汽车试验学

一、课程介绍

《汽车试验学》是面向汽车学院车辆工程专业本科生开设的专业教育课程必修课。通过对汽车试验的概述、测试系统的硬件组成和转换原理、整车试验与典型零部件试验等知识点的讲授，使学生掌握汽车试验的基本思想和组织，理解测试系统的数学特性和物理原理，熟悉各类典型汽车试验的基本操作，并能够考虑社会与环境等相关问题，具备一定的综合运用所学知识分析和解决与汽车试验学相关的复杂工程问题的能力，为今后继续深造或在车辆工程及相关领域从事设计、实验、科研和教学等工作打下坚实的基础。

Introduction

“Automotive Testing” is a specialized compulsory course for undergraduates majoring in Vehicle Engineering of Auto College. By means of theoretical and experimental teaching, make sure the students master the following contents: the basic concepts and ideas of automotive testing, the mathematical  and physical properties of a testing system, the basic methods of kinds of typical vehicle experiments, and the corresponding ideas related to the society and the environment. The course ensures students the ability to analyse and solve certain complex engineering problems related to Automotive Testing. And the knowledge in the course will become a solid foundation for the further study or work on the design, test, research and teaching in automotive engineering and some related fields.

课程基本信息

课程名称

汽车试验学

课程编码

422004

英文名称

Automotive Testing

课程学时

32

课程学分

2

课程类别

专业教育课程

课程性质

必修课

开课学期

第7学期

课内实验学时

8

适用专业

车辆工程

开课单位

汽车系教研室

选用教材

杨志华. 汽车试验学（第1版）. 北京：机械工业出版社，2016

主要参考书

1. 李杰敏. 汽车拖拉机试验学（第2版）. 北京：机械工业出版社，2006

2. 杨志华. 汽车试验方法（第1版）. 北京：国防工业出版社，2013

制定人

杨志华、许楠

制定时间

2018年9月

二、教学大纲

1、教学目标

1.1 教学目标

掌握汽车试验的基本概念、测试系统的硬件原理、数据处理流程和典型试验方法等汽车试验学知识；应用汽车试验学知识设计实验、分析和解释数据进而综合获得有效结论；设计复杂车辆工程问题解决方案，并充分考虑试验原理、试验设备和试验方法对社会、安全和法律的影响，理解汽车试验学的理论、实践与环境的关系，树立环境保护意识。

本课程达成如下业务能力培养要求：

1、能够掌握汽车试验学知识；应用汽车试验学知识设计/开发复杂车辆工程问题解决方案。

须掌握并应用的汽车试验学知识包括：

(1) 汽车试验的基本含义、类别和基本内容；

(2) 机械量的电测量基本流程与测试系统的数学转换特性；

(3) 测试系统的硬件变换原理和应用特点；

(4) 数据分析与处理的原理和应用；

(5) 汽车整车主要性能试验和重点零部件试验的典型方法、技术特色和操作要领。

2、能够在应用汽车试验学知识设计复杂车辆工程问题解决方案时，充分考虑试验原理、试验设备和试验方法对社会、安全和法律的影响。

须掌握以下研究方法并充分考虑其对社会、安全和法律的影响：

(1)汽车试验测试系统的软硬件组成与原理设计、标定、转换特性分析等方法；

(2)汽车试验测试系统的工程应用、参数测定、误差分析等方法；

(3)汽车试验数据的分析与处理、由试验数据提炼科学规律的方法。

3、能够针对相关工程实践问题，应用汽车试验学知识开展实验研究并获得科学有效结论。

   须具备的实验研究能力包括：

(1)基于汽车试验学的原理和方法进行应变式测试系统设计、实验标定和数据处理的能力；

(2)基于汽车试验学的原理和方法使用汽车排放与噪声测试设备并进行实验研究的能力；

(3)基于汽车试验学的原理和方法进行汽车悬架系统特性参数测定的能力；

(4)基于汽车试验学的原理和方法进行汽车结构件刚度与静强度实验研究的能力。

4、能够理解汽车试验学的理论、实践与环境的关系，树立环境保护意识。

须考虑与环境关系、树立环保意识的汽车试验学理论与实践包括：

(1)相关汽车试验的仪器设备原理、计量检定标准、法律与环境的关系；

(2)相关汽车试验的标准方法对环境的影响；

(3)相关汽车试验关键参数的法规限值对环境保护的促进。

1.2 教学目标与毕业要求指标点对应关系

表1 教学目标与毕业要求指标点对应关系

教学目标

毕业要求指标点（二级）

教学目标1：能够掌握汽车试验学知识；应用汽车试验学知识设计/开发复杂车辆工程问题解决方案。

1.5掌握并能够将车辆工程基础知识应用于车辆工程项目的设计中。

教学目标2：能够在应用汽车试验学知识设计复杂车辆工程问题解决方案时，充分考虑试验原理、试验设备和试验方法对社会、安全和法律的影响。

3.2在设计车辆工程领域复杂工程问题解决方案时，能充分考虑社会、健康、安全、法律、文化或环境等因素。

教学目标3：能够针对相关工程实践问题，应用汽车试验学知识开展实验研究并获得科学有效结论。 

4.2能够根据研究方案制定实验方案，并选择合适的手段进行实验设计，进而分析结果与解释数据，综合得到合理有效结论。

教学目标4：能够理解汽车试验学的理论、实践与环境的关系，树立环境保护意识。

7.2能够理解和评价车辆工程实践与环境保护的关系。

2、教学要求

教师要积极备课，认真准备课程实验与课程作业；在课堂内进行大纲解读，使学生清楚本课程具体的课程目标，通过该课程的学习应掌握的知识和获得的能力；对课程内容要融会贯通，切忌照本（幕）宣科。注重知识的拓展，并在课堂上加强思政教育。

通过课堂理论教学，结合课程实验和课程作业，使学生掌握汽车试验学的知识，具备分析与解决车辆工程领域复杂工程问题、并充分考虑相关问题的能力。

成绩评价体系标准真实、严谨、公平、公正、公开，能促进学生学习的积极性。

3、预备知识或先修课程要求

《电工学》，《汽车构造》，《汽车理论》等课程。4、教学方式

表2教学方法（与教学目标对应）

教学方法

教学目标

理论知识部分，以课堂讲授为主，辅以自主学习和问题讨论；课程实验采取综合性实验和设计性实验等方式；课程作业采取自主完成的独立大作业方式。

教学目标1：能够掌握汽车试验学知识；应用汽车试验学知识设计/开发复杂车辆工程问题解决方案。

教学目标2：能够在应用汽车试验学知识设计复杂车辆工程问题解决方案时，充分考虑试验原理、试验设备和试验方法对社会、安全和法律的影响。

教学目标3：能够针对相关工程实践问题，应用汽车试验学知识开展实验研究并获得科学有效结论。 

教学目标4：能够理解汽车试验学的理论、实践与环境的关系，树立环境保护意识。

5、实验环境和设备

符合技术标准要求的实验室。具体仪器、设备，详见表4。

6、课程教学内容及学时分配

6.1课程内容

0、大纲解读。

通过向学生解读教学大纲，帮助学生理解课程目标（毕业要求）及其达成途径（课堂授课、课程作业、课程实验），并帮助学生建立课程学习、课程考核与各项能力达成之间的关系；引导学生在课程学习中自查学习行为，调整学习方法并达成学习效果。

1、能够掌握汽车试验学知识。

第一章  汽车试验概述（1学时）

知识点1 汽车试验的基本概念

知识点2 汽车试验的意义和必要性

知识点3 汽车试验的分类

        知识点4 汽车试验的步骤

        知识点5 相关讨论

    本章重点、难点：汽车试验的种类和基本步骤。

第二章  机械量的电测量技术基础（4学时）

第一节  测试系统的数学转换特性

知识点1 测试系统的基本组成、系统分析的基本思想

知识点2 静态特性

知识点3 动态特性

知识点4 不失真测量的条件

第二节 传感器

知识点1 电阻式传感器

知识点2 电容式传感器

知识点3 电感式传感器

知识点4 压电式传感器

知识点5 磁电式传感器

知识点6 霍尔式传感器

知识点7 光电式传感器

知识点8 热电式传感器

第三节 信号的中间变换、传输与记录

知识点1 电桥

知识点2 滤波器、放大器、调制与解调、信号的传输

    本章重点、难点：测试系统的组成；测试系统的特性与不失真测量条件；各类传感器的基本原理与适用范围；电桥特性及其应用。

第三章  典型汽车试验设备与设施 （2学时）

知识点1 燃油消耗量测量仪

知识点2 噪声测量仪器

知识点3 转鼓试验台

知识点4 汽车试验场

    本章重点、难点：各类仪器设备的原理与应用。

第四章  测量误差分析（2学时）

知识点1 测量误差的概念、分类和来源

知识点2 精密度、准确度和精确度

知识点3 随机误差的统计特性

知识点4 系统误差分析

知识点5 等精密度直接测量参数测定值的处理与计算

    本章重点、难点：测量误差的分类；精密度与标准差的计算；测量结果的表达。

第五章  试验数据处理（3学时）

第一节  静态测量数据处理

        知识点1 试验数据结果的表达

        知识点2 回归与最小二乘法

        知识点3 回归分析的检验

第二节  动态测量数据的处理与分析

        知识点1 数据的分类、时间历程与频谱

        知识点2 动态数据处理的基本步骤、采样定理

        知识点3 时域分析

知识点4 值域分析

知识点5 频域分析

    本章重点、难点：回归分析的基本方法，显著性与精度检验；数据的时间历程与频谱关系；相关分析及其工程应用；值域分析的主要参数；不同类型数据的频域分析方法。

第六章  汽车整车性能试验（6学时）

第一节  概述与通用条件

第二节  动力性试验

知识点1 底盘测功试验

知识点2 滑行试验

知识点3 最低稳定车速试验

知识点4 最高车速试验

知识点5 加速试验

知识点6 爬坡试验

第三节  燃料经济性试验

知识点1 概述、典型项目

知识点2 测量仪器的使用要点

知识点3 测量结果数据的检验与校正

第四节  排放性试验

知识点1 排气污染物的成分和表示方法

知识点2 测量仪器的工作原理

知识点3 试验工况

第五节  噪声试验

知识点1 声音的评价

知识点2 试验方法

第六节  制动性试验

知识点1 制动性的道路试验

知识点2 制动性的台架试验

第七节  操纵稳定性试验

知识点1 稳态回转试验

知识点2 其他典型试验

第八节  平顺性试验

知识点1 概述

知识点2 随机输入行驶试验

知识点3 脉冲输入行驶试验

第九节  通过性试验简介

第十节  汽车可靠性试验的基本理论

知识点1 术语和理论模型

知识点2 典型试验

第十一节  电动汽车整车性能试验

知识点1 动力性能试验

知识点2 经济性能试验

知识点3 其他问题

    本章重点、难点：汽车主要使用性能整车试验的原理、方法和操作要点。

第七章  汽车总成与零部件试验（6学时）

第一节  发动机试验简介

        第二节 传动系统试验

        知识点1 离合器试验

        知识点2 机械式变速器试验

        知识点3 传动轴试验

        知识点4 驱动桥试验

        第三节 行驶系统试验

        知识点1 车桥试验

        知识点2 悬架试验

        知识点3 车轮与轮胎试验

        第四节 转向系统试验

        知识点1 机械式转向器试验

        知识点2 其他项目

        第五节 制动系统试验

        知识点1 行车制动器试验等

        知识点2 新能源汽车制动系统试验

        第六节 汽车主动安全电子控制系统试验

        知识点1 ABS性能试验

        知识点2 ESC性能试验

        第七节 电动汽车主要总成试验

        知识点1 动力电池系统试验

        知识点2 驱动电机系统试验

    本章重点、难点：汽车底盘总成与零部件典型试验的原理、方法和操作要点。

2、能够应用汽车试验学知识开展相关工程实践问题的实验研究，并充分考虑试验原理、试验设备和试验方法对社会、安全和法律的影响。

(1)基于汽车试验学的原理和方法进行应变式测试系统设计、实验标定和数据处理的能力

教学内容：利用应变片、电桥、应变仪等设备和电桥加减特性等理论知识，进行贴片、接桥、标定、测量，分析数据，总结零部件和材料的应力—应变规律。

(2)基于汽车试验学的原理和方法使用汽车排放与噪声测试设备并进行实验研究的能力

教学内容：利用汽车排气分析仪、声级计等设备，依据法律法规和标准，进行室内台架上的排放和噪声实验，掌握设备的操作方法和取样方法，检验车辆的环保性能。

(3)基于汽车试验学的原理和方法进行汽车悬架系统特性参数测定的能力

教学内容：采用拉下法或抛下法，测量悬架系统的振动响应，掌握振动参数的实验仪器操作方法，依据实验结果曲线进行数据处理，分析阻尼比和固有频率的影响因素。

(4)基于汽车试验学的原理和方法进行汽车结构件刚度与静强度实验研究的能力

教学内容：操作液压试验机，对整体式桥壳进行垂直弯曲静刚度试验与强度模拟试验，掌握设备的调节方法，根据百分表读数整理曲线，按法规限值要求判定静刚度实验结果。

3、能够应用汽车试验学知识设计复杂车辆工程问题解决方案，并充分考虑试验原理、试验设备和试验方法对社会、安全和法律的影响，能够理解汽车试验学的理论、实践与环境的关系，树立环境保护意识。

 (1)具备基于汽车试验学的原理和方法进行应变式测试系统性能分析和组合设计的能力

教学内容：针对给定的测量任务，选取应变片、应变仪等关键元件，设计传感器方案，进行电桥电路性能分析，以加减特性和不等臂电桥特性为理论基础，在消除温度变化影响的前提下提高电桥的灵敏度和抗干扰能力。

选做内容：针对新能源汽车的动力性或能量经济性测试，设计实验方案，讨论可能出现的问题和解决方法。

 (2) 具备基于汽车试验学的原理和方法进行汽车燃油经济性快速实验测定和指标计算的能力

教学内容：自主调研与查阅资料，掌握碳平衡法的原理、操作方法、数据处理和结果检验方法，理解乘用车碳平衡法的实施对于节能和环保的影响，设计定容取样法CVS的模型，掌握由排气污染物浓度换算燃油消耗量的方法。

选做内容：自主调研与查阅资料，设计或讨论汽车底盘先进电控系统实验方案。

6.2教学内容与教学目标对应关系

表3 教学内容与教学目标对应关系

教学内容

教学目标

0、大纲解读。

1、能够掌握汽车试验学知识。

2、能够应用汽车试验学知识开展相关工程实践问题的实验研究，并充分考虑试验原理、试验设备和试验方法对社会、安全和法律的影响。

3、能够应用汽车试验学知识设计复杂车辆工程问题解决方案，并充分考虑试验原理、试验设备和试验方法对社会、安全和法律的影响，能够理解汽车试验学的理论、实践与环境的关系，树立环境保护意识。

教学目标1：能够掌握汽车试验学知识；应用汽车试验学知识设计/开发复杂车辆工程问题解决方案。

0、大纲解读。

2、能够应用汽车试验学知识开展相关工程实践问题的实验研究，并充分考虑试验原理、试验设备和试验方法对社会、安全和法律的影响。

3、能够应用汽车试验学知识设计复杂车辆工程问题解决方案，并充分考虑试验原理、试验设备和试验方法对社会、安全和法律的影响，能够理解汽车试验学的理论、实践与环境的关系，树立环境保护意识。

教学目标2：能够在应用汽车试验学知识设计复杂车辆工程问题解决方案时，充分考虑试验原理、试验设备和试验方法对社会、安全和法律的影响。

0、大纲解读。

2、能够应用汽车试验学知识开展相关工程实践问题的实验研究，并充分考虑试验原理、试验设备和试验方法对社会、安全和法律的影响。

教学目标3：能够针对相关工程实践问题，应用汽车试验学知识开展实验研究并获得科学有效结论。 

0、大纲解读。

1、能够掌握汽车试验学知识。

3、能够应用汽车试验学知识设计复杂车辆工程问题解决方案，并充分考虑试验原理、试验设备和试验方法对社会、安全和法律的影响，能够理解汽车试验学的理论、实践与环境的关系，树立环境保护意识。

教学目标4：能够理解汽车试验学的理论、实践与环境的关系，树立环境保护意识。

7、实验项目内容、学时分配、实验小组

表4实验项目一览表

序号

实验项目

内容提要

实验

类型

学时

分配

主要仪器

设   备

实验

地点

考核

形式

1

汽车应变式传感系统设计及测试技术试验

试件和粘贴部位的选择、应变片的粘贴，测试系统的标定和数据处理。

设计性

4

十六通道数据采集系统、电阻应变仪、万用表、摇表等，如进行半轴及差速器特性验证还需要试验车。

汽车实验室

设计方案、现场操作和实验报告。

2

汽车噪声与排放测试试验

测试车辆定置或加速行驶噪声，测试汽车的怠速或自由加速排放。

演示性

2

声级计，非接触式速度仪或GPS测速仪，汽车排放测试系统，底盘测功机，实验车。

汽车实验室

现场操作和实验报告。

3

汽车悬架系统特性试验及数据处理

加载初始扰动，测定车身位移或加速度，处理、计算偏频和阻尼比等。

验证性

1

加速度传感器，电荷放大器，数据采集分析系统，实验车辆。

汽车实验室

现场操作和实验报告。

4

驱动桥壳刚度及静强度试验

利用液压试验机施加垂直弯曲载荷，测定并计算桥壳的刚度，演示强度的测量。

综合性

1

液压试验机，连接和装夹件，百分表，被试桥壳等。

汽车实验室

现场操作和实验报告。

8、考核要求、考核方式及成绩评定标准

8.1考核方法

表5考核方法（与教学目标对应）

考核方法

教学目标

1、针对学习效果进行考核。

2、考核方式：期末考试、课程实验、课程作业。

3、考核依据：总评成绩。

教学目标1：能够掌握汽车试验学知识；应用汽车试验学知识设计/开发复杂车辆工程问题解决方案。

1、针对学习效果进行考核。

2、考核方式：课程实验、课程作业。

3、考核依据：课程实验成绩、课程作业成绩。

教学目标2：能够在应用汽车试验学知识设计复杂车辆工程问题解决方案时，充分考虑试验原理、试验设备和试验方法对社会、安全和法律的影响。

1、针对学习效果进行考核。

2、考核方式：课程实验。

3、考核依据：课程实验成绩。

教学目标3：能够针对相关工程实践问题，应用汽车试验学知识开展实验研究并获得科学有效结论。 

1、针对学习效果进行考核。

2、考核方式：期末考试、课程作业。

3、考核依据：期末考试成绩、课程作业成绩。

教学目标4：能够理解汽车试验学的理论、实践与环境的关系，树立环境保护意识。

8.2考核标准

表6 考核标准

考核方式

教学目标

评价标准

0~59

60~74

75~89

90~100

期末考试

能够掌握汽车试验学知识。

基本概念模糊，不了解系统变换原理和实验基本操作，不能进行数据处理和误差分析。

概念与原理掌握较扎实，尚能进行实验操作和数据处理。

基本概念、硬件变换原理与典型实验操作掌握扎实，数据处理和误差分析基本正确。

基本概念、硬件变换原理与典型实验操作掌握扎实，能正确进行数据处理和误差分析。

应用汽车试验学知识设计/开发复杂车辆工程问题解决方案。

理论模型使用错误，实验方案不合理，不能发现并分析实验中出现的问题。

尚能运用理论模型，实验方案基本合理，对实验中出现的问题做一定分析。

理论模型正确，实验设计和分析较合理。

灵活运用理论模型，正确设计实验方案，发现并科学分析实验中出现的问题。

能够理解汽车试验学的理论、实践与环境的关系，树立环境保护意识。

不考虑汽车试验与环境的关系，不具备环保意识。

能够考虑汽车试验与环境的关系，尚有一定的环保意识。

较全面地考虑汽车试验与环境的关系，具有环保意识。

能够主动、全面、科学地研究汽车试验与环境的关系，主动树立环保意识。

课程实验

能够针对相关工程实践问题，应用汽车试验学知识开展实验研究并获得科学有效结论。

实验规划混乱，现场操作存在严重错误，沟通协作能力很差，记录粗疏、不准确，未对实验结果进行必要的误差分析，实验报告不完整。

实验规划不够合理，现场操作存在错误，沟通协作能力不强，记录较详细、有错误，对实验结果进行必要的误差分析，实验报告较完整。

实验规划得当，现场操作正确，沟通协作能力较强，记录详细、较准确，对实验结果进行较充分的误差分析，实验报告较完善。

实验规划科学，现场操作正确，沟通协作能力强，记录详细、准确，对实验结果进行充分的误差分析，实验报告完善。

能够在应用汽车试验学知识设计复杂车辆工程问题解决方案时，充分考虑试验原理、试验设备和试验方法对社会、安全和法律的影响。

实验方案设计不合理，未能考虑试验原理、试验设备和试验方法对社会、安全和法律的影响。

实验方案设计较合理，在一定程度上考虑试验原理、试验设备和试验方法对社会、安全和法律的影响。

实验方案设计科学，方案及报告均较充分考虑试验原理、试验设备和试验方法对社会、安全和法律的影响。

实验方案设计科学，方案及报告均能充分考虑试验原理、试验设备和试验方法对社会、安全和法律的影响。

课程作业

应用汽车试验学知识设计/开发复杂车辆工程问题解决方案。

理论模型使用错误，资料匮乏，实验方案不合理，不能发现并分析实验中出现的问题。

尚能运用理论模型，收集资料不够全面，实验方案基本合理，对实验中出现的问题做一定分析。

理论模型正确，收集资料较全面，实验设计和分析较合理。

灵活运用理论模型，广泛收集资料，正确设计实验方案，发现并科学分析实验中出现的问题。

充分考虑试验原理、试验设备和试验方法对社会、安全和法律的影响，能够理解汽车试验学的理论、实践与环境的关系，树立环境保护意识。

基本未进行调研，不能分析研究题目对车辆自身性能、实验研究效果和宏观社会的影响，不具备环保理念。

进行调研，涉及研究题目对车辆自身性能、实验研究效果和宏观社会的影响，有一定环保理念。

进行广泛调研，较充分讨论研究题目对车辆自身性能、实验研究效果和宏观社会的影响，能够考虑环境保护问题。

进行广泛调研，充分讨论研究题目对车辆自身性能、实验研究效果和宏观社会的影响，提出科学、合理的环保理念和方法。

8.3成绩评定

（1）期末考试

采用百分制。由教师根据标准答案评阅，给出成绩。

（2）课程实验

采用百分制。课程实验成绩包括：现场操作成绩（40分）、实验报告成绩（60分）

表7 《汽车试验学》课程实验评分标准

现场操作考核标准（40分）

0-9分

10-19分

20-29分

30-40分

不听从老师指挥，不配合实验组工作，干扰实验进程。

实验规划较差，在老师多次督促下能够操作仪器，沟通协作能力较差，实验现场记录潦草。

实验规划较好，能够在老师指导下操作仪器，沟通协作能力一般，实验现场记录较为准确。

实验规划得当，过程衔接紧密，能够主动操作仪器，沟通协作能力较强，实验现场记录详细、准确。

实验报告考核标准（60分）

工整性（15分）

完整性（15分）

准确性（20分）

创新性（10分）

0分

15分

0分

15分

0分

20分

0分

10分

不采用专用实验报告用纸，字迹潦草，难以辨认。

采用专用实验报告用纸，字迹清楚，报告整洁。

缺少必要的报告项目，项目内容有缺失

包含全部必要项目，各项目内容完整。

实验数据记录不准确，数据处理计算错误，结果不可信，数据图表错误或表达不科学。

实验数据记录准确，数据处理计算完整、准确，结果可信，数据图表准确、表达合理。

没有对数据结果进行科学、正确的分析讨论，没有进行有效的探索。

对实验结果进行合理、准确的误差分析，讨论实验工况与标准工况的差异，探索新知识、新方法。

（3）课程作业

采用百分制。由教师根据参考答案评阅，给出成绩。

（4）成绩评定

采用百分制。总评成绩=期末考试成绩×70%+课程实验成绩×20%+课程作业成绩×10%。