汽車雨水性能開發(fā)，指利用環(huán)境風洞模擬預設雨水環(huán)境(雨水強度及均勻性)，結合仿真分析，改善雨水流通路徑、A柱溢流、側窗及車身污染、密封等性能。

1.背景

長期以來車輛雨水管理性能開發(fā)依托于雨天道路環(huán)境試驗及仿真，因缺少雨水強度及均勻性可控的雨水環(huán)境進行方案驗證，難以保證仿真與試驗結果的一致性，嚴重影響優(yōu)化方案的推進。

2.簡介 

中國汽研依托于建成的整車環(huán)境風洞，其噴口布置雨水噴射框架，雨水隨噴射氣流運動至車身表面，通過調(diào)節(jié)供水流量、更換噴嘴及其布置形式，可提供指定雨水直徑、強度及均勻性的雨水環(huán)境。

圖1  雨水噴射框架（左）和雨水熒光顯影（右）

圖2  雨水強度控制原理

3. 詳情

3.1噴嘴噴射試驗及標定

無風環(huán)境下，利用高速相機定格噴頭出雨形態(tài)、速度、雨滴直徑、噴射范圍等，利用仿真工具進行校核，如下圖所示。

圖3    噴嘴出水形態(tài)（左）

噴射范圍（中）仿真校核（右）

3.2 噴淋試驗及標定

有風環(huán)境下，使用雨量儀，結合高速相機測量各位置截面的雨強、雨徑、雨速等，利用仿真工具進行校核及標定，并導求雨水強度的均勻性空間區(qū)域，某5x6噴嘴陣列（噴嘴呈5行6列均勻布置，行距0.12m,列距0.4m，詳見雨水控制原理圖）試驗及仿真結果，如下圖所示。

圖4 降雨環(huán)境試驗

圖5  降雨環(huán)境仿真

雨水通過噴射框架上的噴嘴陣列釋放，由氣流帶動，過程中不斷匯合、分離、疊加，在雨水噴射范圍內(nèi)，不同距離及高度上的雨水強度各不相同。如下圖示為距噴口1.4m和3.5m位置，不同距地高度上的雨水強度統(tǒng)計：呈周期性變化，雨水強度波動大，幅值可相差一倍。

圖6  x方向（車身方向）1.4m和3.5m面上的雨強統(tǒng)計結果

1 如下圖示為距噴口1.4m距離,高度1.4m位置，沿車寬方向，雨水強度的試驗與仿真結果：規(guī)律及幅值基本一致。

圖7  x方向1.4m，高度為1.4米這條線上的雨強實驗結果和分析結果對比

2 如下圖示為距噴口1.4m距離，距地高度1.0~1.9m，沿車寬方向，雨水強度的試驗與仿真結果：規(guī)律及幅值基本一致。

圖8  截面雨強分布試驗與仿真結果對比

3 如下圖示距噴口1.4~3.5m距離，距地高度1.0~1.9m,沿車寬方向，雨水強度分布仿真結果。

圖9  不同截面上雨強分布云圖

經(jīng)試驗及仿真分析，5x6噴嘴陣列可提供沿車身方向距噴口1.4m~1.9m，距地高度1.2m~1.4m空間區(qū)域內(nèi)雨水強度指定及分布相對均勻的雨水環(huán)境，適用于空間區(qū)域范圍需求較小場景。

4 據(jù)已知雨水強度分布及形態(tài)變換與噴嘴陣列的關系，換裝優(yōu)化后的噴嘴陣列5x20（噴嘴呈5行20列均勻布置，行距0.12m,列距0.1m）狀態(tài)，重復上述方法，如下圖所示距噴口2.0~3.5m距離，跟地高度1.0~1.9m,沿車寬方向，雨水強度分布結果。

圖10  不同截面上雨強分布云圖

經(jīng)試驗及仿真分析，5x20噴嘴陣列可提供沿車身方向距噴口2.0m~3.5m，距地高度1.0m~1.9m空間區(qū)域內(nèi)雨水強度指定及分布均勻的雨水環(huán)境。根據(jù)風洞實際可布置位置(后視鏡距噴約2.5m)及關注區(qū)域（沿車身能覆蓋引擎蓋后段至B柱,約1m；沿車高能覆蓋后段至車頂，約0.6m)，適用于大部份常規(guī)車輛需求。

4. 案例分析

1 某車型市場反饋，大雨天氣中速工況，側窗視野區(qū)積水，嚴重影響駕駛員視野。企業(yè)通過環(huán)境風洞降雨環(huán)境完美復現(xiàn)，再風險評估高速工況（中速80km/h，高速120km/h、大雨-雨水強度35mm/min、雨水直徑0.75~1.5mm）

圖11 試驗狀態(tài)側窗雨水沾濕示意圖

2 某城市公交，大雨天氣，后視鏡鏡面積水，嚴重影響駕駛員視野（車速40km/h、大雨-雨水強度35mm/min、雨水直徑0.75~1.5mm）；通過優(yōu)化后視鏡造型及布置形式，顯著降低了后視鏡鏡面沾濕面積占比（鏡面雨水覆蓋面積/總面積），如下圖所示。

圖12  仿真優(yōu)化前后，后視鏡雨水沾濕示意圖

圖13 上圖仿真兩個狀態(tài)后視鏡雨水沾濕(累積、實時檢測)統(tǒng)計結果