汽车角加速度范围

R / R0 1 K 0 (1 2 ) 0 S .M . 0 质心C在中性转向点Cn之前
表征稳态响应的具体参数有哪些？它们彼此之间 的关系如何？ 答：表征稳态响应的具体参数通常有R/R0、K、 （α1-α2）、 S.M.等。它们之间的相互关系如 下： R / R0 1 Ku 2

为何有回正力矩存在还有可能造成翻倾事故？ 答：通过对侧偏力引起的稳定回正力矩的分析： 1）侧偏力FY较小时，其轮胎拖距e较小，此时回正 力矩TZ= FY×e较小； 2）侧偏力FY增加时，其轮胎拖距e也随之增大，此 时回正力矩TZ增大； 3）随着侧偏力FY进一步加大，接地印记后部部分 达到附着极限，轮胎拖距e逐渐减小，此时回正力 矩TZ也有所减小； 4）之后接地面后部发生侧向滑动，轮胎拖距e变为 负值，此时回正力矩TZ不再起回正作用，而是加 剧转向，这时就有可能造成翻倾事故。

由于车轮的向前滚动，轮胎和地面的相互作用力 （分布力）偏向前方，外倾侧向力FYγ的作用点和地 面垂直反力FZ类似也偏向前方，因此产生绕OZ轴的 回正力矩。 在轮胎坐标系中，右轮的外倾角为正，产生负的外 倾侧向力，产生负的回正力矩。
什么是线性二自由度汽车模型？如何将汽车简化 为线性二自由度汽车模型？ 答：线性二自由度汽车模型是指仅有沿y轴的侧向 速度v和绕z轴的横摆运动ωr，且轮胎的侧偏特性 处于线性范围的汽车模型。 简化过程： 忽略转向系统的影响，直接以前轮转角δ作为输入； 忽略悬架的作用；车身只作平行于地面的平面运 动（即w、ωP、ωq均为0）； 汽车前进速度u不变； 汽车的侧向加速度ay<0.4g。


典型行驶工况性能主要包括哪些？其评价参量主 要有哪些？
答：典型行驶工况性能主要包括蛇行性能、移线性 能、双移线性能（回避障碍性能）。

旋转惯性力
Pr m1r 2
其水平和垂直的两个分量：
PjⅡ m2r2 cos 2 二级往复惯性力；
注：二级以上往复惯性力很小，已略去。
Prx m1r2 cost Pry m1r 2 sint
二、汽车动力总成悬置系统激振源
2. 发动机的干涉力和力距
c. 惯性力系的平衡 发动机平衡的含义：
惯性力系平衡； 转矩的均匀性。
三、汽车动力总成在车架上的振动
1. 发动机的自由振动
2)系统模型
如图3－1所示。
3)、自由振动方程
整机振动可分解为随同它的质心c点沿 X 、Y 、Z
的三个平动，和绕质心的转动。在微振动条件下，其角
位移可用绕 X 、Y 、Z 轴的转角 、 、 表示。当刚
体作六自由度自由振动时，有如下的表达式：
Mxc Fx
对因汽车摆动造成的车架扭转具有良好的运动顺从性。 阻抗和隔绝动载荷
有效地抑制在汽车行驶中，因道路凹凸不平而引起的激振影响 支承动、静载荷
在所有工况下，承受所有动、静载荷，并使动力总成在所有方 向上的位移处于可接受的范围内，不与底盘上的其他零部件发 生干涉。 保证发动机机体与飞轮壳的连接面弯矩不超过允许值。 保证合理的使用寿命
二、汽车动力总成悬置系统激振源
4. 激振频率分析
经分析可知：
a. 由不平衡量引起的激振力是离心力，它与转速成正比，只有在高转速时其作用 才显著。
b. 均匀点火脉冲的激励作用只有在低速时才明显。由上可知，发动机作为激振源 的激振频率范围为：
c. 地面激振频率范围：
1.5～2.5
可作为悬置设计时依据。
式中：Q －比例常数，一阶不平衡力Q＝1，二阶不平衡力Q＝2 c. 传动轴（变速器挂直接档）不平衡质量引起的激振频率：

汽车动力传动系统扭振ODS测试分析与应用李小亮【摘要】完成某匹配直列四缸柴油发动机前置、后轮驱动、手动变速箱皮卡车的动力传动系统扭振工作变形测试,确定其第2阶扭振峰值频率与振型;建立该车动力传动系扭振仿真模型,分析得到与实测相同工况的动力传动系第2阶扭振模态;对标仿真分析与实际测试的第2阶扭振峰值频率与振型,结果显示良好.基于扭振ODS 分析确定的频率与振型,说明仿真模型与分析结果可信,后续可扩展应用该类仿真模型,为全面预测、分析优化汽车动力传动系扭振引起的NVH问题,提供一种快速、有效的方法.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2017(000)013【总页数】4页(P114-117)【关键词】动力传动系统;扭振;工作变形分析;仿真模型【作者】李小亮【作者单位】江铃汽车股份有限公司;江西省汽车噪声与振动重点实验室,江西南昌330001【正文语种】中文【中图分类】U467.3CLC NO.:U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)13-114-04 汽车动力传动系统扭振是影响其NVH性能的重要因素之一。

工程上通过汽车动力传动系统扭振分析，明确扭振NVH问题的主要影响部件，合理设计、匹配其相关参数，调整传动系扭振固有频率，避免扭转共振产生，可有效提升汽车NVH性能。

本文基于振动工作变型（Operational Deflection Shapes, ODS）理论，通过对某匹配直列四缸柴油发动机前置、后轮驱动、手动变速箱皮卡车的动力传动系统扭振ODS测试与分析，确定其扭振频率与振型；建立该车动力传动系扭振仿真模型，分析得到扭振频率与振型，并与实测分析结果对标。

因动力传动系扭振测试方法与结果分析的局限性，提出基于汽车动力传动系扭振仿真模型与扭振ODS测试的良好对标结果，拓展应用扭振仿真模型，为全面分析与优化涉及汽车动力传动系扭振的NVH问题，提供一种快速、有效的分析方法。

汽车横摆角速度定义一、横摆角速度的概念和定义1.1 什么是横摆角速度横摆角速度是指汽车在转弯过程中车身绕垂直轴旋转的速度。

它是描述汽车在转弯时横向运动状态的一个重要参数，可以用来评估车辆的稳定性和操控性能。

1.2 横摆角速度的计算方法横摆角速度可以通过测量车辆在转弯过程中的侧向加速度和车速来计算。

一般来说，横摆角速度可以通过以下公式来计算：横摆角速度 = 侧向加速度 / 车速其中，横摆角速度的单位是弧度/秒。

二、横摆角速度的影响因素2.1 车速车速是影响横摆角速度的主要因素之一。

当车速增加时，由于车辆在转弯过程中需要产生更大的离心力来克服转弯时的惯性力，横摆角速度也会相应增加。

2.2 车辆质量和转弯半径车辆质量和转弯半径也会对横摆角速度产生影响。

车辆质量增加或者转弯半径减小，都会导致横摆角速度的增加。

这是因为在相同的侧向加速度下，惯性力会增加，而横摆角速度正比于侧向加速度。

2.3 车辆悬挂系统和轮胎特性车辆悬挂系统和轮胎特性也会对横摆角速度产生影响。

良好的悬挂系统和提供足够附着力的轮胎可以增加车辆的稳定性，降低横摆角速度。

相反，悬挂系统失效或者轮胎附着力不足会导致横摆角速度的增加。

三、横摆角速度的应用3.1 汽车操控性能评估汽车的横摆角速度可以作为评估汽车操控性能的一个重要指标。

横摆角速度越小，说明汽车在转弯时更加稳定，操控性能更好。

3.2 驾驶员训练和驾驶安全横摆角速度也与驾驶员的驾驶技术和驾驶安全息息相关。

驾驶员可以通过控制车速和转向操作来控制横摆角速度，从而提高驾驶安全性。

四、横摆角速度的测试与改善4.1 横摆角速度的测试方法横摆角速度可以通过专业的测试设备进行测量，如惯导系统和遥测系统等。

通过实际测试得到的横摆角速度数据可以用于分析汽车的操控性能和改进设计。

4.2 改善横摆角速度的方法改善横摆角速度需要针对不同因素采取相应措施。

例如，可以通过优化车辆悬挂系统和使用高附着力的轮胎来减小横摆角速度。

车辆速度轨迹数据计算加速度的公式1 引言车辆速度轨迹数据是对车辆运行状态的重要描述。

除了车速之外，还可以根据车辆速度轨迹数据计算出车辆的加速度。

加速度是指速度的变化率，它反映了车辆运动状态的变化。

在汽车行驶控制、车辆故障诊断等方面有着广泛的应用。

本文将介绍车辆速度轨迹数据计算加速度的公式以及其应用。

2 轨迹数据的采集和处理车辆速度轨迹数据的采集可以通过传感器和GPS等手段实现。

传感器可以直接感知车辆的运动状态，比如通过测量车辆的加速度、角速度、角度等，来判断车辆的运动状态。

GPS则可以通过卫星信号来定位车辆的位置和速度。

这两种方式都可以用来获得车辆速度轨迹数据，但是传感器的精度更高，适用于需要更精细、更准确的数据需求。

在得到车辆速度轨迹数据之后，需要进行一定的处理才能计算出加速度。

首先需要对轨迹数据进行平滑处理，以去掉数据中的噪声干扰，使轨迹更加平滑。

其次需要对轨迹数据进行差分操作，以获得速度和加速度的数据。

差分操作可以通过计算相邻两个时刻的位置、速度和加速度之差来实现。

最后，需要对差分后得到的数据进行归一化处理，以标准化数据范围，使不同车型、不同采集条件下的数据具有可比性。

3 加速度的计算公式根据车辆速度轨迹数据，可以计算出车辆在运动过程中的加速度。

对于一辆车，它的加速度可以通过计算速度变化的变化率得到。

加速度的计算公式如下：a=(v2-v1)/(t2-t1)其中，a为加速度，v为速度，t为时间。

在车辆行驶过程中，由于速度的变化是连续的，所以需要对速度进行积分才能得到车辆行驶的距离。

加速度则是速度的导数，它可以直接从速度数据中计算得到。

由于车辆行驶时间间隔较小，因此可以认为车辆在短时间内的运动是匀加速运动，从而使用加速度的匀加速运动公式来计算加速度。

4 加速度的应用车辆的加速度是衡量车辆运行状态的重要指标之一。

在车辆行驶控制方面，加速度可以帮助汽车制造商进行车辆性能的调试和优化。

例如，加速度可以用来评估车辆的加速能力、制动距离等性能指标，并与竞品车型进行比较。

加速度原理的应用1. 引言加速度是物理学中一个重要的概念，在许多领域都有广泛的应用。

加速度可以用于解释物体的运动、力的产生和作用等现象。

本文将探讨加速度原理在不同领域的应用。

2. 物体运动中的加速度应用加速度可以帮助我们理解物体在运动中的变化速率。

下面列举了几个常见的加速度应用：•飞行器起飞过程中的加速度：飞机在起飞过程中需要产生足够的加速度以克服重力和空气阻力，才能顺利起飞。

•车辆加速过程中的加速度：汽车在启动时，需要产生足够的加速度以克服摩擦力，使汽车前进。

•自由落体运动中的加速度：当一个物体在无阻力的情况下自由落体时，加速度近似等于地球的重力加速度9.8 m/s^2。

3. 力的产生和作用中的加速度应用在力的产生和作用过程中，加速度扮演着重要的角色。

下面列举了一些加速度应用的例子：•弹簧秤的工作原理：当物体悬挂在弹簧秤上时，物体会受到弹簧的弹力，从而产生加速度。

根据牛顿第二定律，加速度与物体所受的力成正比。

•吊船的原理：在吊船操作中，通过改变绳索长度和角度，可以控制吊船的加速度。

这种应用可以用来解决建筑工地等场景中的物体搬运问题。

•火箭推进原理：火箭通过向后喷射燃料产生的推力，使火箭产生加速度，从而使它能够离开地球的引力范围，进入太空。

4. 应用于科学研究中的加速度加速度在科学研究中有广泛的应用。

下面列举了一些应用于科学研究的加速度：•实验中的加速度测量：在物理实验中，可以通过测量物体的速度变化以及时间来计算加速度，这对于研究物体的运动规律非常重要。

•动力学分析中的加速度计算：在工程领域中，加速度可以用于分析各种机械设备和结构的动力学行为，从而设计更加安全和高效的工程解决方案。

5. 结论加速度原理在物质运动、力的产生和作用以及科学研究中起着重要的作用。

通过理解和应用加速度原理，我们可以更好地解释和预测物体的运动、控制力的产生和作用，以及促进科学研究的发展。

希望本文对读者能够有所启发和帮助。

线加速度和角加速度的关系公式
线加速度和角加速度是描述物体运动速度和方向变化快慢的两个重要物理量。

理解它们之间的关系，需要先明确它们各自的定义。

线加速度，通常用a表示，描述的是物体在直线运动中速度大小的变化率。

换句话说，线加速度是速度矢量的一阶导数。

数学公式可以表示为：a = ∆v/∆t，其中∆v是速度的变化量，∆t是时间的变化量。

角加速度，通常用α表示，描述的是物体在旋转运动中角度变化的速度。

具体来说，角加速度是角度的一阶导数，与线加速度类似。

数学公式可以表示为：α= ∆ω/∆t，其中∆ω是角度的变化量。

现在，我们来探讨线加速度和角加速度之间的关系。

当一个物体在二维平面上做曲线运动时，我们可以将其分解为两个分运动：切向运动和法向运动。

切向运动产生线速度，而法向运动产生角速度。

线加速度和角加速度之间的关系就隐藏在这两个分运动的相互影响之中。

根据向心加速度公式a_n = v^2/r，其中v是线速度，r是曲率半径。

对时间求导得到向心加速度的表达式：a_n = d(v^2)/dt/r。

根据牛顿第二定律F=ma，我们可以将a_n视为向心力F 产生的加速度。

而F=mv^2/r对时间求导，得到F的表达式：F = d(mv^2)/dt/r。

根据角动量守恒定律，mv^2 = Iα，其中I是转动惯量。

所以F=Iα/r对时间求导得到：F=dI/dtα/r^2+Idα/dt/r^2。

化简后得到：α=Id^2r/dt^2+rdr/dt*d^2r/dt^2。

加速度的正、负的含义是什么呢？
⒈ 下列说法正确的是
（ D ）
A. 物体速度改变量大，其加速度一定大
B. 物体有加速度时，速度就增大
C. 物体的加速度大，速度一定大
D. 物体的速度变化快，加速度一定大
⒉ 关于加速度的含义，下列说法正确的是： （ C ） A. 加速度表示速度的增加 B. 加速度表示速度变化 C. 加速度表示速度变化快慢 D. 加速度表示速度变化的大小
小 一、加速度 结 1.定义： 2.定义式： 3.物理意义： 4.单位： 5.分类： 二、加速度的方向 1. 速度的变化量 2.加速度的方向与速度变化量的方向相同
⑴ 加速直线运动，加速度的方向与速度的方向？ ⑵减速直线运动，加速度的方向与速度的方向？ 三、从从v-t 图象看加速度
⒐ 如图所示是一个物体向东运动的速度图象。由 图可知在0~10s内物体的加速度大小是 3m/s2 , 方向是 向东 ，在10~40s内物体的加速度大小 是 0 ，在40~60s内物体的加速度大小 1.5m/s2 ，方向是 向西 。 是
A.自行车下坡
B.公共汽车出站 C.某舰艇出航 D.火车出站 E.飞机匀速飞行
2
0 0 0 300
3
3 20 100 10
11
6 6 20 300
9 6 6 20 0
3 2
0.3 0.2
0
你能从表中得到比较速度变化的快慢的方法吗？
速度的变化量跟发生这一变化所用时间的比值有何意义？
一、加速度
⒈ 定义：速度的变化量跟发生这一变化所用时间 的比值。
v/m.s-1
30 20 10
o
10 20 30 40 50 60
t/s
10. 甲乙两物体的速度图象如图所示，由图可知a甲 = 0 ，a乙= -1m/s-2 ；t = 4s 时，v甲= v乙；若 t = 8s 时甲追上乙，再过1s乙在甲 后 (填前、 后）方。

车辆运动中的角偏差值通常指的是车辆行驶方向与期望路径或轨迹之间的角度偏差。

这个偏差值可以通过多种传感器和算法来测量和计算。

在自动驾驶和车辆控制系统中，角偏差值是一个重要的参数，因为它可以帮助系统了解车辆是否按照预期的路径或轨迹行驶。

通过监测角偏差值，系统可以调整车辆的转向、加速和制动等控制参数，以确保车辆能够准确地沿着期望的路径或轨迹行驶。

角偏差值的计算通常涉及到车辆的实时位置和期望路径或轨迹的比较。

系统可以通过使用各种传感器（如雷达、激光雷达、摄像头等）来获取车辆的实时位置，并将其与期望路径或轨迹进行比较。

通过计算两者之间的角度差，系统可以确定车辆的角偏差值。

一旦得到了角偏差值，系统就可以使用它来调整车辆的控制参数，以减小偏差并使车辆回到期望的路径或轨迹上。

这可以通过调整转向角度、加速度和制动力等参数来实现。

总之，角偏差值是车辆运动中一个重要的参数，它可以帮助自动驾驶和车辆控制系统了解车辆是否按照预期的路径或轨迹行驶，并采取相应的措施来调整车辆的控制参数，以确保车辆能够准确地沿着期望的路径或轨迹行驶。

加速度与速度的计算加速度和速度是物理学中两个重要的概念。

它们可以用来描述物体的运动状态和变化情况。

在本文中，我们将探讨如何计算加速度和速度，并介绍一些使用它们的场景。

一、加速度的计算加速度是描述物体速度变化率的物理量。

它的计算公式为：加速度 = （末速度 - 初速度）/ 时间间隔其中，加速度的单位通常使用米每二次方秒（m/s²）。

考虑一个示例，一个小车在2秒内由静止加速到20m/s的速度。

我们可以通过以下计算得到加速度：加速度 =（20m/s - 0m/s）/ 2s = 10m/s²这意味着小车的加速度是10m/s²，它在2秒的时间内每秒增加10米的速度。

二、速度的计算速度是描述物体移动快慢的物理量。

它的计算公式为：速度 = 距离 / 时间间隔速度的单位通常使用米每秒（m/s）。

考虑一个示例，一辆汽车在10秒内行驶了200米的距离。

我们可以通过以下计算得到速度：速度 = 200m / 10s = 20m/s这意味着汽车的速度是20m/s，它每秒行驶20米的距离。

三、加速度和速度的应用加速度和速度的概念在物理学中具有广泛的应用。

以下是一些常见的应用场景：1. 汽车行驶过程中的速度和加速度计算：汽车行驶时，通过测量时间和距离可以计算出速度。

加速度则可以通过测量速度变化率来计算。

2. 自由落体中的速度和加速度计算：当物体自由落体时，它的加速度可以近似为地球的重力加速度，约为9.8m/s²。

通过测量时间和物体下落的距离，可以计算出速度。

3. 运动员起跑时的加速度计算：在田径比赛中，运动员起跑时的加速度是非常重要的。

通过测量起跑时间和结束时间，可以计算出加速度。

4. 弹射物的速度和加速度计算：当物体被弹射出去时，可以通过测量其飞行时间和飞行距离，来计算出速度和加速度。

这些应用场景只是加速度和速度的冰山一角。

在物理学、工程学、运动学等领域中，它们的应用非常广泛，有助于我们理解和解决各种实际问题。

公路工程技术标准不设超高的最小半径线形设计时，各级公路（高速公路和一级公路除外）的视距应不小于两倍停车视距；并应根据需要，结合地形设置保证超车视距的路段。

平曲线半径：当汽车在平曲线上行驶时，所产生的横向力应不超过轮胎与路面摩阻力所允许的界限，并使驾驶员无不顺适感觉。

平曲线半径、行车速度、路面超高和横向摩阻系数[kg2]的关系式为[147-01],[kg2]其中(+)：直接关系到汽车在平曲线上行驶时的安全和顺适感。

极限最小半径：是公路受到地形或地物等限制所允许采用的最小半径。

其计算的条件是：为0.10（=120公里/小时）～0.15（=40公里/小时），这时驾驶员仍感顺适；是路面超高允许最大值，一般用6％，个别用8％，特殊情况下用10％。

一般最小半径：为使公路平面线型在整体组合上不致不协调，驾驶员感到较为顺适的常用的最小半径。

这时，为0.05～0.06；为6％～8％，不用10％。

不设超高的最小半径：公路的平曲线保持直线上的路拱（即不设超高），驾驶员不感到有弯道的最小半径，这时，为0.035；为－2％或－1.5％。

回头曲线：当公路需要展线以争取高程，而又受地形限制不能继续前进而须折返展线时，在折返处设转角一般大于180°的平曲线,称为回头曲线。

回头曲线因受地形限制，常采用极限甚至小于极限的最小半径。

超高：汽车在平曲线上行驶时产生离心力，设置超高，可抵消其部分离心力，使汽车不致向外倾覆。

超高值过大不利于驾驶操作和行车安全，也不利于公路养护、施工;过小则不利于排水。

专供汽车行驶的高速公路,一级公路的超高横坡度不超过10％，其他各级公路不超过8％。

在积雪寒冷地区，最大超高横坡度不超过6％。

平曲线加宽：汽车在平曲线上行驶时，后轮的轨迹在前轮的内侧,其车轮所占有宽度比在直线上的要宽,因此车道内侧应予加宽。

加宽值视车型和平曲线半径：()而定,[kg2]一般可按/2计算。

式中为汽车前后轴距；如为半挂车时，可分别按牵引车和挂车的前后轴距[kg2],计算。

doi:10.11823∕j.issn.1674-5795.2021.02.08角运动测量及校准方法彭军(航空工业北京长城计量测试技术研究所,北京100095)摘㊀要:角运动测量在旋转机械㊁飞行器㊁舰船㊁车辆㊁机器人等领域应用非常广泛㊂本文介绍各类角运动测量仪器的基本原理与应用领域,阐述了角运动参数计量技术现状及发展趋势,重点介绍了角运动参数动态校准方法,并指明了以量子陀螺为代表的新一代角运动参数测量技术成为国家战略关键技术后需要研究的问题㊂关键词:角运动;测量;校准中图分类号:TB922㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀㊀文章编号:1674-5795(2021)02-0073-08Angular Motion Measurment and Calibration MethodPENG Jun(Changcheng Institute of Metrology&Measurement,Beijing100095,China)Abstract:Angular motion measurement is widely used in rotating machinery,aircraft,ship,vehicle,robot and so on.This paper intro-duces the basic principle and application field of angular motion measuring instruments,expounds the present situation and development of angu-lar motion parameter measurement technology,and emphatically introduces the dynamic calibration method of angular motion parameters.Key words:angular motion;measurement;calibration0㊀引言刚体的运动有平移和定轴转动两种基本形式㊂描述平移运动的主要物理参数有位移㊁速度和加速度;描述定轴转动的主要物理参数有转角㊁角速度和角加速度㊂当描述一个物体在某空间的运动时,可将其运动分解为其质心沿空间坐标系3个轴的平移运动和绕3个坐标轴的定轴转动㊂各类旋转机械的转动㊁地球的自转,飞行器的航向㊁俯仰和横滚运动,车辆运动过程中急速转弯,舰船行驶过程中受巨浪的拍打而引起的俯仰及横向角度变化㊁机器人各关节的运动等,都可以用角运动量进行表征㊂作为一种常见的运动方式,角运动可分为匀速和非匀速两类:其中,非匀速角运动的角速度随时间变化,也称为动态角运动㊂近年来,动态角运动量测量的需求不断增加,例如:在飞行控制中,对惯导系统动态特性要求不断提高;在发动机和机器人领域的瞬态转动量测量需求也在增加㊂动态角运动测量技术迅速普及,角加速度计已经用于飞行器和汽车的控制系统㊂线运动计量技术发展的较早,也更为成熟㊂线运动计量是为了解决位移㊁速度㊁加速度的溯源问题,从激励信号类型可以分为振动(稳态)和冲击(瞬态)两类,从量值溯源途径可以分为绝对法(一次法)和比较法(二次法)两类㊂目前,国际标准化组织(ISO)已经制订了比较完备的线振动和冲击校准领域的国际标准,包括采用激光干涉法进行振动和冲击绝对法校准,振动㊁冲击比较法校准等㊂角运动计量是为了解决角位移㊁角速度㊁角加速度的溯源问题,总体而言,国际角运动的计量体系尚不完善[1]㊂1㊀典型角运动参数测量仪器1.1㊀光栅测角仪(角度编码器)典型的光栅测角仪采用圆光栅或柱面光栅测量角度㊂它们的基本结构是将光栅刻划在圆盘或圆柱体上㊂光栅是由大量等宽等间距的平行狭缝构成,高精度测角光栅在360ʎ均布着数万甚至数十万根刻线㊂光电读数头用于对光栅角位移进行检测,主要由副光栅㊁光源㊁光电转换器件组成㊂副光栅的刻线间距与主光栅相同,光栅旋转时光电读数头利用主副光栅相对运动产生的莫尔条纹明暗变化测量角度参量的变化㊂1997年,德国研制出世界上测角精度最高的光栅,它的分辨力为0.01ᵡ,测角误差为0.036ᵡ㊂此后Hei-denhain制造出光栅数字测角转台,圆光栅尺寸可达ϕ400mm,栅线数可达162000条,系统误差在ʃ0.15ᵡ范围内㊂圆光栅广泛应用于机器人㊁数控机床㊁航空航天等领域㊂德国的Opton和Heidenhain㊁英国的Ren-ishaw㊁美国的Itek,Micro-E和GRI主要生产各类圆光栅编码器㊂圆光栅既可用于高准确度角位移测量,也可用于动态角运动量测量㊂1.2㊀转速测量仪转速测量仪最简单的方式是利用敏感器件在旋转运动过程中每周产生一个脉冲,通过测两个脉冲间的时间间隔计算转速㊂敏感器件包括光电式㊁磁电式㊁电感电容式等㊂利用多齿或多标记细分法可以在每周产生多个脉冲,实现对转速的细分测量,但其细分数有限,瞬时转速的时间分辨力低,不能满足动态测量需要㊂转动量测量还常采用测速发电机法,这种方法利用电磁感应原理,其输出电压与转速成正比,缺点是进行动态测量频响范围窄㊁准确度低㊂上述方法主要用于匀速转速测量㊂1.3㊀扭振测量仪扭振亦即扭转振动,是结构动力学行为的表现形式之一,一般与其他振动载荷同时出现㊂扭振会对结构施加额外载荷(振动力矩及其伴随应力),会引起结构疲劳㊁振动㊁噪声㊁舒适性等方面的问题㊂扭振的主要表征参数包括扭转角度㊁角速度㊁角加速度以及动态扭矩等㊂扭振测试仪广泛应用于舰船㊁航空发动机㊁车辆㊁机器人等领域,是监测㊁检验装备旋转㊁扭振是否符合设计要求㊁判断设备健康状态㊁预测装备零部件寿命的重要手段之一㊂高端扭振测试仪具有全面的扭转运动学和扭转动力学分析功能㊂作为第一代扭振测试仪的典型代表 盖格尔扭振测量仪为全机械结构,通过模仿惯性速度传感器测量实现扭振拾取和记录㊂HBM以及ONOSOKKI则直接通过高采样率㊁高准确度㊁具有扭转波动测量功能的系列化扭矩传感器实现扭矩的测量㊂B&K TAC15使用线性加速度计拾取扭振信号,来适应扭振的现场测量需求㊂德国Polytec公司采用OFV400激光探头以及OFV4000控制器实现物体扭转和角运动的测量㊂其基本原理是激光干涉仪发出两束测量光束,其距离固定㊁平行且已知㊂通过两束光测量物体表面两点的线速度,根据两速度的差值与光束的距离之间的关系可计算出被测物体的角速度,从而实现旋转轴角运动参数的非接触测量㊂1.4㊀陀螺仪陀螺仪用于角速度的测量㊂惯性导航系统主要由陀螺和加速度计组成,因其自主性高㊁隐蔽性好㊁抗干扰能力强㊁全天候㊁全时空等诸多优点被广泛应用于航空㊁航天㊁航海和陆地机动等领域㊂现代军事装备离不开惯性导航系统㊂潜艇在水下长时间航行,飞行器在空间的稳定㊁摄影测绘㊁姿态调整,武装直升机等武器系统的瞄准线和射击线的稳定等都需要通过惯性测量系统实现㊂惯性导航系统具有初始对准时间长㊁其自身漂移导致误差积累等缺点,一度被卫星导航系统所压制㊂随着国际形势的风云变幻,卫星导航系统在安全性㊁可靠性等方面的缺点逐渐显现,很难保证武器装备在战时的可靠性甚至可用性,惯性导航系统在军事领域不可替代的地位更加凸显㊂陀螺仪是惯性导航系统的核心部件,其性能直接决定了惯性导航系统的准确度㊂陀螺仪的发展经历了从以牛顿经典力学为理论基础的转子陀螺仪到三浮陀螺仪,再到以Sagnac(萨格纳克)效应为基础的激光陀螺㊁光纤陀螺,工作原理和性能指标不断进步㊂目前,传统陀螺准确度最高的是静电陀螺(ESG),其零偏稳定性在10-6~5ˑ10-4ʎ/h范围内;中高精度零偏稳定性在5ˑ10-4~10-1ʎ/h范围内,包括激光陀螺(RLG)和光纤陀螺(FOG)等㊂光纤陀螺发展很快,霍尼韦尔公司研制的干涉型光纤陀螺(IFOG)零偏稳定性优于1ˑ10-4ʎ/h,角度随机游走5ˑ10-5ʎ/h1/2[2]㊂受到原理限制,传统陀螺仪很难兼顾高准确度和小体积,其漂移所带来的误差累积也限制了它的应用㊂半球谐振陀螺(Hemispherical Resonance Gyroscope, HRG)是一种利用半球壳唇缘的径向振动驻波进动效应来敏感基座旋转的新型固态谐振陀螺,是目前准确度最高的固体振动陀螺,具有无高速转子和活动部件㊁启动时间短㊁漂移小㊁过载能力强㊁频带宽㊁耐辐射以及体积小㊁重量轻㊁功耗低㊁寿命长㊁适应复杂环境等优点,特别适合在空间飞行器上使用㊂美国是最早研究HRG的国家,诺斯罗普㊃格鲁门公司的HRG 成功应用于MX洲际导弹;Delco公司为美国国家航空航天局的哈勃望远镜设计的Hubble HRG测量误差为0.00008ʎ/h㊂2018年法国赛峰公司的半球谐振陀螺角度随机游走达到0.0002ʎ/h1/2,标度因数稳定性为0.1ˑ10-5(有效值),零偏稳定性为0.0001ʎ/h㊂HRG 产品在航天领域应用最多,涉及天基预警㊁对地观测㊁深空探测等㊂微半球谐振陀螺是半球谐振陀螺小型化的产物,也是半球谐振陀螺的发展方向㊂随着现代物理学的发展,原子冷却㊁原子操控㊁激光等技术飞速进步,诞生了以原子物理和量子力学为理论基础的新型陀螺仪:量子陀螺[3-4]㊂量子陀螺以碱金属原子㊁电子和惰性气体原子等为工作介质,具有体积较小和超高准确度等优点,在惯性导航㊁姿态控制等领域表现出巨大的潜力,一经问世便成为国内外的研究热点㊂量子陀螺仪可分为自旋式和干涉式两大类,自旋式包括核磁共振陀螺仪(NMRG)㊁无自旋交换驰豫陀螺仪(SERF)和金刚石NV色心陀螺仪;干涉式主要为原子干涉陀螺仪(AIG)㊂上述的四种量子陀螺仪中,发展最为成熟的是核磁共振陀螺仪,其准确度高㊁体积小,具有芯片化的前景,美国在二十世纪70年代已开展相关技术研究㊂在美国国防部高级研究计划局(DARPA)对微小型㊁高准确度陀螺的需求牵引下,诺斯罗普㊃格鲁门公司近年来取得了积极的进展,研制的陀螺样机零偏稳定性为0.02ʎ/h,标度因数稳定性为5ˑ10-6,在此基础上,该公司拟实现零偏稳定性为1ˑ10-4ʎ/h㊁标度因数稳定性为1ˑ10-6的惯性测量单元㊂航天科工集团33所自主研制出核磁共振陀螺原理样机,使我国成为全球为数不多的掌握这项技术的国家之一㊂SERF陀螺的研究起步稍晚,2011年,普林斯顿大学的第二代SERF研究装置实现了零偏稳定性0.0005ʎ/h㊂北京航空航天大学㊁北京航天控制仪器研究所等单位也在开展SERF陀螺的研究㊂金刚石NV色心陀螺仪利用氮空位中的核自旋或者电子自旋结构和多种荧光辐射体系引起的微弱自旋信息来敏感载体转动信息,近年来进展较慢㊂原子干涉陀螺仪理论上具有超高准确度,零偏稳定性可以达到10-10ʎ/h,但研究起步较晚㊁技术难度大㊂近年来美国斯坦福大学㊁法国巴黎天文台㊁德国汉诺威大学等均开展了原子干涉陀螺仪研究㊂法国巴黎天文台首次实现采用冷原子干涉进行三个方向的加速度以及三个方向的角速度测量㊂国内中科院武汉物数所㊁清华大学和北京航天控制仪器研究所等单位也在开展原子干涉陀螺仪研究㊂全球卫星导航系统(GPS)存在易受干扰㊁欺骗及在某些环境下不可用等缺陷,美国一直在寻求GPS替补方案,以打破对其高度依赖㊂由于量子导航系统具有准确度高㊁抗干扰能力强等特性,具有不依赖于GPS实现自主定位的潜力㊂DARPA布局开展定位㊁导航和授时(PNT)相关技术研究,包括适应型导航系统(ANS)㊁微小型化PNT(Micro-PNT)㊁量子辅助感测和读出(QuASAR)㊁超快激光科学与工程项目(PULSE)以及对抗环境下时空和方向信息(STOIC)等㊂未来有望实现不依赖于GPS,可以达到GPS系统定位准确度的微型化量子惯性导航与定位系统㊂1.5㊀角加速度计角加速度计采用不同的工作原理,获得与角加速度成比例的电信号,目前主要有液环式㊁压阻式和压电式角加速度计㊂分子型液环式角加速度计利用液体双层理论来敏感输入轴方向的角加速度,并输出与该角加速度信号成正比的电信号,它主要由液环及放大器组成㊂液环内的工作液体作为惯性质量相对于转换器运动时,液体的流动转移 转换器 液体 界面处的电荷,由于 Quincke 效应,液体的惯性运动直接转换为与角加速度相对应的电信号㊂压阻式角加速计中,硅谐振梁式角加速度计是通过对位于硅谐振梁上压敏电阻的阻值变化测量角加速度值㊂当角加速度产生时,压敏电阻阻值的变化与加载在谐振梁上的力成比例㊂压电式角加速度计其压电陶瓷会在垂直于轴的环向产生一个与角加速度成比例的电荷㊂角加速度计可用于惯导系统中,角加速度信息与惯性导航装置所采集的其它信息相互结合,可以使得系统的动力学系数辨识和制导控制一体化设计成为可能;同时,由于角加速度信息在相位上超前于角速度反馈,因此引入角加速度信息的反馈可以提升飞行器/水下航行器抗未知瞬发干扰的能力㊂2㊀角运动参数计量标准角运动参数可分为静态参数和动态参数㊂静态参数主要有角位置和匀速旋转运动的转速,其中低转速的发生装置主要为速率转台,主要用于陀螺和惯导系统的测试与校准;动态参数是指随时间变化的量,主要有动态角速度和动态角加速度,主要发生装置有角振动台㊁摇摆台㊁角冲击台㊁突停台㊁仿真转台等㊂2.1㊀角位置计量标准角位置计量标准主要有多齿分度台㊁位置转台或棱体及光电自准直仪组成的测角系统等,可实现对角度分度及角位置定位的计量测试㊂多齿分度台是检测角度的一种精密仪器,主要由两个具有相同外径㊁齿形㊁齿距的端面齿盘组成的精密角度测量工具,它的检测角度基数为360ʎ/n,n为一周的齿数,常用的有360齿㊁391齿和720齿等,最大分度误差为0.2ᵡ~0.5ᵡ㊂位置转台主要由台体㊁控制系统㊁角度测量系统㊁控制计算机等组成㊂目前高准确度位置转台的角位置定位误差小于1ᵡ㊂按转台的轴数可分为单轴㊁双轴和三轴转台㊂在三轴转台上校准惯性系统,一次安装即可完成航向角㊁俯仰角和横滚角的校准㊂对陀螺进行校准时,利用三轴转台提供的精确姿态信息,以地球的重力加速度和自转角速度作为输入量,将转台按照设定的轨迹转动到不同的位置,通过观测陀螺的输出,根据已经建立的数学模型,对陀螺标定因数进行校准,一般有八位置法和十六位置法㊂棱体及光电自准直仪组成的测角系统则可以对角度发生装置进行测量与校准,棱体常见的有23面棱体和24面棱体,分度误差小于1ᵡ,光电自准值仪则在小角度范围内误差小于0.1ᵡ㊂2.2㊀转速计量标准速率转台是陀螺和惯导系统在设计㊁研制㊁生产过程中常用的计量标准之一㊂按其转轴的数目分有单轴㊁双轴㊁三轴㊂速率转台对陀螺校准是根据转台提供的一系列标准角速度,与陀螺的输出进行比较,由陀螺的误差模型,得到其标度因数(灵敏度)和安装误差角㊂常用的速率转台的范围为0.0001~1000ʎ/s,角速率准确度和稳定性为5ˑ10-5(360ʎ角度间隔)㊂可以满足机械陀螺仪和微机械陀螺仪的计量测试需求㊂俄罗斯全俄门捷列夫计量科学研究院(VNIM)建立的角速度标准角速度范围为0.00006~600ʎ/s,角速误差为1ˑ10-5㊂航空工业计量所建有低转速计量标准[5-6]如图1所示,超低速转速标准转台采用气浮轴系支撑,分体式力矩电机驱动,高准确度光栅测角系统反馈控制,实现速率范围0.00001~1000ʎ/s,角速率准确度和稳定性优于2ˑ10-6(360ʎ角度间隔)㊂图1㊀超低速转速标准台2.3㊀动态角运动计量标准对角运动量的动态计量需求主要有:陀螺或惯导系统产品的幅频特性㊁相频特性㊁带宽㊁启动时间延迟等,主要的工作计量标准有角振动台㊁仿真转台㊁突停台等㊂ISO制定的角运动标准有ISO16063-152006‘Methods for the calibration of vibration and shock transducers Part15:Primary angular vibration calibra-tion by laser interferometry“㊂我国的动态角运动计量技术规范有GB/T20485.15-2010/ISO16063-15:2006‘振动与冲击传感器校准方法第15部分激光干涉法角振动绝对校准“,GJB/J6205-2008‘角振动传感器校准规范“㊁JJF1453-2014‘角运动传感器(角冲击法)校准校准规范“㊁JJG(军工)184-2019‘标准角振动传感器“㊂以下简要介绍各类角运动动态校准方法,并对各种方法的特点进行比较㊂2.3.1㊀角振动标准角振动标准通过控制角振动激励台产生标准的正弦角运动信号,同时采集标准输出与被校传感器的输出,经过正弦拟合或DFT等处理,比较标准信号的幅值与被校传感器输出信号的幅值,得到传感器的灵敏度,比较标准输出信号初始相位角与被校传感器输出信号的初始相位角,得到相位差,实现对传感器幅频特性和相频特性的校准㊂德国PTB(Physikalisch-Technische Bundesanstalt)系列角振动标准可实现的频率范围为0.4~1000Hz,幅值测量不确定度为0.3%~0.5%㊂韩国KRISS(Korea Research institute of standard and science)系列角振动标准可实现的频率范围为1~800Hz,幅值测量不确定度为0.3%~0.8%㊂近年来,中国计量科学研究院(NIM)也进行了角振动的研究工作,目前角振动标准可实现的频率范围为0.05~1200Hz㊂航空工业计量所建有系列角振动标准,其频率范围为0.005~1000Hz,幅值灵敏度校准(如图2)不确定度为0.5%~2%,相位测量不确定度为0.5ʎ~2ʎ㊂计量所低频角振动标准采用基于气浮轴系激励源㊁基于分体式永磁电机的低失真动态角运动反馈控制㊁通过对光栅信号的解调㊁非线性补偿将角振动量值直接溯源到角度和时间两个基本量㊂通过同时采集角振动标准输出并对其进行解算,得到角位移序列φM(t i),与被校传感器在激励作用下产生输出u(t i)进行正弦拟合得到㊂u(t i)=A u cosωt i-B u sinωt i+C u(1)φM (t i )=A φcos ωt i -B φsin ωt i +C φ(2)由式(1)和式(2)联立求解得到式(3)和式(4)㊂^u =A 2u +B 2u ㊀㊀φu =arctanB uA u(3)^φM =A 2φ+B 2φ㊀㊀φS =arctanB φA φ(4)式中:^u为角振动传感器输出的幅值,φu 为角振动传感器输出在采集时刻的相位角,^φM为标准角位移幅值,φS 为标准角位移采集时刻的相位角㊂图2㊀低频角振动台被校传感器可以是角位移㊁角速度或角加速度传感器,标准测量通道为位移信号,为了用同一标准完成对不同角振动传感器的校准,需要对角位移㊁角速度和角加速度依据式(5)~(10)进行换算㊂角位移过程为^d =^φM ㊀㊀ϕd =ϕS (5)角速度过程为^v =2πf ^φM ㊀㊀ϕv =ϕS +π2(6)角加速度过程为^a =(2πf )2^φM ㊀㊀ϕa =ϕS +π(7)得到角振动传感器的幅值灵敏度和相位角延迟分别为角位移传感器S d =^u^d ㊀㊀Δϕ=ϕd -ϕu(8)角速度传感器S v =^u^v㊀㊀Δϕ=ϕv -ϕu(9)角加速度传感器S a =^u^a ㊀㊀Δϕ=ϕa -ϕu(10)由此,可以获得各类传感器的幅值灵敏度和相移[7]㊂2.3.2㊀角冲击标准角冲击标准通过控制角冲击激励台产生一定脉冲持续时间和峰值的半正弦激励,由激光干涉仪与柱状圆光栅组成的标准测量系统,利用高速数采模块同时采集标准测量信号与被校传感器信号,解算出标准信号波形和被校传感器输出波形,比较两信号的峰值得到传感器的幅值灵敏度㊂德国PTB 从上世纪九十年代开始一直在进行角冲击标准研究,但目前的能力和指标没有公开的报道㊂其他国家计量机构也未见相关报道㊂航空工业计量所角冲击标准如图3,其技术指标峰值角加速度为500~15000ʎ/s 2,脉冲宽度为5~30ms,测量不确定度为2%㊂角冲击标准激励源由台面㊁空气轴承㊁光栅㊁电机等组成㊂控制系统以计算机为核心,主要有两条控制线路:一路是由主控制器㊁主轴电机㊁光栅主控系统;另一路是由从控制器㊁滑环电机㊁编码器组成的跟随系统㊂激光干涉仪与柱状圆光栅组成标准测量系统,PXI总线数据采集系统对标准测量系统输出信号和被校传感器输出信号进行采集,将角冲击量值溯源到角度和时间两个基本量[8]㊂图3㊀角冲击标准角冲击标准在不同的半正弦波脉冲持续时间和峰值状态下,对角运动传感器进行校准[9]㊂被校角运动传感器刚性安装在角冲击台台面上,标准装置控制系统根据校准的要求,控制角冲击台给出相应的半正弦激励㊂采用光栅作为角运动量测角元件,其输出的电压信号^ux 和^u y 被数据采集系统数字化后形成2个离散信号系列^u x [n ]和^u y [n ]㊂被测角位移可由公式(11)计算得到[10]㊂θ[n ]=g 2πarctan ^uy [n ]^ux [n ]+k π()(11)式中:θ[n ]为角位移,rad;^ux [n ],^u y [n ]为光栅读数头输出信号,V;n 为0,1,2,3, ,离散信号系列变量;g 为光栅栅距,rad;k 为整数㊂可采用时域差分法对角位移信号一次差分得到角速度,数据处理过程如图4(a)所示;对角位移信号两次差分得到角加速度,数据处理过程如图4(b)所示㊂图4㊀时域差分计算方法也可用频域DFT法计算得到角速度,数据处理过程如图5(a)所示;用频域DFT法计算角加速度数据处理过程如图5(b)所示㊂图5㊀频域DFT计算方法比较被校传感器的输出与标准装置的输出,得到被校角运动传感器的灵敏度㊂㊀㊀公式(12)可计算出角加速度传感器灵敏度㊂Sθ㊆=^uθ㊆θ㊆(12)式中:Sθ㊆为角加速度传感器的角冲击灵敏度,V/(ʎ㊃s-2); ^uθ㊆为角加速度传感器输出的电压峰值,V;θ㊆为输入角加速度峰值,ʎ/s2㊂公式(13)可计算出角速度传感器灵敏度㊂Sθ㊃=^uθ㊃θ㊃(13)式中:Sθ㊃为角速度传感器的角冲击灵敏度,V/(ʎ㊃s-1); ^uθ㊃为角速度传感器输出的电压峰值,V;θ㊃为输入角速度峰值,(ʎ)/s㊂公式(14)可计算出角位移传感器灵敏度㊂Sθ=^uθθ(14)式中:Sθ为角位移传感器的角冲击灵敏度,V/(ʎ);^uθ为角位移传感器输出的电压峰值,V;θ为输入角位移峰值,(ʎ)㊂3㊀采用不同激励信号对陀螺进行校准不同类型的激励信号可以获得被校传感器的不同的计量特性,可以根据用户的测试需求选择激励信号的类型及角运动计量标准装置㊂本文采用超低转速标准装置㊁角振动标准装置㊁角冲击标准装置对同一支光纤陀螺进行校准㊂3.1㊀超低速转速标准采用超低转速标准对光纤陀螺校准,校准结果如表1,光纤陀螺在不同角速度下的标定曲线如图1所示㊂表1㊀某光纤陀螺静态输出校准结果表标准角速率/(ʎ㊃s-1)实测传感器输出值/mV灵敏度/(mV㊃(ʎ㊃s-1)-1)标准角速率/(ʎ㊃s-1)实测传感器输出值/mV灵敏度/(mV㊃(ʎ㊃s-1)-1)1 6.6669 6.67-1-6.5627 6.56 533.1273 6.63-5-33.0025 6.60 1066.1962 6.62-10-66.0415 6.60 50330.049 6.60-50-329.9434 6.60 100655.833 6.56-100-655.3775 6.55 150972.9317 6.49-150-972.7992 6.49 2001277.945 6.39-200-1278.065 6.39 2501567.376 6.27-250-1567.476 6.27 3001837.557 6.13-300-1837.694 6.13图6㊀光纤陀螺静态标定曲线图㊀㊀从表1与图6中可以看出:随着角速度的提高,该传感器输出灵敏度有所下降,在角速率小于50ʎ/s 时传感器灵敏度为6.6mV/(ʎ㊃S-1),最高角速率时,其输出灵敏度系数为6.1mV/(ʎ㊃S-1),正反转的对称性除1ʎ/s,其余可达0.45%㊂3.2㊀低频角振动标准采用低频角振动台对该光纤陀螺进行校准,校准结果见表2所示,其幅频特性和相频特性曲线见图7所示㊂表2㊀某光纤陀螺不同频率下正弦激励校准结果表序号给定频率/Hz灵敏度系数/(mV㊃(ʎ㊃s-1)-1)相移/(ʎ)11 6.610.05 22 6.600.22 35 6.580.40 48 6.580.69 510 6.590.89 616 6.59 1.48 720 6.63 2.01 830 6.61 2.84 940 6.63 3.68 1049 6.70 5.32 1160 6.59 5.62 1270 6.57 6.00 1380 6.687.00 1490 6.738.14 15100 6.629.08图7㊀某光纤陀螺幅频与相频特性㊀㊀从表2和图10中可以看出,由于该传感器的频带足够宽,在被校频率点上其灵敏度系数没有明显衰减㊂校准时各频率点的最大速度一般在20~100ʎ/s之间,其输出的灵敏度系数在6.6mV/(ʎ㊃S-1)附近,与静态校准时得到的灵敏度系数有较好的一致性㊂陀螺的相移随频率增加而增大,在100Hz时,相移达到9ʎ㊂3.3㊀角冲击标准用角冲击标准对该光纤陀螺进行校准,校准结果见表3和图8所示㊂表3㊀某光纤陀螺不同脉宽下对的校准结果序号脉宽/ms灵敏度系数/(mV㊃(ʎ㊃s-1)-1)15 6.646210 6.611320 6.537430 6.527550 6.521680 6.5137100 6.5158150 6.502图8㊀不同脉宽下传感器的输出灵敏度曲线图图9给出了陀螺在8ms脉宽下的校准波形图,可以看出陀螺的输出波形比标准装置的输出波形在时间上有一滞后,滞后时间2.1ms㊂。

图11.14 回正试验几种过程曲线
• • •
(2)稳定时间：稳定时间由松开转向盘的时刻起，至汽车横摆 角速度到新稳态时为止转向盘输入； (3)残留横摆角速度：汽车横摆角速度新稳态值与零线之差即
为残留横摆角速度；
(4)自然频率：由于系统是多自由度的，横摆角速度并不是一 个严格的等圆周运动，相邻振幅的比值也不等于常数(图11.15)。
• 1）陀螺仪：用于汽车运动状态下测动态参数，如汽车行进方位角
• 4）力矩及转角仪：测转向盘转角或力矩；
• 5）五轮仪、磁带机等。
• 稳态回转试验
• 1）试验目的：测定汽车的稳态转向特性及车身侧倾特性； • 2）试验方法：定转向盘转角连续加速法和定转弯半径法。
•
•
1．定转向盘转角连续加速法
为了试验有可比性，消除了初始圆周半径对稳态回转试验的
向盘上的力为一定值，当驾驶员松开转向盘的一瞬间，作用于转
向盘上的力由定值突然变为零。因此，实质上本试验也是转向盘 力阶跃输入的瞬态响应试验，在一定程度上还能反映汽车“路感 ”的好坏。
1．试验数据处理
在汽车转向回正试验中，汽车横摆角速度过渡过程曲线大致有 如图11.14所示的几种情况，其中曲线l、2为发散型，不进行数据处 理；曲线3～7为收敛型，进行数据处理。 • (1)时间坐标原点：由于惯性 作用，驾驶员松手后转向盘 不可能马上转动，因此，开 始一段显现出圆角形状(图 11.14中的AB)，以往是将松 手前的一段直线与松手后的 直线部分进行曲线拟合的(图 11.14中的虚线部分)，其交点 即为时间原点，但这样误差 较大，现改为：在微动开关 时间历程曲线上，以松开转 向盘时微动开关所做的标记 为时间坐标的原点。
驾驶员突然转动方向盘到一定的角度，再立即转回到原来位置，

C (C C ) C 0 J 3 3 T2 2 T2 T3 3 T3 4 C (C C ) C 0 J 4 4 T3 3 T3 T4 4 T4 5 C C 0 J 5 5 T4 4 T4 5
式中：θ1、θ2、θ3、θ4、θ5－相应圆盘的扭转角位 移。
如中央制动器的转动惯量为ＪＣ，其当量转动惯量 为Ｊ 2 C e J C 2 2 2
2 2 J 2C J C ( ) e 同理，从主减速器从动件到车轮零部件，如车 轮，其转动惯量为 Jω ，当主传动比为 io 时，其当量转 动惯量为： J
①图中，分别画出了第一、二、三、四固有频率 的振型图，在图a中，有一振幅为零的点，称为节点， b 、c 、d图的振型中，节点数逐个增多。
②理论分析表明：第一固有频率对应单节点振 型，第二固有频率对应双节点振型，依此类推，第j固 有频率对应节点数为j的振型。 ③在θm=1情况下，即发动机扭矩相同的条件下， 图形表明了其它轴段变形量的幅值。 二、由传动系激振转矩引起的传动系载荷 发动机气缸内变化的气体压力和曲柄连杆机构往 复运动质量不均匀惯性力形成了周期性变化的激振转 矩，它使传动系产生受迫振动。 1. 发动机气缸对曲轴产生的转矩
对于一般汽车，安全系数的取值标准如下： ①断裂破坏，安全系数取1.8； ②疲劳破坏，安全系数取1.3； ③屈服失效，安全系数取1.3。 同其它机械相比，汽车设计特别强调减轻自重， 所以一般安全系数取值较小，多数是极限设计。 但注意到，对安全密切相关的制动、操纵及车轴 等零件，必需细致地计算其承受的应力，既要减轻重 量；又要保证安全。另外，对容易腐蚀和磨损的零 件，根据不同的情况，安全系数加大15%～30%。
2. 假设 在模型中，假定代表系统各部分转动惯量（Ｊ１、 Ｊ２、Ｊ３、Ｊ４、Ｊ５）的圆盘是绝对刚性的，这些圆 盘之间是由无质量的、扭矩刚度为ＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ ３ 、Ｃ Ｔ４ 的弹性轴连接着，并把一些靠近的彼此之间 相对变形较小的旋转质量加以合并简化，以减少系统 的自由度。

关于汽车悬架系统——简单知识了解李良车辆工程说明：1、单独的关于悬架的资料太多，将资料简化，尽可能简单些，写的不好，多多批评指正。

第二部分对悬架的设计和选型很有参考价值，可以看看。

2、另外搜集了一些关于悬架方面的资料（太多了，提供部分），也很不错。

3、有什么问题或建议多多提，我喜欢～～～～～～～～第一部分简单回答您提出的问题悬架的作用：1、连接车体和车轮，并用适度的刚性支撑车轮；2、吸收来自路面的冲击，提高乘坐舒适性；3、有助于行驶中车体的稳定，提高操作性能；悬架系统设计应满足的性能要点：1、保证汽车有良好的行驶平顺性；相关联因素有：振动频率、振动加速度界限值2、有合适的减振性能；应与悬架的弹性特性很好地匹配，保证车身和车轮在共振区的振幅小，振动衰减快3、保证汽车具有良好的操纵稳定性；主要为悬架导向机构与车轮运动的协调，一方面悬架要保证车轮跳动时，车轮定位参数不发生很大的变化，另一方面要减小车轮的动载荷和车轮跳动量4、汽车制动和加速时能保持车身稳定，减少车身纵倾（点头、后仰）的可能性，保证车身在制动、转弯、加速时稳定，减小车身的俯仰和侧倾5、能可靠地传递车身与车轮之间的一切力和力矩，零部件质量轻并有足够的强度、刚度和寿命悬架的主要性能参数的确定：1、前、后悬架静挠度和动挠度；2、悬架的弹性特性；3、（货车）后悬架主、副簧刚度的分配；4、车身侧倾中心高度与悬架侧倾角刚度及其在前、后轴的分配；5、前轮定位参数的变化与导向机构结构尺寸的选择；悬架系统与转向系统：1、悬架机构位移的转向效应，悬架系对操纵性、稳定性的影响之一是悬架机构的位移随弹簧扰度而变所引起的转向效应。

轴转向，使用纵置钢板弹簧的车轴式悬架的汽车在转弯时车体所发生侧摆的情况下，转弯外侧车轮由于弹簧被压缩而后退，内侧车轮由于弹簧拉伸而前进，其结果是整个车轴相当原来的车轴中心产生转角，这种现象称为周转向。

前轮产生转向不足的效应，后轮产生转向过度的效应。

20
《汽车设计》电子教案
8.4 弹性元件的计算
➢8.4.3 螺旋弹簧的计算
螺旋弹簧常用于独立悬架中，它通
常只能承受垂直载荷。螺旋弹簧的主要
尺寸是平均直径D，钢丝直径d 和工作 圈数 n ，如图所示。
设计时先根据行驶平顺性的要求，
确定悬架的静挠度 fc和动挠度 fd，然后
根据导向机构特点选择杆杠比，从而换
根据气囊结构型式不同，空气弹簧可分为囊式、膜式和复合式三 种。囊式又分为单曲式、双曲式和多曲式；与膜式相比，囊式寿命较 长、制造方便，刚度较大，故常用于商用车。
23
《汽车设计》电子教案
8.4 弹性元件的计算
➢8.4.4 空气弹簧和油气弹簧的计算
2. 油气弹簧 油气弹簧是空气弹簧的一种特例，它以气体作为弹性元件，在气 体与活塞之间引入油液作为中间介质。油气弹簧的工作缸由气室和浸 在油液中的阻尼阀组成。 油气弹簧有双气室和两级压力式。
5. 钢板弹簧组装后总成弧高
L2
6.
H0
钢板弹簧强度校核
8R0
1) 汽车紧急制动时
15
《汽车设计》电子教案
8.4 弹性元件的计算
➢8.4.1 钢板弹簧的计算
6. 钢板弹簧强度校核 2) 驱动时
16
《汽车设计》电子教案
8.4 弹性元件的计算
➢8.4.1 钢板弹簧的计算
6. 钢板弹簧强度校核 3) 钢板弹簧卷耳和弹簧销的强度计算 卷耳应力为
8.5 独立悬架导向机构设计
➢8.5.3 双横臂悬架导向机构设计
1．前轮定位参数的变化 表中列出了几种国外乘用车双横臂式独立悬架的一些参数，供设
计时参考。
车牌名称
上臂长A(mm)
下臂长r(mm)

第一章概述1。

汽车检测技术的发展方向：汽车检测技术的发展方向: 检测技术基础规范化；检测设备智能化;检测管理网络化2。

汽车检测标准的分类及其应用价值分类：国际标准、国际区域标准、国家标准、行业标准、企业标准、强制性试验标准、推荐性试验标准特点：权威性、通用性、先进性和相对稳定性1)统一规定了试验检测项目,试验检测规程。

可以作为制定试验检测大纲的依据。

2)规定了性能参数、技术要求、允许值.可以为试验检测评价的指标。

3）规定了汽车各项试验检测规程、操作方法。

可以为汽车定型,合格产品出厂的检验标准。

3. 汽车试验分类1｝按试验目的分：品质检查试验；新产品定型试验;科研性试验2}按试验对象分：整车试验;机构及总成试验；零部件试验3}按试验方法分:室内台架试验；室外道路试验；试验场试验汽车试验过程三个阶段: 4。

汽车试验过程三个阶段：汽车试验过程三个阶段试验准备阶段;试验实施阶段（启动预热、工况监测、采样读数、校核数据）；试验总结阶段（定性分析、数据处理、评价结论、写实验报告）第二章整车技术参数的检测1.整车外观检测的项目1）汽车标志检查2)漏水检查3)漏油检查4）车体周正检测车辆外廓尺寸（汽车的长度，宽度，高度）、轴距、轮距、前悬、后悬2。

我国对汽车外廓尺寸限界规定汽车高≤4m;汽车宽≤2．5m；汽车长:货车、越野车≤12m ;客车≤12m，铰接式客车≤18m ；半挂汽车列车≤16．5m;全挂汽车列车≤20m。

3。

汽车质量参数：整车干质量、整车整备质量、装载质量、总质量、轴荷质量. 4.汽车质量参数和质心位置参数测定的目的、质心水平位置的测定与计算1）测定汽车的整车质量及其在前、后轴上的分配；2）测定汽车的质心离前、后轴的距离及质心离地的高度，检查是否符合设计任务书的要求。

a=m2/(m1+m2）*L,b=m1/（m1+m2)＊L（质心高度的测定方法：摇摆法和质量反应法)5。

车轮滚动半径的测定方法：印迹法和车轮转数法6。