汽車環(huán)境風(fēng)洞試驗(yàn)室的發(fā)展與應(yīng)用

王磊 梁婷 郭瑞庭 韋炳眾

摘? ?要：隨著環(huán)境模擬技術(shù)的發(fā)展，為提升汽車性能和增強(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，越來越多的汽車企業(yè)建造屬于自己的環(huán)境風(fēng)洞試驗(yàn)室以便對(duì)車輛性能進(jìn)行研究和改進(jìn)。本文簡(jiǎn)單闡述了某汽車環(huán)境風(fēng)洞試驗(yàn)室的主要設(shè)備構(gòu)成及設(shè)計(jì)要求，通過結(jié)合目前國(guó)內(nèi)外汽車行業(yè)的環(huán)境風(fēng)洞試驗(yàn)室環(huán)境參數(shù)對(duì)比，提出環(huán)境風(fēng)洞在汽車領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：汽車風(fēng)洞試驗(yàn)室? 環(huán)境模擬技術(shù)

中圖分類號(hào)：U467? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）01（b）-0088-03

汽車是現(xiàn)代人們生活不可缺少的代步工具，每輛汽車在上市前，它的材料、零部件、性能甚至整車都要進(jìn)行大量的試驗(yàn)來驗(yàn)證其質(zhì)量以確保其在各種環(huán)境中都能安全可靠的行駛。而汽車試驗(yàn)驗(yàn)證途徑有兩類模式：在自然環(huán)境下實(shí)車進(jìn)行實(shí)際道路測(cè)試和在環(huán)境風(fēng)洞試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行室外模擬試驗(yàn)。環(huán)境風(fēng)洞試驗(yàn)室由于不受區(qū)域、季節(jié)以及時(shí)間的限制，測(cè)試環(huán)境及測(cè)試條件較為穩(wěn)定，有利于汽車在行駛過程中的問題重現(xiàn)，便于研發(fā)人員評(píng)估和分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)來解決問題而得到越來越多的汽車企業(yè)的重視和運(yùn)用。

1? 汽車環(huán)境風(fēng)洞試驗(yàn)室主要設(shè)備構(gòu)成及設(shè)計(jì)要求

環(huán)境風(fēng)洞試驗(yàn)室是指在室內(nèi)環(huán)境下人工利用溫度調(diào)節(jié)設(shè)備、濕度調(diào)節(jié)設(shè)備、陽光模擬設(shè)備、主風(fēng)機(jī)及風(fēng)道設(shè)備、尾氣排放設(shè)備、新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備和底盤測(cè)功機(jī)設(shè)備等各子系統(tǒng)之間的相互配合來模擬車輛在道路行駛時(shí)的自然環(huán)境，包括溫度、濕度、風(fēng)速、氣流等。環(huán)境風(fēng)洞試驗(yàn)系統(tǒng)主要包含以下子系統(tǒng)。

1.1 試驗(yàn)艙

主要是由內(nèi)設(shè)各類測(cè)試儀器或傳感器的金屬地面和熱絕緣圍板圍成的環(huán)境艙， 用于提供試驗(yàn)車輛運(yùn)行的環(huán)境。一般試驗(yàn)艙墻板和頂板由熱絕緣材料構(gòu)成，分為三層，內(nèi)外層為厚度至少150mm厚的商用平板結(jié)構(gòu)，可有效減輕主風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲，平板外表面為經(jīng)過低反光表面處理的光滑的不銹鋼板或鍍鋅鋼板，有效避免生銹現(xiàn)象產(chǎn)生，中間保溫層一般采用高強(qiáng)度聚氨酯發(fā)泡的保溫絕熱材料，導(dǎo)熱性差且阻燃性強(qiáng)，能有效隔絕噪聲傳輸。

1.2 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)

利用制冷劑蒸汽壓縮式制冷循環(huán)技術(shù)，將試驗(yàn)艙內(nèi)的循環(huán)空氣通過低溫的蒸發(fā)器或通過高溫發(fā)熱的換熱器來實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)艙的降溫或升溫， 制冷循環(huán)回路主要設(shè)備有螺桿式壓縮機(jī)、壓縮機(jī)電機(jī)、冷凝器、油泵、換熱器、加熱器和壓力容器（如油冷卻器、油過濾器、經(jīng)濟(jì)器）等等，需要通過制冷劑的選擇和冷量計(jì)算才能確定以上設(shè)備的選型。以試驗(yàn)艙的干球溫度控制范圍要求在-30℃～+60℃范圍內(nèi)為例，經(jīng)過制冷量計(jì)算和加熱量需求計(jì)算， 考慮公司能耗和污染問題，制冷系統(tǒng)需要兩臺(tái)制冷量為652kW的螺桿壓縮機(jī)組分級(jí)啟動(dòng)及加熱系統(tǒng)電加熱器的功率為360kW，并且在安裝時(shí)需要考慮熱交換器的冷凝水排放問題以及電加熱器的模塊數(shù)量和放置次序。

1.3 濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)

一般由加濕系統(tǒng)和新風(fēng)系統(tǒng)配合使用。加濕系統(tǒng)通過管道往風(fēng)道內(nèi)噴入經(jīng)過溫度處理后的蒸汽來實(shí)現(xiàn)，由壓力控制法和流量控制閥調(diào)節(jié)確保在加濕過程中濕度的超調(diào)量不超過5%RH，以免試驗(yàn)艙內(nèi)表面出現(xiàn)凝露現(xiàn)象;新風(fēng)系統(tǒng)主要通過除濕轉(zhuǎn)筒的干燥作用，一方面實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)艙內(nèi)的循環(huán)空氣的除濕，另一方面可為試驗(yàn)艙和底盤測(cè)功機(jī)室提供新鮮空氣，實(shí)現(xiàn)空氣凈化。為確保新風(fēng)系統(tǒng)的新風(fēng)量滿足要求， 除濕轉(zhuǎn)筒的選型和除濕能力很關(guān)鍵。

1.4 主風(fēng)機(jī)系統(tǒng)

為試驗(yàn)艙的風(fēng)循環(huán)提供動(dòng)力，采用與底盤測(cè)功機(jī)聯(lián)動(dòng)控制方式，可真實(shí)模擬自然環(huán)境中汽車在不同車速下的迎面風(fēng)。主風(fēng)機(jī)一般采用直聯(lián)式離心風(fēng)機(jī)，結(jié)構(gòu)緊湊，有效減少占地資源，效率高，不過載，便于日常維護(hù)保養(yǎng)。由于主風(fēng)機(jī)功率較大，發(fā)熱量較高，為延長(zhǎng)使用壽命，一般配置有專門冷卻裝置在主風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行時(shí)自動(dòng)定時(shí)對(duì)主風(fēng)機(jī)電機(jī)進(jìn)行冷卻。

1.5 陽光模擬系統(tǒng)

利用金屬鹵素?zé)艟甙l(fā)出的光來模擬太陽光輻射，輻射強(qiáng)度可達(dá)1400W/㎡，基本可模擬地球各地區(qū)光照強(qiáng)度;光譜范圍在350～1100nm，可模擬全光譜日照;通過導(dǎo)軌調(diào)節(jié)燈架角度還可模擬不同時(shí)段太陽對(duì)車輛的照射角度。由于燈具散發(fā)熱量非常大，有水冷或利用風(fēng)洞空氣冷卻兩種方式，為延長(zhǎng)燈具使用壽命，一般設(shè)有過熱保護(hù)裝置，當(dāng)燈架溫度達(dá)到限值時(shí)燈光自動(dòng)關(guān)閉，在低溫下光照系統(tǒng)無法使用。

1.6 底盤測(cè)功機(jī)系統(tǒng)

在進(jìn)行測(cè)試試驗(yàn)時(shí)通過轉(zhuǎn)筒模擬路面，計(jì)算出道路模擬方程，并用加載裝置進(jìn)行模擬，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車各工況的模擬[1]。為滿足汽車各種道路負(fù)載、控制方式和試驗(yàn)程序，底盤測(cè)功機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般設(shè)計(jì)為兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)四個(gè)轉(zhuǎn)轂?zāi)Ｊ奖阌谇膀?qū)和后驅(qū)以及四驅(qū)的汽車在轉(zhuǎn)轂上行駛，通過移動(dòng)轉(zhuǎn)轂軸，調(diào)節(jié)軸距調(diào)整機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)不同尺寸的汽車的軸距。由于底盤測(cè)功機(jī)是集成在試驗(yàn)艙地板上，在安裝時(shí)需要確保地板與底盤測(cè)功機(jī)地坑之間的絕熱保溫和減少空氣流阻的影響，以及避免底盤測(cè)功機(jī)地坑出現(xiàn)因試驗(yàn)艙的溫濕度變化產(chǎn)生的凝露水。

1.7 強(qiáng)制換氣系統(tǒng)

監(jiān)測(cè)試驗(yàn)艙內(nèi)的空氣質(zhì)量以在緊急狀態(tài)下清除艙內(nèi)有害氣體。在環(huán)境艙內(nèi)靠近汽車尾氣排放管接口處裝有CO、NO2、CO2、HC等有毒有害氣體探測(cè)器，當(dāng)艙內(nèi)汽車尾氣排放超標(biāo)時(shí)，探測(cè)器會(huì)向控制系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)，若強(qiáng)制換氣系統(tǒng)為自動(dòng)狀態(tài)，則其他設(shè)備強(qiáng)制急停，換氣系統(tǒng)自動(dòng)開啟，也可手動(dòng)操作進(jìn)行強(qiáng)制換氣。強(qiáng)制換氣系統(tǒng)在試驗(yàn)艙內(nèi)的出口要求特殊設(shè)計(jì)，以便同時(shí)排出高位的低密度氣體（如H2，CO等）和低位的高密度氣體（如氣態(tài)油氣）。