汽車試驗學課件 第2章 汽車試驗的基礎理論2

2.4汽車測試的計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

汽車測試的計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由傳感器、前置放大器（信號預處理裝置）、多路模擬開關、采樣-保持器（S/H）、模數(shù)轉換器（A/D）、計算機、顯示器等組成。圖2-12計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2.4汽車測試的計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

1.多路模擬開關

多路模擬開關的主要功用是把多個模擬量參數(shù)分時地接通并送達到模數(shù)轉換器，即完成多到一的轉換。

2.采樣-保持器

采樣器是一種開關電路或裝置，它在固定時間點上取出被處理信號的值；保持器則把這個信號值放大后存儲起來，保持一段時間，以供模數(shù)轉換器轉換，直到下一個采樣時間再取出一個模擬信號值來代替原來的值。圖2-12計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2.4汽車測試的計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

3.模數(shù)轉換器

模數(shù)轉換器（A/D）的功用是對采樣保持電路在時間上離散的模擬電壓值輸出一個n位二進制數(shù)字量。

最常用的兩種模數(shù)轉換技術是計數(shù)器型模數(shù)轉換器和逐次逼近型模數(shù)轉換器。

模數(shù)轉換器的兩個主要技術指標為分辨率和轉換時間。圖2-12計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2.5汽車測試系統(tǒng)的構建

汽車測試系統(tǒng)的構建是根據(jù)被測對象的測量參數(shù)和汽車測試系統(tǒng)的組成，利用已有的傳感器、前置放大器、示波器、數(shù)據(jù)采集卡、計算機等，構建汽車測試系統(tǒng)。

傳感器、前置放大器、示波器、數(shù)據(jù)采集卡、計算機等可從生產(chǎn)企業(yè)購制，測試軟件、單片機等可自行開發(fā)。1.利用示波器構建汽車測試系統(tǒng)

利用示波器構建的汽車測試系統(tǒng)主要用于易于測量參數(shù)的靜態(tài)測量，如靜態(tài)的位移、溫度、電壓；也可用于傳動軸振型等動態(tài)測量。

傳感器與前置放大器連接，前置放大器直接與示波器連接。被測對象為汽車或汽車上的部件。傳感器和前置放大器來自傳感器的生產(chǎn)企業(yè)，示波器來自示波器的生產(chǎn)企業(yè)。

測試時，傳感器將被測對象的參數(shù)量轉變?yōu)殡娦盘?，?jīng)前置放大器轉變?yōu)殡妷盒盘?，在示波器上顯示波形。圖2-13

利用示波器構建汽車測試系統(tǒng)的框圖2.利用數(shù)據(jù)采集卡和計算機構建汽車測試系統(tǒng)

利用數(shù)據(jù)采集卡和計算機構建的汽車測試系統(tǒng)可用于被測對象的不同參數(shù)的靜態(tài)和動態(tài)測試。這種構建汽車測試系統(tǒng)的方法，尤其適合構建研究性試驗、新的試驗的汽車測試系統(tǒng)。

傳感器與前置放大器連接，前置放大器與數(shù)據(jù)采集卡連接，數(shù)據(jù)采集卡與計算機連接。

測試時，傳感器將被測對象的參數(shù)量轉變?yōu)殡娦盘?，?jīng)前置放大器轉變?yōu)殡妷盒盘?，通過數(shù)據(jù)采集卡傳遞給計算機，計算機處理測試數(shù)據(jù)，并顯示測試結果。圖2-14

利用數(shù)據(jù)采集卡和計算機構建汽車測試系統(tǒng)的框圖3.利用單片機和計算機構建汽車測試系統(tǒng)

利用單片機和計算機構建的汽車測試系統(tǒng)可用于被測對象的單個參數(shù)的靜態(tài)和動態(tài)測試。這種構建汽車測試系統(tǒng)的方法，尤其適合構建研究性試驗、新的試驗的測試儀器，對被測對象的單個參數(shù)進行測試。

傳感器與前置放大器連接，前置放大器與單片機連接，單片機通過USB接口與計算機連接。

測試時，傳感器將被測對象的參數(shù)量轉變?yōu)殡娦盘?，?jīng)前置放大器轉變?yōu)殡妷盒盘枺ㄟ^單片機傳遞給計算機，計算機處理測試數(shù)據(jù)，并顯示測試結果。圖2-15

利用單片機和計算機構建汽車測試系統(tǒng)的框圖4.利用單片機構建汽車測試系統(tǒng)

利用單片機構建汽車測試系統(tǒng)可用于被測對象的不同參數(shù)的靜態(tài)和動態(tài)測試。這類測試系統(tǒng)多由汽車測試系統(tǒng)的生產(chǎn)企業(yè)構建，并形成企業(yè)生產(chǎn)的汽車測試儀器。

傳感器與前置放大器連接，前置放大器與單片機連接。企業(yè)開發(fā)單片機，利用單片機構建汽車測試儀器，并開發(fā)專用的測試軟件。

測試時，傳感器將被測對象的參數(shù)量轉變?yōu)殡娦盘?，?jīng)前置放大器轉變?yōu)殡妷盒盘?，再傳遞給單片機，單片機處理測試數(shù)據(jù)，并顯示測試結果。圖2-16

利用單片機構建汽車測試系統(tǒng)的框圖

1.測量及其分類

測量就是以確定被測參數(shù)的數(shù)值為目的進行的一系列試驗操作。具體地說，就是應用某種測量儀器，將被測量參數(shù)與同一物理量的標準量進行比較，從而確定該參數(shù)數(shù)值的過程。

測量包括直接測量和間接測量兩種。2.6汽車測試的測量誤差及其分析

（1）直接測量

通過測試裝置，將被測量參數(shù)與同一物理量的標準量直接比較，或是用事先經(jīng)過標準量校正的測量儀器進行測量，直接求得被測量參數(shù)的數(shù)值。

例如，用尺測量距離就屬于將被測距離與尺的量直接比較的直接測量，而用溫度計測量溫度則屬于用事先經(jīng)過標準量校正的溫度計進行的直接測量。這些測量，均可從測量儀器上直接讀出被測量參數(shù)的數(shù)值。1.測量及其分類

（2）間接測量

被測量參數(shù)與某些獨立的參數(shù)存在確定的函數(shù)關系，對這些獨立的參數(shù)進行直接測量，然后利用該函數(shù)關系計算得出被測量參數(shù)。

例如，對矩形的長度和寬度進行直接測量，然后計算得出矩形面積，就是對矩形面積的間接測量，矩形面積不是直接測量得到的。對發(fā)動機或驅動電機輸出的轉矩和轉速進行直接測量，然后計算得到功率，也是功率的間接測量，功率不是直接測量得到的。1.測量及其分類

（1）測量誤差

測量誤差是被測量參數(shù)的測量值l與真實值X之間的差值，簡稱誤差，即2.測量誤差及其分類(2-20)

測量值l可通過儀器測量得到，真實值X往往難以得到。真實值簡稱真值，可來自被測量參數(shù)的理論值、規(guī)定值、標準中的值，在等精密度測量中，可取多個測量值的平均值。無論直接測量還是間接測量，測量結果都不等于被測量的真實值，也即測量存在誤差，難以避免誤差，只能減小誤差。2.測量誤差及其分類

（2）按誤差的性質分類

1)系統(tǒng)誤差

系統(tǒng)誤差是保持一定大小、正負數(shù)值或按一定規(guī)律變化的誤差，是一種非隨機性誤差。系統(tǒng)誤差由測試系統(tǒng)中非隨機因素引起的誤差。

系統(tǒng)誤差的來源包括測量設備的基本誤差、偏離測試條件要求所產(chǎn)生的測試條件誤差、測量理論和方法不完善所帶來的理論誤差和方法誤差及試驗人員測量技術不熟練或其他主觀原因造成的人員誤差等?？筛鶕?jù)測試系統(tǒng)的組成，逐個分析系統(tǒng)誤差的來源。

系統(tǒng)誤差是有規(guī)律的，這種規(guī)律體現(xiàn)在每一次具體的測量中。因此，通過試驗找到這種規(guī)律之后，就可以對測定值進行修正，以減小或消除系統(tǒng)誤差的影響。（2）按誤差的性質分類2)過失誤差

由于測量工作中的錯誤、疏忽大意等原因引起的誤差，稱為過失誤差，又可以稱為“粗大誤差”。3)隨機誤差

即使在相同的條件下，對同一個參數(shù)重復地進行多次測量，所得到的測量值也不可能完全相同。這時，測量誤差具有各不相同的數(shù)值與符號，這種誤差稱為隨機誤差，或稱偶然誤差。

在任何測量工作中，隨機誤差都是無法避免的。隨機誤差就其個體而言，是沒有規(guī)律、無法預先估計及不可控制的，但其總體卻符合統(tǒng)計學的規(guī)律，重復測量的次數(shù)越多，這種規(guī)律性就越明顯。因此，可以用概率統(tǒng)計的方法，計算隨機誤差給測量結果可能帶來的影響。（3）按誤差產(chǎn)生的原因分類1)測試理論誤差

測試理論誤差是指由于測量理論本身不夠完善引起的誤差。例如，在底盤測功機上做測試時，車輪在滾筒上滾動替代車輪在地面上滾動，產(chǎn)生車輪滾動的理論誤差。2)測試儀器誤差

測試儀器誤差是指由于儀器的結構和制造不完善或調整、校正不當或位感器的安裝位姿精度等原因引起的誤差。例如，傳感器在汽車上安裝，傳感器的坐標與汽車坐標間的誤差。

3)測試人員誤差

測試人員誤差是指由于測量者技術不熟練或受其他主觀因素引起的誤差。例如，駕駛員的駕駛水平與測試誤差有關，同一駕駛員及不同駕駛員操縱同一輛手動擋汽車換擋，均有換擋的時間誤差，且不可控制；主觀評價汽車的平順性也會因人而異，產(chǎn)生主觀評價誤差。（3）按誤差產(chǎn)生的原因分類4)被測對象誤差

被測對象誤差是指由于被測對象自身變化帶來的誤差。例如，汽車在冷態(tài)及熱態(tài)、跑合與未跑合、加潤滑油等保養(yǎng)前后均會帶來動力性、制動性等測試誤差。

5)測試環(huán)境誤差

環(huán)境誤差是指由于各種環(huán)境因素與要求的標準狀態(tài)不一致而引起的測量裝置和被測量對象本身的變化所造成的誤差。例如，大氣的溫度、濕度、氣壓、風向等變化引起測試的氣候環(huán)境誤差。

6)測試道路誤差

測試道路誤差是指由于測試道路引起的測試誤差。例如，道路有路面不平度并使汽車產(chǎn)生隨機振動，引起測試誤差；車輪在道路及滾筒上滾動，有滾動誤差；在汽車繞樁試驗中，有汽車運動軌跡的誤差。3.測量誤差的表達方式

（1）絕對誤差

被測量參數(shù)的測定值與真實值之差為絕對誤差，見式(2-20)，可正可負。

（2）相對誤差

絕對誤差與真實值之比為相對誤差，通常用百分比表示，可正可負，即相對誤差（2-21）4.測試的精確度

（1）精密度

精密度是指對同一被測參數(shù)進行多次重復測量，各測定值之間的接近程度。測量的精密度受隨機誤差控制。

（2）準確度

準確度是指對同一被測參數(shù)進行多次重復測量，測量結果與被測參數(shù)的真實值之間的接近程度。測量的準確度受系統(tǒng)誤差控制。

（3）精確度

精確度就是精密度與準確度的綜合。測量工作就是希望得到精確度高的結果。a)高準確度低精密度b）低準確度高精密度c）高精確度

圖2-17精密度、準確度和精確度三者之間的關系5.隨機誤差的正態(tài)分布規(guī)律

隨機誤差服從正態(tài)分布，其數(shù)學模型用概率密度函數(shù)描述為

隨機誤差具有以下特征：1)單峰性。2)對稱性。3)有限性。

4)抵償性。（2-22）（2-23）a)正態(tài)分布曲線b）不同標準差的正態(tài)分布曲線

圖2-18隨機誤差的正態(tài)分布曲線6.等精密度測量的算術平均值與真實值的關系

對某個參數(shù)進行n次等精密度測量，即得到

，

，…，

等n個測量值，根據(jù)式(2-20)，且考慮真實值只有一個，則有

，

，…，

。如以

表示測量值的算術平均值，即

進一步得（2-24）

當測量次數(shù)無限增加時，可使得

，此時，測量值的算術平均值就等于被測參數(shù)的真實值，即（2-25）（2-26）

測量值

與算術平均值

之差，稱為殘余誤差，簡稱殘差（或稱偏差），以

表示，則有6.等精密度測量的算術平均值與真實值的關系(2-27)

將各測量值的殘差值相加，再根據(jù)式(2-24)，可得(2-28)

可見，各測量值殘差的代數(shù)和等于零。殘差的這個性質可用來檢查算術平均值的計算是否正確。7.汽車測試誤差的分析

（1）汽車測試誤差分析的意義

在汽車測試設計、過程中及獲得測試結果后，一定要進行汽車測試誤差分析。如果不知道測試的誤差、精密度和準確度，那么汽車測試結果將失去意義。

在測試設計中，進行測試誤差分析，是要防止、避免較大的理論誤差，在測試理論指導下，選擇合適的測試方法和儀器，制定高精度的測試方案，為高精度的汽車測試打下理論和設計基礎。

在測試過程中，進行測試誤差分析，是要保證測試過程的正確，正確使用測試儀器，減小測試過程中的操作誤差，防止、避免測試過程中的過失誤差，達到汽車測試設計要求的精度。

在獲得測試結果后，進行測試誤差分析，是要知道哪些測試有較大誤差，對測試結果有何影響，測試數(shù)據(jù)可信度，評價測試結果是否達到測試精度的要求，并給出結論；通過測試誤差分析，也為繼續(xù)做好汽車測試工作打下基礎。7.汽車測試誤差的分析

（2）汽車測試誤差分析的目的汽車測試誤差分析的目的，不是要消除它，因為這是不可能的；也不是使它小到不能再小，這不一定必要，因為這要花費大量的人力和物力；而是在一定的條件下，把誤差減少到最低限度，得到更接近于真實值的最佳測量結果，使汽車測試結果滿足精度要求。7.汽車測試誤差的分析

（3）汽車測試誤差分析的任務汽車測試誤差分析的任務就是研究誤差來源及其產(chǎn)生誤差原因、誤差的性質和規(guī)律，其主要內容是：

1）分析汽車測試理論、設備及其誤差，分析測試結果的誤差及其精度；

2）研究和確定汽車測試過程中的過失誤差和巨大隨機誤差之間的界限，以便舍棄那些含有過失誤差的汽車測試值；

3）研究隨機誤差的分布規(guī)律，分析和確定測量的精密度；研究系統(tǒng)誤差的規(guī)律，尋找把系統(tǒng)誤差從隨機誤差中分離出來的方法，并設法消除它的影響；

4）從一系列汽車測量值中，求出最接近于被測參數(shù)真實值的測量結果。7.汽車測試誤差的分析

（4）汽車測試