梅賽德斯-奔馳（Mercedes-Benz）于2011年在德國辛德芬根（Sindelfingen）建造了兩座環(huán)境風(fēng)洞，以實現(xiàn)在室內(nèi)模擬極端惡劣的天氣條件。本期作者將帶您走進奔馳環(huán)境風(fēng)洞的神秘世界。

梅賽德斯-奔馳于2011年在德國辛德芬根建造了兩座環(huán)境風(fēng)洞，以實現(xiàn)在室內(nèi)模擬極端惡劣的天氣條件。兩個環(huán)境風(fēng)洞聯(lián)合使用可以實現(xiàn)-40℃到60℃溫度變化，風(fēng)速可達265 km/h，此外，還可以模擬熱帶降雨、暴風(fēng)雪以及烈日等氣候條件。

在汽車開發(fā)的早期階段，汽車工程師們可以使用環(huán)境風(fēng)洞針對所有可能的天氣條件對汽車或部件進行優(yōu)化，那些通過環(huán)境風(fēng)洞極端氣候測試的汽車或部件，在后期開發(fā)階段再去北極的極寒或沙漠的炎熱地帶進行真實的道路測試驗證，梅賽德斯-奔馳因環(huán)境風(fēng)洞的投入使用獲得了汽車開發(fā)的高質(zhì)量和高效率。



雖然汽車首先在計算機上形成模型，不管是碰撞測試、空氣動力學(xué)研究或懸架測試，最初都是使用計算機模擬技術(shù)，但是計算機模擬決不能取代實際測試。

為了進一步縮小計算機模擬與實際測試之間的差距，梅賽德斯-奔馳公司經(jīng)過兩年時間在辛德芬根完成了兩座環(huán)境風(fēng)洞的建設(shè)，此后梅賽德斯-奔馳技術(shù)中心的研究、開發(fā)、設(shè)計、規(guī)劃和生產(chǎn)團隊將在辛德芬根通過密切的合作進行。

風(fēng)洞測試與道路測試的最佳組合

梅賽德斯-奔馳兩座環(huán)境風(fēng)洞一座被設(shè)計為極冷風(fēng)洞，溫度范圍為-40℃到40℃。另一座風(fēng)洞設(shè)計為極熱風(fēng)洞，溫度范圍為-10℃到60℃。 每座環(huán)境風(fēng)洞都配備了集成式雙軸底盤測功機，可以實現(xiàn)265 km/h的速度。



戴姆勒公司負責(zé)集團研究和梅賽德斯-奔馳汽車開發(fā)的董事會成員Thomas Weber博士說：“即使在瑞典的北極地區(qū)，冬季溫度并不總是像低溫試驗所要求的那樣低；同樣也不能總是依靠夏季高溫來進行高溫試驗，比如說在美國有名的死亡谷。但是在環(huán)境風(fēng)洞中卻可以隨時得到試驗所需的氣候條件，并且可以實現(xiàn)非常嚴(yán)格精確的控制，因此試驗可以在任何時間重現(xiàn)，而這在實際道路測試中是完全不可能。”

正如梅賽德斯-奔馳安全事業(yè)部負責(zé)人Ulrich Mellinghoff先生所說：“我們并不是把環(huán)境風(fēng)洞當(dāng)作實際道路的替代品，但是因為環(huán)境風(fēng)洞的存在，實際道路試驗次數(shù)變得更少了，試驗效率更高了。例如，我們有20個不同的發(fā)動機隔熱罩待驗證，通過環(huán)境風(fēng)洞試驗就可以淘汰一部分隔熱罩，通過初步試驗的隔熱罩再進行實際道路試驗，這樣一來，在早期就可以省去很多非常耗時的道路試驗，這意味著我們可以更快地實現(xiàn)目標(biāo)。”

多工況試驗的反復(fù)再現(xiàn)


在梅賽德斯-奔馳環(huán)境風(fēng)洞中通過一系列的操作可以模擬幾乎所有的試驗工況，例如全負載或部分負載下的駕駛、最高速行駛、交通堵塞或者爬坡時的車輛行駛等。

此外，還可以模擬任何氣候條件，極端炎熱和寒冷、干燥的沙漠或者濕潤的叢林、細雨或傾盆大雨、冰雪或暴風(fēng)雪、多云的天空或暴烈的陽光等。在環(huán)境風(fēng)洞中，汽車工程師只需動動指尖就可以實現(xiàn)這一切。

梅賽德斯-奔馳的工程師們利用環(huán)境風(fēng)洞這樣便利的試驗條件來進行各種車輛或部件的性能測試。例如，他們可以完成不同作用力和使用條件下的發(fā)動機冷卻系統(tǒng)測試；也可以測試空調(diào)采暖系統(tǒng)是否能夠完成任何情況下的車內(nèi)溫度調(diào)節(jié)工作；還可以通過測試詳細了解風(fēng)窗玻璃刮水器的功能，驗證在特殊的天氣里汽車車窗是否能夠保持清潔。



在極冷環(huán)境風(fēng)洞中，工程師們甚至可以測試高速行駛的卡車是否會卷起雪花從而阻塞進氣道；當(dāng)然，他們也會測試車載電子設(shè)備處于極端的氣候條件下是否會失效。

從工程師的角度來看，環(huán)境風(fēng)洞尤為重要的一個特點是：完全相同的條件下測試可以隨時再現(xiàn)以驗證結(jié)果，這正是實際道路測試所不能提供的“奢侈品”。

適應(yīng)未來汽車的替代驅(qū)動系統(tǒng)

梅賽德斯-奔馳環(huán)境風(fēng)洞的另一個優(yōu)勢是：非常適合未來汽車的替代驅(qū)動系統(tǒng)。

風(fēng)洞中特殊的傳感器和有效的抽吸系統(tǒng)意味著燃料電池驅(qū)動的車輛也可以在這里進行測試。

風(fēng)洞和底盤測功機一體化設(shè)計

梅賽德斯-奔馳環(huán)境風(fēng)洞卓越性能的背后是許多復(fù)雜工程的一體化設(shè)計。

18米高的環(huán)境風(fēng)洞建筑占地面積大約4200平方米，包括兩個試驗臺和相關(guān)的準(zhǔn)備間、控制室和辦公室等。通過特殊處理的隔熱窗口，技術(shù)人員能夠非常密切地監(jiān)測整個測試過程并進行溫度、濕度和風(fēng)速調(diào)節(jié)以及其他設(shè)置。測試過程中，各種測量傳感器將測得的數(shù)據(jù)傳輸并顯示在控制室的計算機上。



為了模擬實際路面，環(huán)境風(fēng)洞中配備了動力強大的電機來驅(qū)動四個精密制造的滾筒，每個滾筒直徑大約兩米，即使是全輪驅(qū)動車輛也可以進行測試。因此梅賽德斯 - 奔馳環(huán)境風(fēng)洞可以進行從奔馳smart到奔馳Sprinter等各種車型的測試。

環(huán)境風(fēng)洞試驗臺的總功率為600kW，在過載情況下，短時間內(nèi)甚至可以達到780kW，對應(yīng)的最高時速可達265km/h。底盤測功機的最大牽引力為每軸12,000N，過載時可高達20000N。

20000N的力到底有多大呢？如果用20,000N的力驅(qū)動1000公斤的物體，那么在一秒內(nèi)就可以加速至72km/h，加速度高達20m/s2，想象一下吧，自由落體的重力加速度才只有9.81m/s2。

從微風(fēng)到颶風(fēng)，應(yīng)有盡有

無論汽車實際行駛路線如何，汽車及其部件周圍總存在著空氣流動。在梅賽德斯-奔馳的環(huán)境風(fēng)洞就可以準(zhǔn)確模擬這種環(huán)境條件。

風(fēng)洞風(fēng)機可以產(chǎn)生任何所需要的氣流形式，從微風(fēng)到颶風(fēng)，應(yīng)有盡有。



舉一個極端例子：在梅賽德斯-奔馳的環(huán)境風(fēng)洞中，風(fēng)速高達200 km/h的颶風(fēng)暴風(fēng)雪是完全可以再現(xiàn)的，雖然當(dāng)風(fēng)速超過100km/h時，人類在沒有外界幫助的情況下是無法穩(wěn)定站立的。

當(dāng)然，工程師們可以根據(jù)試驗需要調(diào)節(jié)環(huán)境風(fēng)洞的風(fēng)速，風(fēng)洞中的氣流是可以通過調(diào)節(jié)風(fēng)扇的風(fēng)速以及噴口的橫截面積來進行控制的。

通常情況下，噴口橫截面積越小，可達到的速度就越高。對于普通乘用車測試，通常使用橫截面積8平方米的噴口；對于奔馳Sprinter這樣的大型MPV，則需要使用橫截面積12平方米的噴口。如果是奔馳SLS AMG或其他跑車，測試工程師則會選擇使用橫截面積更小的噴口（比如：7平方米）。

除了調(diào)節(jié)風(fēng)速外，梅賽德斯-奔馳的兩個環(huán)境風(fēng)洞均可設(shè)定環(huán)境濕度在5％至95％之間，使得氣候條件的敏感調(diào)節(jié)成為可能。

兩個環(huán)境風(fēng)洞在其他配置細節(jié)方面的不同，從而可以滿足工程師更為廣泛的測試需求。

極冷風(fēng)洞再現(xiàn)北極暴風(fēng)雪

梅賽德斯-奔馳極冷風(fēng)洞的溫度調(diào)節(jié)范圍為-40℃到40℃，可滿足大多數(shù)正常天氣條件，并且可以實現(xiàn)-40℃的極寒天氣。

在0℃以上，該風(fēng)洞可以實現(xiàn)每小時高達80L/平方米的降雨量。在0℃以下，即使是最嚴(yán)重的暴風(fēng)雪也不是問題，在這里，你可以看到漫天雪花以200km/h的速度飛來。



在極冷風(fēng)洞進行的一項重要試驗是除霜除霧，這個試驗是測試汽車采暖系統(tǒng)是否可以在短時間內(nèi)完成深度冰凍汽車風(fēng)窗玻璃的除冰霜工作，風(fēng)洞中配置的相機準(zhǔn)確記錄了整個除霜除霧過程。

極冷風(fēng)洞同時也配備了用于模擬汽車除污試驗的設(shè)備。試驗過程中將使用紫外線下可見的液體對試驗車輛進行噴射，通過試驗發(fā)現(xiàn)汽車存在的潛在除污不足，整個試驗過程將通過自動照相或錄像進行記錄。

極熱風(fēng)洞再現(xiàn)沙漠烈日

梅賽德斯-奔馳極熱風(fēng)洞的溫度調(diào)節(jié)范圍為-10℃到60℃，同時還配置了陽光模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)32盞燈的輻射強度可與真正的太陽光比肩。

在20平方米的區(qū)域內(nèi)可以實現(xiàn)光照強度200W/平方米至1200W/平方米之間的調(diào)節(jié)。1200W/平方米的光照強度可與世界上極少數(shù)高溫地區(qū)的實際太陽輻射強度相當(dāng)，例如美國死亡谷或其他偏遠的沙漠高溫地帶。事實上，即使在這些極度高溫地區(qū)，也只是在正午時分最高溫度才會超過50℃。



在梅賽德斯-奔馳極熱風(fēng)洞中，整個陽光模擬系統(tǒng)可以傾斜至水平線上方僅5度進行入射，從而可以更加真實地模仿日間太陽照射的整個過程，還可以模擬真實條件下陽光側(cè)向入射情況。

即使實際條件中存在光線和溫度的快速波動，比如說云層出現(xiàn)或汽車進入隧道，也都可以在陽光模擬系統(tǒng)的測試程序中進行控制，例如細網(wǎng)格面板出現(xiàn)在輻射燈的前面以模擬云的效果，而換上堅固蓋板遮擋則可以模擬進入隧道時突然發(fā)生的光線變化。



在梅賽德斯-奔馳極熱風(fēng)洞中還配置了 “Hot Road”以模擬實際道路夏季高溫的熱路面，其溫度可以在50-70℃之間連續(xù)變化。

安全的滅火系統(tǒng)

梅賽德斯-奔馳極熱風(fēng)洞和極冷風(fēng)洞都配備了高壓水霧滅火系統(tǒng)。

如果汽車部件因制動過熱著火，風(fēng)洞中的滅火系統(tǒng)噴嘴會在幾分之一秒內(nèi)從地板射出，形成微小水滴的細霧可以快速滅火，這種霧沫具有隔絕氧氣的作用，而水滴的大表面噴射也可以進一步冷卻車輛以防止火焰蔓延。需要指出的是，即使測試工程師在車內(nèi)，也仍然可以立即觸發(fā)滅火系統(tǒng)。

通過配備先進的滅火系統(tǒng)，從而將昂貴試驗車原型的損壞程度降到最低。

先進的配套設(shè)施

梅賽德斯 - 奔馳建造兩座環(huán)境風(fēng)洞的目的是將自然界所有極端天氣引入環(huán)境風(fēng)洞以提高汽車研發(fā)質(zhì)量，但是高效并不僅僅體現(xiàn)在風(fēng)洞本身的環(huán)境條件，還包括風(fēng)洞配備的各種設(shè)施，比如用于測試準(zhǔn)備的六個調(diào)節(jié)艙。

在調(diào)節(jié)艙中，汽車可以在十分鐘內(nèi)完成預(yù)冷，并通過巧妙的新型運輸系統(tǒng)傳送進入風(fēng)洞。另外，環(huán)境風(fēng)洞配套的設(shè)施還可以在耐久性測試過程中完成加油程序。



六個調(diào)節(jié)艙中的兩個具有良好隔音性能，可以有效防止外部噪音，以便工程師們追蹤那些在特定氣候條件下發(fā)出的“咔噠”聲。

擁有各種機械設(shè)備和車間設(shè)施的大型工作區(qū)是高效完成汽車預(yù)準(zhǔn)備工作的基礎(chǔ)條件。在環(huán)境風(fēng)洞現(xiàn)場，車輛的改裝或其他準(zhǔn)備工作可以在很短的時間內(nèi)完成，而無需將車輛轉(zhuǎn)移到距離更遠的其他工作區(qū)。

諸如此類的措施使得占用昂貴環(huán)境風(fēng)洞的時間保持在最低限度，并且可以實現(xiàn)一輛緊跟另一輛的進行試驗，風(fēng)洞以及風(fēng)洞設(shè)施的使用率達到最高。

在梅賽德斯-奔馳的兩座環(huán)境風(fēng)洞中，以上目標(biāo)已經(jīng)完全實現(xiàn)，風(fēng)洞正常高效的運行，共有20名員工分兩班進行工作。

有效減少實際道路測試

汽車環(huán)境風(fēng)洞測試結(jié)果的有效性已經(jīng)在地球上某些極端氣候條件下的實際測試中得到了證實，如迪拜或納米比亞的沙漠，死亡谷的高溫，瑞典北部的極寒暴雪或熱帶叢林的高熱高濕。隨著環(huán)境風(fēng)洞的出現(xiàn)和投入使用，不再需要在汽車研發(fā)早期階段就開始進行實際道路測試，道路測試主要用于后期的試驗驗證。

此外，環(huán)境風(fēng)洞的使用還帶來其他積極的影響，那就是汽車工程師和測試車輛不再需要頻繁飛行到地球的偏遠角落進行測試工作，用于汽車研發(fā)測試的總駕駛里程數(shù)以及消耗的人力物力大幅度降低，汽車研發(fā)的整體生態(tài)得到積極改善。

中國汽研汽車風(fēng)洞

中國汽車工程研究院股份有限公司（中國汽研CAERI）將于2018年底在重慶建成兩座比肩世界一流水平的先進風(fēng)洞——氣動-聲學(xué)風(fēng)洞和環(huán)境風(fēng)洞，兩個風(fēng)洞主要參數(shù)指標(biāo)均按照國際先進水平風(fēng)洞設(shè)計。



兩座風(fēng)洞投入使用后，中國汽研汽車風(fēng)洞中心將為車企提供汽車風(fēng)阻測試、側(cè)風(fēng)響應(yīng)測試、風(fēng)噪測試、流場顯示測試、發(fā)動機熱管理測試、空調(diào)系統(tǒng)測試、整車熱管理測試等一系列汽車空氣動力學(xué)、聲學(xué)和熱力學(xué)風(fēng)洞試驗服務(wù)，以及整車空氣動力學(xué)、聲學(xué)和熱力學(xué)性能開發(fā)服務(wù)，服務(wù)車型涵蓋轎車，SUV，皮卡，中型客車，輕卡等。


CAERI氣動-聲學(xué)風(fēng)洞



CAERI環(huán)境風(fēng)洞