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汽車非穩(wěn)態(tài)氣動特性技術研究成果——真實道路來流參數(shù)采集測量系統(tǒng)
2020-10-23 09:19:45· 來源：中國汽研汽車風洞技術 作者：何顯中
原創(chuàng) 今天傳統(tǒng)的汽車風洞空氣動力學測試主要在穩(wěn)態(tài)工況下進行，而實際路況極其復雜，來流狀態(tài)多變，與風洞試驗狀態(tài)有著較大的差別。中國汽研聯(lián)合廣汽研究院共同
傳統(tǒng)的汽車風洞空氣動力學測試主要在穩(wěn)態(tài)工況下進行，而實際路況極其復雜，來流狀態(tài)多變，與風洞試驗狀態(tài)有著較大的差別。中國汽研聯(lián)合廣汽研究院共同開發(fā)了非穩(wěn)態(tài)流動風洞測試技術，可以提高傳統(tǒng)的汽車風洞測試精度，增強測試結果的真實性。本期將介紹研究過程中所研發(fā)的一套用于真實道路來流參數(shù)采集的測量系統(tǒng)。
1. 系統(tǒng)簡介
在非穩(wěn)態(tài)流動風洞測試技術研究過程中，為了使開發(fā)的工況更加貼近用戶實際使用，而不是試驗室中的理想狀態(tài)，聯(lián)合研究團隊特別研發(fā)了真實道路來流參數(shù)采集測量系統(tǒng)，以對真實道路來流的參數(shù)進行采集。主要對來流與車速形成的偏航角以及湍流強度，特別是在不同天氣風速，地貌，特殊路況下的敏感性進行數(shù)據(jù)積累和分析。
2. 系統(tǒng)集成
真實道路來流參數(shù)采集測量系統(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、激光測距儀、尾部壓力傳感器以及行車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。行車記錄儀單獨錄像，測量過程中以各自系統(tǒng)時間作為基準時間，并在測量前統(tǒng)一起始時刻。
圖1 測量系統(tǒng)安裝及連線圖
測量系統(tǒng)軟件采用Labview編程，可以實時顯示各種傳感器的測量值和計算值，如圖2所示，尾部壓力分布可顯示物理坐標等壓線云圖，如圖3所示。
圖2 真實道路來流參數(shù)測量系統(tǒng)軟件主界面
圖3 真實道路來流參數(shù)測量系統(tǒng)尾部壓力顯示界面
3. 風洞標定與驗證
真實道路來流參數(shù)采集測量系統(tǒng)中集成的五孔探針、翼型傳感器和總壓探針在中國汽研氣動-聲學風洞中進行了標定和驗證，如圖4所示。對速度和偏航角進行了掃略，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°，參考壓力還對比了風洞靜壓、汽車外循環(huán)車內(nèi)氣壓和汽車內(nèi)循環(huán)車內(nèi)氣壓三種情況下的測量結果，考慮到路試測量時基準壓力不能變化太大，最終選用汽車內(nèi)循環(huán)車內(nèi)氣壓作為所有差壓傳感器的參考壓力。
圖4 路試車輛在中國汽研氣動-聲學風洞中標定
在標定過程中，數(shù)據(jù)表明五孔探針總壓孔測量值在10°以內(nèi)能準確測量氣流總壓，隨著偏航角的增加，測量誤差增大，而總壓探針在±30°以內(nèi)測量值變化不大。因此，在計算車速時，采用總壓探針測量值作為總壓值。翼型傳感器在偏航角17°左右存在失速情況，因此，只對10°以內(nèi)數(shù)據(jù)進行了擬合標定。
標定后，再次對測量值進行了驗證。速度掃略范圍為40km/h～140km/h，間隔20 km/h，如圖5所示，風洞測量值與路試系統(tǒng)測量值吻合很好。風速測量精度可以控制在±1km/h以內(nèi)。
圖5 總壓探針測量車速驗證圖
偏航角掃略范圍為0°～-30°，-30°～0°，0°～30°，角度范圍比標定范圍擴展了±10°。圖6、圖7給出了五孔探針和翼型傳感器測量結果。從數(shù)據(jù)來看，五孔探針在-30°～30°情況下都能獲得較為準確的值，而翼型傳感器只能在-5°～5°范圍內(nèi)獲得準確值。角度測量精度可以控制在±1°以內(nèi)，在重點關注的-5°～5°范圍內(nèi)，測量精度控制在±0.2°。這樣確保了后續(xù)數(shù)據(jù)的可靠性。
圖6 五孔探針測量偏航角驗證圖
圖7 五孔探針、翼型傳感器測量小角度偏航角驗證圖
此外，還對兩個激光測距儀與前后輪眉高度進行了標定。
4. 路試
汽車側風性能與行駛安全相關，側風流動本身就是一種非穩(wěn)定狀態(tài)。為此，聯(lián)合研究團隊調(diào)研了中國幾個典型城市的氣象數(shù)據(jù)，考察了不同季節(jié)的近地面的風力/風向數(shù)據(jù)，從不同地域、橋梁、隧洞、試車場、會車等角度制定側風氣動測試工況，建立帶有不同地域特征的典型車側風氣動性能數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫可為汽車企業(yè)前期車型開發(fā)提供技術支持。
目前，該測試汽車已進入路試測量采集階段，圖8是路試中的廣汽傳祺GA6。相關研究結果后續(xù)將通過本公眾號陸續(xù)推送，敬請關注。
圖8 路試中的廣汽傳祺GA6
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