《汽车性能实验》课程实验指导书王琛彭辅明田哲文袁守利詹涛唐蜜编汽车工程学院2015年4月
《 汽车性能实验》课程 实 验 指 导 书 王琛 彭辅明 田哲文 袁守利 詹涛 唐蜜编 汽车工程学院 2015 年 4 月
实验一、汽车零部件三维测量与数据处理一、实验目的、意义通过此项试验，让学生全面了解最先进的非接触三维扫描测量在工程测试中的作用，掌握非接触三维扫描测量设备的使用方法。二、实验基本原理与方法TestingPosiobjectLaserTool beingScannertracked1OpticalTrackerFigure1.Opticaltrackingofthelaserscannerattwopositions图1是三维扫描测量的工作原理简图，将激光线（也可用白光）打在被测物体上，利用CCD传感器对被测物体上的激光线进行摄像。该形线在CCD上的影像如图1所示，影像在CCD上水平方向的位置，反映了被测形线上的对应点距CCD的距离，即被测形线对应点的x坐标：影像在CCD上铅垂方向上的位置即为被测形线对应点的=坐标：将打在被测物体上的激光线自左向右间隔地移动，每移动一相等距离△L就可得到图1所示的一幅图像。显然激光线移动的次数n与△L的乘积n·AL即为被测点的v坐标，如此便可得到密布在被测物体表面上各点的三维坐标，即“点云”的坐标。1一车门：2一激光线；3一光学系统4一CCD芯片三、主要仪器设备及耗材1
1 实验一、 汽车零部件三维测量与数据处理 通过此项试验，让学生全面了解最先进的非接触三维扫描测量在工程测试中的作 用，掌握非接触三维扫描测量设备的使用方法。 二、实验基本原理与方法 图 1 是三维扫描测量的工作原理简图，将激光线（也可用白光）打在被测物体上， 利用 CCD 传感器对被测物体上的激光线进行摄像。该形线在 CCD 上的影像如图 1 所示， 影像在 CCD 上水平方向的位置，反映了被测形线上的对应点距 CCD 的距离，即被测形线 对应点的 x 坐标；影像在 CCD 上铅垂方向上的位置即为被测形线对应点的 z 坐标；将打 在被测物体上的激光线自左向右间隔地移动，每移动一相等距离 L 就可得到图 1 所示 的一幅图像。显然激光线移动的次数 n 与 L 的乘积 n L 即为被测点的 y 坐标，如此便 可得到密布在被测物体表面上各点的三维坐标，即“点云”的坐标。 1－车门；2－激光线；3－光学系统；4－CCD 芯片 三、主要仪器设备及耗材
1、典型的汽车覆盖件及复杂的汽车基础件（如发动机缸体或变速器壳体）各一件：2、非接触三维扫描测量仪一台。四、实验方案与技术路线1、实验内容：取一辆轿车车身或某一复杂车身覆盖件，用非接触激光三维扫描仪对其进行测量，将所测得的点云用专用软件转换为曲面。要求：1、了解激光三维扫描仪的测量原理；2、了解将点云转换为曲面的相关软件和使用方法：3、了解曲面光顺处理的相关知识。2、实验步骤1、在被测零件上设置多个特征点，以便多片点云数据的拼接：2、对被测零件的全部表面进行扫描测量；3、利用设置在零件表面上的特征点将多片点云数据拼接成一个完整的零件。3、实验的重点或难点：1、测试方位的正确选择：2、多片点云数据拼接。第二部分：实验过程记录一、实验原始记录1、RealscanUSB三维扫描软件的使用方法和注意事项：2、Radiform拼接软件的使用方法和注意事项；Rapidform能够处理多种不同设备创建的高密度点云和多边形面片。这些设备被单纯的称为3D扫描仪，其实还包括三维数字化转换仪、激光扫描仪、白光扫描仪，工业CT系统、Rider等不同的称呼方式。所有设备的共同目的就是捕捉实物，然后用点云和面片再现出来。RapidfromXOR软件是世界上唯一能够以3D扫描数据为基础创建CAD模型的3D逆向工程软件。可编辑的实体模型可以适用于很多方面。转换到CAD最快的路径，与所有3D扫描仪的互换，创建与特征树同步的履历CAD模型，能够转换成Solidworks，Pro/E，NX，AutoCAD，CATIA等其他文件格式。第三部分：结果与讨论一、实验结果分析导入三维绘图软件的应用方法，如何将点云转化为曲面。二、小结、建议及体会1、CCD图像传感器在工程上还有那些重要应用；2、噪声点如何剔除。2
2 1、典型的汽车覆盖件及复杂的汽车基础件（如发动机缸体或变速器壳体）各一件； 2、非接触三维扫描测量仪一台。 四、实验方案与技术路线 1、实验内容： 取一辆轿车车身或某一复杂车身覆盖件，用非接触激光三维扫描仪对其进行测量， 将所测得的点云用专用软件转换为曲面。 要求： 1、 了解激光三维扫描仪的测量原理； 2、 了解将点云转换为曲面的相关软件和使用方法； 3、 了解曲面光顺处理的相关知识。 2、实验步骤 1、在被测零件上设置多个特征点，以便多片点云数据的拼接； 2、对被测零件的全部表面进行扫描测量； 3、利用设置在零件表面上的特征点将多片点云数据拼接成一个完整的零件。 3、实验的重点或难点： 1、测试方位的正确选择； 2、多片点云数据拼接。 第二部分：实验过程记录 一、实验原始记录 1、Realscan USB 三维扫描软件的使用方法和注意事项； 2、Radiform 拼接软件的使用方法和注意事项； Rapidform 能够处理多种不同设备创建的高密度点云和多边形面片。这些设备被单 纯的称为 3D 扫描仪，其实还包括三维数字化转换仪、激光扫描仪、白光扫描仪，工业 CT 系统、Rider 等不同的称呼方式。所有设备的共同目的就是捕捉实物，然后用点云和 面片再现出来。 Rapidfrom XOR 软件是世界上唯一能够以 3D 扫描数据为基础创建 CAD 模型的 3D 逆 向工程软件。可编辑的实体模型可以适用于很多方面。 转换到 CAD 最快的路径，与所有 3D 扫描仪的互换，创建与特征树同步的履历 CAD 模型， 能够转换成 Solidworks，Pro/E，NX，AutoCAD，CATIA 等其他文件格式。 第三部分：结果与讨论 一、实验结果分析 导入三维绘图软件的应用方法，如何将点云转化为曲面。 二、 小结、建议及体会 1、CCD 图像传感器在工程上还有那些重要应用； 2、噪声点如何剔除
实验二、汽车振动动态特性的测试第一部分：实验预习报告一、实验目的、意义通过实验使学生了解振动测量的基本原理，常规测量系统的组成。掌握汽车整车及零部件振动动态特性测试系统的组成，以及获得测试系统动态特性的方法，即频率响应法和脉冲响应法。比较此两种测试方法的优缺点，并对两种测试方法的测试结果进行分析比较。二、实验原理1、频率响应法若给系统一系列不同频率单位幅值的简谐波输入，测出系统与之对应的输出，分别绘出输出的幅值y，一の曲线和β-の曲线，即为系统的幅频特性曲线和相频特性曲线。然后再利用一元非线性回归分析，便可得到测试系统的幅频特性A()和相频特性β(の)，系统的频率响应函数H(jo)为H(jo) = A(の)e-jg(o)2、脉冲响应法若给测试系统一单位脉冲s(t)输入，记录下系统的输出h（t），然后对h（t）进行富氏逆变换，便可得到系统的频率响应函数H(jの)。比较频率响应法和脉冲响应法不难发现，脉冲响应法比频率响应法更简单易行。但需指出的是，在工程实际中，标准的单位脉冲是不存在的。但给系统以作用时间小于1/10T的冲击输入，即可近似地认为是单位脉冲输入。三、主要仪器设备及耗材试件、激振器、脉冲锤、扫频信号发生器、力传感器、加速度计、电荷放大器、信号处理仪各一套。四、实验方案与技术路线（实验方案设计、实验手段的确定、实验步骤）实验方案：取一典型汽车部件作为动态测试系统的试件，分别用频率响应法和脉冲响应法测试同一部件的动态特性。比较此两种测试方法的优缺点，并对两种测试方法的测试结果进行分析比较。实验步骤：1、根据原理框图组成仪器系统并对其进行联机调试：2、给试件不同频率的正弦输入，测出其输出，绘制幅频特性曲线和相频特性曲线：3、给试件一单位脉冲输入，测出其输出的变化曲线，然后对其进行富氏变换，绘制幅频特性曲线和相频特性曲线：3
3 实验二、汽车振动动态特性的测试 第一部分：实验预习报告 一、实验目的、意义 通过实验使学生了解振动测量的基本原理，常规测量系统的组成。掌握汽车整车及 零部件振动动态特性测试系统的组成,以及获得测试系统动态特性的方法，即频率响应 法和脉冲响应法。比较此两种测试方法的优缺点，并对两种测试方法的测试结果进行分 析比较。 二、实验原理 1、频率响应法 若给系统一系列不同频率单位幅值的简谐波输入，测出系统与之对应的输出，分别 绘出输出的幅值 n y － 曲线和 曲线，即为系统的幅频特性曲线和相频特性曲线。 然后再利用一元非线性回归分析，便可得到测试系统的幅频特性 A( ) 和相频特性 ( ) ， 系统的频率响应函数 H j ( ) 为 ( ) ( ) ( ) j H j A e 2、脉冲响应法 若给测试系统一单位脉冲 ()t 输入，记录下系统的输出 h（t），然后对 h（t）进行 富氏逆变换，便可得到系统的频率响应函数 H j ( ) 。 比较频率响应法和脉冲响应法不难发现，脉冲响应法比频率响应法更简单易行。但 需指出的是，在工程实际中，标准的单位脉冲是不存在的。但给系统以作用时间小于 1/10τ的冲击输入，即可近似地认为是单位脉冲输入。 三、主要仪器设备及耗材 试件、激振器、脉冲锤、扫频信号发生器、力传感器、加速度计、电荷放大器、信 号处理仪各一套。 四、实验方案与技术路线（实验方案设计、实验手段的确定、实验步骤） 实验方案： 取一典型汽车部件作为动态测试系统的试件，分别用频率响应法和脉冲响应法测试 同一部件的动态特性。比较此两种测试方法的优缺点，并对两种测试方法的测试结果进 行分析比较。 实验步骤： 1、根据原理框图组成仪器系统并对其进行联机调试； 2、给试件不同频率的正弦输入，测出其输出，绘制幅频特性曲线和相频特性曲线； 3、给试件一单位脉冲输入，测出其输出的变化曲线，然后对其进行富氏变换，绘制幅 频特性曲线和相频特性曲线；
第二部分、实验过程记录一、实验原始记录（包括实验数据记录、实验现象记录、实验过程发现的问题）1、绘制原理图；2、记录实验曲线，幅频特性曲线和相频特性曲线，；3、实验中发现的问题。第三部分：结果与讨论一、实验结果分析（包括数据处理、实验现象分析、影响因素讨论、综合分析和结论）要求：1）每个学生学习和掌握系统动态特性的测试方法2）每个学生独立完成此项实验的数据处理工作，找出频率响应法及脉冲响应法得到的试件的各阶固有频率：3）每个学生对两种测试方法的测试结果进行分析比较，并写出实验报告。二、小结、建议及体会1、脉冲响应函数与频率响应函数的关系怎样？2、理解频率响应函数（传递函数）的意义。力锤被测数据处数据电荷放大器力传感器理系统采集结箱电荷放大器加速度计构图一：脉冲响应法原理图被激振器扫频信号发生器→测数据处数据电荷放大器力传感器理系统采集结箱加速度计电荷放大器构图二：频率响应法原理图
4 力传感器 加速度计 力传感 器 器 加速度计 第二部分、实验过程记录 一、实验原始记录（包括实验数据记录、实验现象记录、实验过程发现的问题） 1、绘制原理图； 2、记录实验曲线，幅频特性曲线和相频特性曲线，； 3、 实验中发现的问题。 第三部分：结果与讨论 一、实验结果分析（包括数据处理、实验现象分析、影响因素讨论、综合分析和结论） 要求： 1) 每个学生学习和掌握系统动态特性的测试方法； 2) 每个学生独立完成此项实验的数据处理工作，找出频率响应法及脉冲响应法得 到的试件的各阶固有频率； 3) 每个学生对两种测试方法的测试结果进行分析比较,并写出实验报告。 二、小结、建议及体会 1、脉冲响应函数与频率响应函数的关系怎样？ 2、理解频率响应函数（传递函数）的意义。 图一：脉冲响应法原理图 图二：频率响应法原理图 电荷放大器 电荷放大器 被 测 结 构 数 据 采 集 箱 数 据 处 理系统 力锤 电荷放大器 电荷放大器 被 测 结 构 数 据 采 集 箱 数 据 处 理系统 扫频信号发生器 激振器