北京科技大学汽车拖拉机实验实验报告

汽车拖拉机试验学实验报告

一、实验目的

1、认识和了解汽车传感器的工作特点和原理，掌握不同传感器的测量方法；

2、测试在恒定力矩作用下汽车方向盘的转角；

3、了解不同转速下汽车自身X、Y、Z方向的振动状况；

4、通过实验掌握汽车传感器的基本工作原理和应用；

二、实验器材

汽车三轴陀螺仪、汽车加速度计、试验台、直流电源、数字式万用表、方向盘转矩——转角测量仪

三、实验内容

（1）汽车方向盘在恒定力矩输入下的转角实验

1、测量汽车方向盘在2N·m恒定力矩输入下的转角。首先启动汽车，使得直流电源进行供电，将方向盘转矩——转角测量仪固定在汽车方向盘上，接通直流电源，之后将测量仪上的吸盘吸附在前挡风玻璃上

2、单方向转动测量仪上的转盘，输入恒定力矩2N·m，当测量仪上的转矩读数固定在2N·m时，读取测量仪上的角度示数并记录；使汽车方向盘复位，沿反方向转动测量仪上的转盘，同样输入恒定力矩2N·m，当测量仪上的转矩示数稳定在2N·m时，读取测量仪上的角度示数并记录

3、重复第2步，再次测量2组数据

（2）汽车在不同转速下车身在X、Y、Z方向的振动状况实验

1、首先将三轴陀螺仪以及汽车加速度计等传感器连接在汽车指定位置，连接好测量电路，接通电源

2、测量汽车在怠速（600r/min）状况下汽车X、Y、Z方向的加速度数据随时间的变化，并通过计算机转化为“加速度——频率”数据记录下来

3、测量汽车在1500r/min转速下汽车X、Y、Z方向的加速度数据随时间的变化，重复第2步的实验内容

4、测量汽车在3000r/min转速下汽车X、Y、Z方向的加速度数据随时间的变化，重复第2步的实验内容

四、实验数据处理

（1）

在2N·m的恒定力矩输入下，

第一组数据汽车方向盘转角平均值φ1=（15+75）/2=45°

第二组数据汽车方向盘转角平均值φ2=（3+80）/2=41.5°

第三组数据汽车方向盘转角平均值φ3=（14+83）/2=48.5°

（2）以下是汽车在不同转速下各方向的加速度——频率图（即振动状况）

怠速（600r/min）频谱图X方向

局部放大视图

Y方向

局部放大视图

Z方向

局部放大视图

1500r/min频谱图X方向

局部放大视图

Y方向

局部放大视图

Z方向

局部放大视图

3000r/min频谱图X方向

局部放大视图

Y方向

局部放大视图

Z方向

局部放大视图

五、实验结果

（1）实验一结果：从实验数据处理中可以看出，对汽车方向盘输入2N·m 的恒定扭矩时，方向盘转角在45°左右，但从不同组的结果可以看出，考虑到其他因素的影响，转角会有一定的波动，但总体来说转角在45°附近。

（2）实验二结果：从第四项的各种频谱图中可以看出

当发动机转速在600r/min时，对于X方向，当频率为20Hz时，汽车在该方向的加速度最大，约为0.031m/s2，也即振动最为明显，当振动频率高于这频率或低于这一频率时，汽车在该方向的加速度会显著下降，也即振动不明显；对于

Y方向，当频率在20Hz时，汽车在此方向的加速度最大，约为0.0125m/s2,也即振动最为剧烈，当振动频率在0-800Hz时，振动比较明显，特别的，频率为450Hz 和750Hz时，加速度较其他频率大，振动稍剧烈，当频率大于800Hz时，振动明显下降；对于Z方向，当频率为25Hz时，该方向的加速度数值最大，约为0.034m/s2，振动最为明显，当频率高于这一频率或者低于这一频率时，振动加速度明显下降，也即振动状况不明显。总体来看，在此转速下，X、Z方向振动尤为明显。

当发动机转速在1500r/min时，对于X方向，当频率为15Hz和50Hz时，加速度值为局部峰值，分别为0.027m/s2和0.031m/s2，振动比较明显，而在其他频率下，加速度则显著下降，振动不明显；对于Y方向，很明显从频谱图中可以看出，图中出现了4个峰值，对应频率分别为20Hz、410Hz、575Hz和755Hz，振动显著，加速度最大值为0.026m/s2，而在其他频率下，振动加速度显著下降，振动相对不明显；而对于Z方向，当频率为410Hz时，振动加速度达到峰值为0.0141m/s2，振动最为剧烈，在低频段，振动加速度较大，振动相对高频段更为明显。总体来看，在此转速下X、Y方向振动更为明显。

当发动机转速在3000r/min时，在X方向，当频率为95Hz时，加速度达到峰值，为0.042m/s2，振动尤为明显，频谱图总共有3个峰值，另外两个峰值出现在385Hz和775Hz处，振动稍强烈，总体来看低频振动更为剧烈，高频段振动不明显；在Y方向，当频率分别为95Hz、385Hz和750Hz时，对应的加速度分别达到各自的峰值，但峰值加速度数值上相对于X方向偏小，在Z方向，当频率分别为95Hz和385Hz时，加速度分别达到各自的峰值，但与Y方向一样，加速度最大值与X方向加速度最大值相比要小得多，因此虽然在X、Y、Z方向均有振动明显所对应的频率，但X方向振动最为剧烈。

六、分析与讨论

（1）实验一分析与讨论：从实验结果可知，不同组在同样的转矩输入下方向盘的转角总体在某一确定值附近波动，但仍然存在偏差，产生这一现象的原因可能有如下：

1.实验仪器本身精度产生的误差；

2.实验过程中显示屏上示数的不稳定引起的读数的误差，从而导致实验结果受影响；

3.实验方法本身存在对实验结果有影响的因素，如取平均值虽然可以消除一定的误差，但并不能完全保证实验的精度；

4．其他非人为因素如温度对传感器之类的电子元件的影响造成了实验的误差

（2）实验二分析与讨论：

当转速为600r/min时，通过对实验结果的分析可知X、Y、Z方向均出现了明显高于其他频率下对应的加速度的峰值加速度，当汽车频率和激励频率相同或者十分接近时，其振动便会显著增加。因此，X、Y方向频率为20Hz以及Z方向频率为25Hz时，均出现振动更为剧烈的现象，汽车加速度显著增大。而对于其他频率，振动并不明显。

当转速为1500r/min时，汽车X、Y方向均出现多个峰值加速度，且高于Z 方向的峰值加速度，并且Y、Z方向均表现出了明显的高频振动

当转速为3000r/min时，汽车也在X、Y、Z方向表现出明显的高频振动

由于实验所用汽车本身就是一个复杂的多质量系统，故存在多个共振频率，当激励频率和汽车某一质量系统的共振频率相同或十分接近时，便会出现共振现象，即某一方向振动加速度显著增加。也正因为汽车是一多质量系统，在实验时会出现多个频率下均会有加速度显著增加的现象。

当然，此实验也可能存在外界其他因素产生的扰动对实验结果的影响