汽车制造：测量和试验技术基础

在研究和预开发时，为识别和确认技术和方案的潜力要进行试验；在批量生产开发和生产时为保证产品和工艺成熟也要检验（试验中仿真）和测试（比较实际值与设定值，见参考文献[3]，1999）。在产品设计的各个阶段，虽然有众多的计算方法和仿真方法，测量和试验技术也是不能放弃的。

测量和试验的任务是：

1）辅助设定目标过程，试验达到的目标。

2）确定开发、生产和立法的限值。

3）设计决策的依据。

图10.4-2 汽车的重要工作状况

4）细调和优化部件、系统（包括软件）。

5）批准和验证计算模型、仿真方法以及只能由试验才能确定的参数值。

6）控制试验台数据和时间历程。

试验范围也包括设计范围的重要依据，即汽车的各种工作状况和使用条件（图10.4-2）、它们的频度（再现性）和载荷大小（用户影响、道路影响、国家/地区影响、集中载荷……），包括所有内部和外部的各种因素对汽车的影响（图10.4-3）。从所有这些因素中可推导出系统的试验技术，包括准确描述试验目标、方法（图10.4-4）以及对具体的试验任务配合具体的试验和测量（图10.4-5），或用另外的表达方式：“为什么、如何、什么时候应该由谁，用什么进行试验”^[38]。

图10.4-3 各种因素对汽车的影响

图10.4-4 有关汽车制造中的试验技术

对现有的有效试验对象，从材料试验、零件试验、总成试验（如发动机）、样车直至完整的批量生产汽车都需要确定试验方法。有些试验要用专门设计的试验汽车（如参考文献[4]）。还需要确定试验条件和相应的测量方法和评价准则（见图10.4-6实例）。对于评价准则可从设计任务书（如燃料消耗、加速能力）直接定量地得到或作为经验科学推出的综合性性能参数得到。也可以是主观的感受结果或从交通事件的生物力学中得到（见6.5节）。

行驶错误和操纵错误的后果是汽车的载荷要比在规定的使用条件下的载荷大得多。因此，必须从大量的特殊性能和可能与“滥用”打交道的情况下开发“滥用试验”和专门的“滥用”（图10.4-7，由参考文献[3]，1987，1999，2006和参考文献[5]）。相应的认识一方面不应导致汽车在正常行驶时出现不可接受的缺点；另一方面必须保证在滥用汽车后还有一个（必要时限制）工作能力的状态。

大范围的试验任务促使汽车制造中的测量技术成为一个独立的专业领域。在大量的稳态和动态仪器/设备和测量、试验方法中，目前检测各种各样的、常是高精度、高动态的测量参数（如参考文献[6]），这些测量参数分布在不同范围，特别是：

图10.4-5 汽车制造中试验技术使用场合实例

图10.4-6 死谷地区夏天和北极地区冬天的测试条件

1）力学、行驶动力学。

2）流体力学。

3）振动、声学。

4）热力学、热技术和能量技术。

5）电子技术。

6）光学。

7）材料、零件、燃料、制动液、冷却液。

8）摩擦学。(www.xing528.com)

9）减轻交通事故安全性。

10）排气系统。

11）遥测技术。

当在实验室，在各个总成和整车上使用大量的、灵敏的测量方法时，对在行驶汽车使用移动测量技术时必须考虑空间和重量限制，有时还受其他的限制（图10.4-8，由参考文献[3]，1989）。

图10.4-7 对汽车滥用和滥用试验的定义

图10.4-8 汽车测量系统、要求、原理显示测量链要求、原理

但目前还有一些连续运转的汽车是在滚动的测试实验室中进行的，如为检测所有可能的临界温度和载荷。还有对于难接近的位置提出无接触测量的特别要求，如运动的和/或热的零部件以及为显示复杂的过程，如在紧凑的、高应力的动力装置上。

几年来就采用了基于计算机的测量系统。它可优化、监视试验，并可综合在线评价（时域、频域、功率谱、模态分析等），包括快速显示。

在记录和/或处理测量值以前必须无干扰检测、滤波、预处理和传输（常为遥测）。在极端条件（气候、路况）行驶首先要采取针对性措施。在试验行驶中的特别组织措施是为规划和实施车队在相当远国家试验行驶需要几个季节（试验地区实例见图10.4-9）。

图10.4-9 整车试验实例

为在任何时候在公共交通之外尽可能不受干扰和再现行驶试验，所有大型的汽车生产厂家进行高花费的测量和试验场地建设（大多在它们的开发中心附近，或在特殊的气候条件地方），如图10.4-10所示。

图10.4-10 汽车试验地域实例（Seiffert，U.；Walzer，P.；Automobiltechnik der Zukunft.Düsseldorf：VDIVerlag GmbH，1989，S.165）

这些场地设施包括各种不同的路段，典型的有：

1）弯道行驶的圆周地段（包括弯道滑水）。

2）任意行驶动作的行驶动力学路面。

3）快速行驶道。

4）操纵、控制系统稳定性试验路段。

5）各种恶劣路段（如有轨道的石块路面、凸峰、沟槽……）。

6）各种特殊路段（穿水行驶、低附着系数路面、爬坡、侧风设施、越野路段）。

试验过程中较大的试验费用以及因经常不能保持相同的试验条件而缺乏再现性和测量技术等问题必须及早组织和准备。另外，应尽可能多地与整车一起进行总成试验，即从道路试验进入试验场地试验^[1，3，7]。

还在第二次世界大战前就建造了试验汽车空气动力学性能的大型风洞实验室和试验汽车整个驱动系统的转鼓试验台。以后出现了空调的动力装置试验台以及带复杂液压伺服加载设备的车桥和整车工作强度实验室。液压加载设备由在道路测得的工作载荷在实时条件下以随动行驶试验方式加载驱动（图10.4-11），见参考文献[3（2003）、8]。其他的实例是声音风洞、外噪声试验台以及试验电磁兼容（EMV）的实验室。这种接近真实的试验技术的重要前提是开发功能强大的实时计算机和软件系统。

图10.4-11 用于行驶加载试验的多部件试验台

如果所有的开发部和生产规划部还不能进行这样接近真实的试验工作，则批量生产开始和向用户提供新汽车则要到有足够多的汽车在实际使用中，在功能、可靠性、主观质量印象方面已得到验证的那个时候才实施。一再指出，后面的这种自由度（情况）需要很多费用。在产品和工艺高度复杂和综合时所有不按程序进行的工作在批量生产时会出现超出预期的较大偏差。