其工业的发展。无论是最早的蒸汽汽车、第一台煤气四冲程发动机、第一台汽油机，还是第一辆汽车，都是通过实物试验来证实预先的构想。在汽车技术与汽车工业的发展过程中，工程技术人员都是通过汽车试验才得以发现以往的不足，寻求改进方案，并以实物试验确认改进的效果，从而推动汽车技术进步的。
　　在整车或零部件新产品开发中，实物试验是检验产品性能的基本手段。工程技术人员通过试验来验证产品设计构思，发现问题，探索并验证所采取的改进措施，从而不断提高产品性能。在当前，虽然基于虚拟样机的仿真模拟试验技术在整车或零部件新产品开发与制造中得到广泛应用，但从根本上说，仍须以实物试验作为最终手段，判断所开发的新产品是否满足设计要求，是否符合有关法规和国家技术标准的有关规定。
　　在生产制造中，试验对提高产品质量与控制生产成本也有重要意义。工艺设计人员可以通过试验，分析汽车故障和零部件失效的原因；探索新的加工制造工艺与方法；探讨工艺参数与质量的关系；寻找工艺与成本之间的规律；改进生产的组织与管理。在汽车的使用、维护与修理方面，汽车试验可以起到降低运营成本和延长汽车使用寿命的作用。工程技术人员和管理人员可以通过试验发现故障原因，消除隐患，降低燃料消耗等。
　　现在，整车或零部件新产品的设计中，已经普遍利用计算机进行仿真与模拟试验，用有限元分析等方法进行设计计算，以克服传统方法不能解决的困难。这些现代设计手段离不开大量试验数据的支撑。
　　因此，试验技术在汽车工业发展中发挥着重要作用，是汽车工业技术中的重要组成部分，也是汽车工业技术水平的重要标志。无论在整车或零部件产品设计方面、生产制造工艺方面和控制产品质量与成本方面，还是在生产组织与管理方面，甚至汽车的使用、维护修理方面，都离不开试验。汽车试验是推动汽车技术进步的一种极为重要的方法。
　　汽车试验之所以有如此重要的作用，是因为现实问题非常复杂，无法完全依靠理想的理论分析来获得对汽车及其零部件的完整认识，只能利用试验来了解汽车或零部件在使用中所出现的各种现象的本质及规律。客观地讲，科学技术建立在掌握大量事实基础上。没有对客观事物各种现象的本质认识以及现象之间相互关系和规律的认识，也就没有真正的科学技术。所谓掌握事实，就是了解客观事物各种现象的细节。因此，科技进步离不开试验和测量。在工程上，试验是发现问题、研究并解决问题的根本手段与方法。
　　1.2汽车试验技术的发展
　　汽车试验技术与汽车和汽车工业协同发展，汽车及汽车工业的发展得到汽车试验技术的支撑，反过来，汽车及汽车工业的发展又促进了汽车试验技术的进步。
　　1906年，法国勒芒市举行了法国汽车俱乐部大奖赛，是世界上第一场汽车大奖赛。有人认为，这场比赛是汽车道路试验的重要标志。实际上，在1887年，法国《汽车》杂志就于巴黎举办了汽车道路比赛，目的在于检验汽车性能，宣传车辆的安全性和可靠性，它带有汽车道路试验性质。在汽车诞生时就已经出现了汽车道路试验，而当时的试验中损坏汽车是经常的事情。1769年，法国工程师尼古拉斯·古诺为拖运军队的大炮研制出世界上第一辆蒸汽机汽车（见图11），这辆汽车在道路试验时因碰撞到石头墙而损坏。
　　图11尼古拉斯·古诺研制的第一辆蒸汽汽车
　　这个事件以及其他类似事件说明，在一个事物的发展过程中失败是无可避免的，只有通过试验，才能找出失败的原因和解决方案。
　　汽车外形的演变更能说明这个道理。德国发明家戈特利布·威廉·戴姆勒等人在发明汽车时，不可能认识到风力和风阻的存在与作用，也不可能想象出当代汽车的形状。他们只能在原有马车的基础上进行探索和改进，当时的汽车只能是“没有马的马车”（见图12）。等到汽车真的行驶起来，风力和风阻等方面因素的影响才凸显出来，于是出现了挡风玻璃以及车厢等，逐步地使汽车外形演变为今天的样子。人们在克服风力上的最初构思如图13所示，企图利用挡风板引导气流的流向，按照这个构思制造的汽车见图14。显然这个构思是不成功的，因此，出现了挡风玻璃。早期挡风玻璃的历史图片见图15。
　　到了20世纪，汽车工业开始采用流水线进行大规模生产汽车，而广泛采取各种测量措施是保证产品质量和大规模生产的前提条件。测量对象从简单的几何尺寸，发展到材料性能、零部件质量和汽车产品性能。为提高生产效率，测量工具从简单卡尺、量规发展到自动量仪和电测量仪表。测量仪器种类极大增加，需要测量的数据也更多。
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