汽車環境風洞試驗室的發展與應用

王磊 梁婷 郭瑞庭 韋炳眾

摘? ?要：隨著環境模擬技術的發展，為提升汽車性能和增強產品競爭力，越來越多的汽車企業建造屬于自己的環境風洞試驗室以便對車輛性能進行研究和改進。本文簡單闡述了某汽車環境風洞試驗室的主要設備構成及設計要求，通過結合目前國內外汽車行業的環境風洞試驗室環境參數對比，提出環境風洞在汽車領域的發展趨勢。

關鍵詞：汽車風洞試驗室? 環境模擬技術

中圖分類號：U467? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）01（b）-0088-03

汽車是現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行大量的試驗來驗證其質量以確保其在各種環境中都能安全可靠的行駛。而汽車試驗驗證途徑有兩類模式：在自然環境下實車進行實際道路測試和在環境風洞試驗室內進行室外模擬試驗。環境風洞試驗室由于不受區域、季節以及時間的限制，測試環境及測試條件較為穩定，有利于汽車在行駛過程中的問題重現，便于研發人員評估和分析試驗數據來解決問題而得到越來越多的汽車企業的重視和運用。

1? 汽車環境風洞試驗室主要設備構成及設計要求

環境風洞試驗室是指在室內環境下人工利用溫度調節設備、濕度調節設備、陽光模擬設備、主風機及風道設備、尾氣排放設備、新風系統設備和底盤測功機設備等各子系統之間的相互配合來模擬車輛在道路行駛時的自然環境，包括溫度、濕度、風速、氣流等。環境風洞試驗系統主要包含以下子系統。

1.1 試驗艙

主要是由內設各類測試儀器或傳感器的金屬地面和熱絕緣圍板圍成的環境艙， 用于提供試驗車輛運行的環境。一般試驗艙墻板和頂板由熱絕緣材料構成，分為三層，內外層為厚度至少150mm厚的商用平板結構，可有效減輕主風機運行時產生的振動噪聲，平板外表面為經過低反光表面處理的光滑的不銹鋼板或鍍鋅鋼板，有效避免生銹現象產生，中間保溫層一般采用高強度聚氨酯發泡的保溫絕熱材料，導熱性差且阻燃性強，能有效隔絕噪聲傳輸。

1.2 溫度調節系統

利用制冷劑蒸汽壓縮式制冷循環技術，將試驗艙內的循環空氣通過低溫的蒸發器或通過高溫發熱的換熱器來實現試驗艙的降溫或升溫， 制冷循環回路主要設備有螺桿式壓縮機、壓縮機電機、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、經濟器）等等，需要通過制冷劑的選擇和冷量計算才能確定以上設備的選型。以試驗艙的干球溫度控制范圍要求在-30℃～+60℃范圍內為例，經過制冷量計算和加熱量需求計算， 考慮公司能耗和污染問題，制冷系統需要兩臺制冷量為652kW的螺桿壓縮機組分級啟動及加熱系統電加熱器的功率為360kW，并且在安裝時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量和放置次序。

1.3 濕度調節系統

一般由加濕系統和新風系統配合使用。加濕系統通過管道往風道內噴入經過溫度處理后的蒸汽來實現，由壓力控制法和流量控制閥調節確保在加濕過程中濕度的超調量不超過5%RH，以免試驗艙內表面出現凝露現象;新風系統主要通過除濕轉筒的干燥作用，一方面實現試驗艙內的循環空氣的除濕，另一方面可為試驗艙和底盤測功機室提供新鮮空氣，實現空氣凈化。為確保新風系統的新風量滿足要求， 除濕轉筒的選型和除濕能力很關鍵。

1.4 主風機系統

為試驗艙的風循環提供動力，采用與底盤測功機聯動控制方式，可真實模擬自然環境中汽車在不同車速下的迎面風。主風機一般采用直聯式離心風機，結構緊湊，有效減少占地資源，效率高，不過載，便于日常維護保養。由于主風機功率較大，發熱量較高，為延長使用壽命，一般配置有專門冷卻裝置在主風機停止運行時自動定時對主風機電機進行冷卻。

1.5 陽光模擬系統

利用金屬鹵素燈具發出的光來模擬太陽光輻射，輻射強度可達1400W/㎡，基本可模擬地球各地區光照強度;光譜范圍在350～1100nm，可模擬全光譜日照;通過導軌調節燈架角度還可模擬不同時段太陽對車輛的照射角度。由于燈具散發熱量非常大，有水冷或利用風洞空氣冷卻兩種方式，為延長燈具使用壽命，一般設有過熱保護裝置，當燈架溫度達到限值時燈光自動關閉，在低溫下光照系統無法使用。

1.6 底盤測功機系統

在進行測試試驗時通過轉筒模擬路面，計算出道路模擬方程，并用加載裝置進行模擬，實現對汽車各工況的模擬[1]。為滿足汽車各種道路負載、控制方式和試驗程序，底盤測功機系統結構一般設計為兩個電機驅動四個轉轂模式便于前驅和后驅以及四驅的汽車在轉轂上行駛，通過移動轉轂軸，調節軸距調整機構可實現不同尺寸的汽車的軸距。由于底盤測功機是集成在試驗艙地板上，在安裝時需要確保地板與底盤測功機地坑之間的絕熱保溫和減少空氣流阻的影響，以及避免底盤測功機地坑出現因試驗艙的溫濕度變化產生的凝露水。

1.7 強制換氣系統

監測試驗艙內的空氣質量以在緊急狀態下清除艙內有害氣體。在環境艙內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器，當艙內汽車尾氣排放超標時，探測器會向控制系統發出警報，若強制換氣系統為自動狀態，則其他設備強制急停，換氣系統自動開啟，也可手動操作進行強制換氣。強制換氣系統在試驗艙內的出口要求特殊設計，以便同時排出高位的低密度氣體（如H2，CO等）和低位的高密度氣體（如氣態油氣）。