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汽車(chē)非穩(wěn)態(tài)氣動(dòng)特性技術(shù)研究成果——真實(shí)道路來(lái)流參數(shù)采集測(cè)量系統(tǒng)

2020-10-23 09:19:45·  來(lái)源：中國(guó)汽研汽車(chē)風(fēng)洞技術(shù)  作者：何顯中  
　
原創(chuàng) 今天傳統(tǒng)的汽車(chē)風(fēng)洞空氣動(dòng)力學(xué)測(cè)試主要在穩(wěn)態(tài)工況下進(jìn)行，而實(shí)際路況極其復(fù)雜，來(lái)流狀態(tài)多變，與風(fēng)洞試驗(yàn)狀態(tài)有著較大的差別。中國(guó)汽研聯(lián)合廣汽研究院共同
傳統(tǒng)的汽車(chē)風(fēng)洞空氣動(dòng)力學(xué)測(cè)試主要在穩(wěn)態(tài)工況下進(jìn)行，而實(shí)際路況極其復(fù)雜，來(lái)流狀態(tài)多變，與風(fēng)洞試驗(yàn)狀態(tài)有著較大的差別。中國(guó)汽研聯(lián)合廣汽研究院共同開(kāi)發(fā)了非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)風(fēng)洞測(cè)試技術(shù)，可以提高傳統(tǒng)的汽車(chē)風(fēng)洞測(cè)試精度，增強(qiáng)測(cè)試結(jié)果的真實(shí)性。本期將介紹研究過(guò)程中所研發(fā)的一套用于真實(shí)道路來(lái)流參數(shù)采集的測(cè)量系統(tǒng)。

1. 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

在非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)風(fēng)洞測(cè)試技術(shù)研究過(guò)程中，為了使開(kāi)發(fā)的工況更加貼近用戶實(shí)際使用，而不是試驗(yàn)室中的理想狀態(tài)，聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)特別研發(fā)了真實(shí)道路來(lái)流參數(shù)采集測(cè)量系統(tǒng)，以對(duì)真實(shí)道路來(lái)流的參數(shù)進(jìn)行采集。主要對(duì)來(lái)流與車(chē)速形成的偏航角以及湍流強(qiáng)度，特別是在不同天氣風(fēng)速，地貌，特殊路況下的敏感性進(jìn)行數(shù)據(jù)積累和分析。

2. 系統(tǒng)集成

真實(shí)道路來(lái)流參數(shù)采集測(cè)量系統(tǒng)集成了五孔探針、眼鏡蛇探針、總壓探針、翼型傳感器（自研），加速度傳感器、溫度傳感器、GPS、扭矩傳感器、激光測(cè)距儀、尾部壓力傳感器以及行車(chē)記錄儀等多種傳感器。
各種傳感器安裝部位和連接方式如圖1所示。行車(chē)記錄儀單獨(dú)錄像，測(cè)量過(guò)程中以各自系統(tǒng)時(shí)間作為基準(zhǔn)時(shí)間，并在測(cè)量前統(tǒng)一起始時(shí)刻。

圖1 測(cè)量系統(tǒng)安裝及連線圖
 
測(cè)量系統(tǒng)軟件采用Labview編程，可以實(shí)時(shí)顯示各種傳感器的測(cè)量值和計(jì)算值，如圖2所示，尾部壓力分布可顯示物理坐標(biāo)等壓線云圖，如圖3所示。

圖2 真實(shí)道路來(lái)流參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)軟件主界面
 
圖3 真實(shí)道路來(lái)流參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)尾部壓力顯示界面
 
3. 風(fēng)洞標(biāo)定與驗(yàn)證

真實(shí)道路來(lái)流參數(shù)采集測(cè)量系統(tǒng)中集成的五孔探針、翼型傳感器和總壓探針在中國(guó)汽研氣動(dòng)-聲學(xué)風(fēng)洞中進(jìn)行了標(biāo)定和驗(yàn)證，如圖4所示。對(duì)速度和偏航角進(jìn)行了掃略，速度掃略范圍為40km/h～140km/h，偏航角掃略范圍為0°～-20°，-20°～0°，0°～20°，參考?jí)毫€對(duì)比了風(fēng)洞靜壓、汽車(chē)外循環(huán)車(chē)內(nèi)氣壓和汽車(chē)內(nèi)循環(huán)車(chē)內(nèi)氣壓三種情況下的測(cè)量結(jié)果，考慮到路試測(cè)量時(shí)基準(zhǔn)壓力不能變化太大，最終選用汽車(chē)內(nèi)循環(huán)車(chē)內(nèi)氣壓作為所有差壓傳感器的參考?jí)毫Α?/div>

 
圖4 路試車(chē)輛在中國(guó)汽研氣動(dòng)-聲學(xué)風(fēng)洞中標(biāo)定
 
在標(biāo)定過(guò)程中，數(shù)據(jù)表明五孔探針總壓孔測(cè)量值在10°以內(nèi)能準(zhǔn)確測(cè)量氣流總壓，隨著偏航角的增加，測(cè)量誤差增大，而總壓探針在±30°以內(nèi)測(cè)量值變化不大。因此，在計(jì)算車(chē)速時(shí)，采用總壓探針測(cè)量值作為總壓值。翼型傳感器在偏航角17°左右存在失速情況，因此，只對(duì)10°以內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合標(biāo)定。

標(biāo)定后，再次對(duì)測(cè)量值進(jìn)行了驗(yàn)證。速度掃略范圍為40km/h～140km/h，間隔20 km/h，如圖5所示，風(fēng)洞測(cè)量值與路試系統(tǒng)測(cè)量值吻合很好。風(fēng)速測(cè)量精度可以控制在±1km/h以內(nèi)。

圖5 總壓探針測(cè)量車(chē)速驗(yàn)證圖
 
偏航角掃略范圍為0°～-30°，-30°～0°，0°～30°，角度范圍比標(biāo)定范圍擴(kuò)展了±10°。圖6、圖7給出了五孔探針和翼型傳感器測(cè)量結(jié)果。從數(shù)據(jù)來(lái)看，五孔探針在-30°～30°情況下都能獲得較為準(zhǔn)確的值，而翼型傳感器只能在-5°～5°范圍內(nèi)獲得準(zhǔn)確值。角度測(cè)量精度可以控制在±1°以內(nèi)，在重點(diǎn)關(guān)注的-5°～5°范圍內(nèi)，測(cè)量精度控制在±0.2°。這樣確保了后續(xù)數(shù)據(jù)的可靠性。

圖6 五孔探針測(cè)量偏航角驗(yàn)證圖
 
圖7 五孔探針、翼型傳感器測(cè)量小角度偏航角驗(yàn)證圖
 
此外，還對(duì)兩個(gè)激光測(cè)距儀與前后輪眉高度進(jìn)行了標(biāo)定。

4. 路試

汽車(chē)側(cè)風(fēng)性能與行駛安全相關(guān)，側(cè)風(fēng)流動(dòng)本身就是一種非穩(wěn)定狀態(tài)。為此，聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)調(diào)研了中國(guó)幾個(gè)典型城市的氣象數(shù)據(jù)，考察了不同季節(jié)的近地面的風(fēng)力/風(fēng)向數(shù)據(jù)，從不同地域、橋梁、隧洞、試車(chē)場(chǎng)、會(huì)車(chē)等角度制定側(cè)風(fēng)氣動(dòng)測(cè)試工況，建立帶有不同地域特征的典型車(chē)側(cè)風(fēng)氣動(dòng)性能數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)可為汽車(chē)企業(yè)前期車(chē)型開(kāi)發(fā)提供技術(shù)支持。

目前，該測(cè)試汽車(chē)已進(jìn)入路試測(cè)量采集階段，圖8是路試中的廣汽傳祺GA6。相關(guān)研究結(jié)果后續(xù)將通過(guò)本公眾號(hào)陸續(xù)推送，敬請(qǐng)關(guān)注。

圖8 路試中的廣汽傳祺GA6
 
 
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