牟連嵩，張淼，趙豐，張藝倫，孫津鴻，焦鵬飛

（中國汽車技術研究中心有限公司，天津 300399）

前言

傳統(tǒng)的道路測試由于過于依賴自然天氣條件和道路的交通狀況，只能將測試車輛運輸?shù)狡h的地方。如果測試車輛或測試設備發(fā)生故障將耽誤車型的開發(fā)時間表。此外，由于陣風、側風和大氣湍流等的存在，道路測試的測試數(shù)據(jù)具有較大的可變性。就環(huán)境測試而言，在一個測試日中，溫度、濕度、光照負荷的變化會對車型設計帶來不確定性[1]。

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和新車型開發(fā)工作量的增加，汽車環(huán)境風洞由于集成了底盤測功機、陽光模擬系統(tǒng)、溫濕度控制、風機等多種測試模擬設備，同時相對環(huán)境艙可以更好的模擬流場、溫濕度環(huán)境，得到了越來越廣泛的應用[2-3]。

底盤測功機作為當前汽車測試開發(fā)常用設備，在進行測試實驗時通過滾筒模擬路面，計算出道路模擬方程，并用加載裝置進行模擬，實現(xiàn)對汽車各工況的模擬。具有可重現(xiàn)性強、受環(huán)境因素影響小的優(yōu)點。底盤測功機分為單滾筒型和雙滾筒型，如圖1所示為單滾筒型測功機，滾筒直徑越大，車輪在轉鼓上就越接近于在道路上滾動。雖然制造和安裝費用高，但由于單滾筒型測功機較高的測試精度，得到了整車廠和科研院所以及檢測機構的廣泛應用[4]。

圖1 單滾筒型轉鼓

底盤測功機作為汽車環(huán)境風洞中主要的測試設備之一，在風洞建設前期，底盤測功機的型號選擇是很重要的工作。當前有關環(huán)境艙轉鼓選型文獻資料較多，但環(huán)境風洞轉鼓和環(huán)境艙轉鼓存在差異，表1列出了兩者在主要指標上的差異。

表1 環(huán)境艙和環(huán)境風洞采用轉鼓指標對比

基于以上區(qū)別，在采購環(huán)境風洞底盤測功機時，應特別注意。下面本文將從底盤測功機的主要參數(shù)等展開介紹底盤測功機選型的依據(jù)。

1 底盤測功機電機驅動類型

當測功機進行道路模擬實驗時，電機作為動力輸出，提供滾筒加載阻力。常見的轉鼓驅動類型有兩電機驅動和四電機驅動。四電機AWD型轉鼓可以實現(xiàn)對應每個車輪的滾筒獨立輸出扭矩，從而對每個車輪獨立加載阻力，可以實現(xiàn)例如轉彎工況等 2WD兩電機中置型轉鼓無法模擬的工況。當前新能源汽車蓬勃發(fā)展，AWD型四獨立電機驅動轉鼓能滿足新能源汽車如裝載輪轂電機電動車等更加多樣化的驅動方式的測試需求。

2 底盤測功機電機的選型

底盤測功機試驗臺功率、最大牽引力、最大加速度均取決于底盤測功機前軸電機和后軸電機的選型。在考慮電機功率選擇時應結合公式牽引力 F=M?a+f0+f1?v+f2?v2；公式中 f0、f1、f2是道路負荷系數(shù)，v是測試車輛速度，M是測試車輛試驗質量，a是車輛加速度。計算最大牽引力時，應結合所有車輛測試時可能用到的試驗工況，挑選最嚴苛的工況（建議采用車輛滿載質量 50噸條件下重型商用車輛瞬態(tài)循環(huán)WTVC工況）通過公式計算得到所需要的最大牽引力。并利用公式P= F?v計算最大功率。在此基礎上挑選合適功率的轉鼓電機。

3 底盤測功機滾筒直徑的選擇

科研院所、整車廠、檢測機構等由于對轉鼓測試精度要求比較高，通常采用單滾筒型轉鼓，滾筒的直徑越大，車輪所接觸到的鼓面越接近于道路，但相應的制造成本和安裝難度會增加。轉鼓滾筒直徑的選擇通常取決于測試車輛的類型，常用的直徑尺寸有25"，48"，75"，分別對應摩托車、輕型乘用車、重型卡車的測試。此外根據(jù)測試需求還包括其他尺寸的轉鼓。天津汽研中心作為第三方檢測機構，汽車環(huán)境學風洞測試業(yè)務覆蓋輕型車、中型車和重型車，同時由于風洞對流場指標要求較高，較大的轉鼓直徑可以保證試驗臺表面較為平整，有利于流場的模擬。

4 底盤測功機質量模擬范圍

在轉鼓選型時，應考慮測試車型中覆蓋的質量最小車型和質量最大車型試驗質量，可參考表 2（該表是天津汽研中心在選購風洞轉鼓時采用的），從而確定所要采購的底盤測功機質量模擬范圍[5]。

表2 環(huán)境風洞測試車型一覽

5 底盤測功機軸距調整范圍的確定

轉鼓軸距調整范圍的確定主要根據(jù)所測試車型來確定，其最大軸距和最小軸距要覆蓋目標車型，可參考表 2。一般四驅轉鼓只通過后軸可調，但為了在不同車輛固定到轉鼓后與噴口保持同等距離，維持較高的測試一致性，前軸設計為可調。結合不同車輛前懸差異，建議前軸軸距可調最大范圍設計為0.5m。

6 風洞動力學指標對底盤測功機要求

由于環(huán)境風洞在空氣動力學指標上的較高要求，轉鼓的試驗臺蓋板應進行特殊設計：試驗臺地板應平滑，最大限度內減少間隙和銳邊。同時應優(yōu)化試驗室蓋板和滾筒之間的間隙，其目的是最大限度內減小環(huán)境倉與地坑之間的空氣流動[6]。

7 風洞雨雪環(huán)境對轉鼓設計要求

由于環(huán)境風洞中存在雨雪測試工況，轉鼓供應商應結合具體的排放水儲量合理設計排水系統(tǒng)。試驗臺內應設置引水管將水引流到地基塊周圍的區(qū)域。

同時應注意試驗臺蓋板與周圍地板的密封，防止雨雪工況下水的泄露。

8 底盤測功機附加系統(tǒng)

在采購底盤測功機時，除轉鼓本體和相關子系統(tǒng)外，結合實際需求，可增加相應的附加系統(tǒng)。

8.1 車輛自動對中裝置

車輛自動對中裝置由每個車輪的2個定心輥組成，如圖2所示?？梢院唵慰焖俚膶④囕v驅動軸定位在滾筒上方。在不使用時，自動對中裝置系統(tǒng)應存放在試驗段地板下方，從而不影響流場質量。該系統(tǒng)由電驅動軸器驅動，其操作可通過手持式試驗臺的操控單元操作。

圖2 車輛對中裝置

8.2 節(jié)氣門執(zhí)行器

節(jié)氣門執(zhí)行器用于加速踏板的遙控控制，通過電壓信號來實現(xiàn)對加速踏板的行程的線性控制。節(jié)氣門執(zhí)行器應實現(xiàn)位置控制、速度控制、力控制三種控制模式。

圖3 節(jié)氣門執(zhí)行器

8.3 輪胎冷卻系統(tǒng)

輪胎冷卻風扇，以恒定的速度對與轉鼓接觸部分的輪胎進行冷卻。風量滿足車輪在高負荷下的散熱要求?？梢苑旁诰嚯x轉鼓較遠的車輛的兩側，也可集成在地坑蓋板下面。

8.4 輪胎防爆胎和車輛移動探測系統(tǒng)

輪胎防爆胎和車輛移動探測系統(tǒng)即車輛位置監(jiān)視裝置用于提示用戶，在試驗過程中任何車輛位置的移動狀況。通過車輛位置傳感器來檢測垂直方向上的車輛驅動時的輪胎放氣，以及測試車輛車身或驅動輪軸向下運動的情況發(fā)生和檢測車輛側移情況的發(fā)生。該監(jiān)控系統(tǒng)應集成在環(huán)境風洞的安全電子控制回路中。

8.5 車輛下壓裝置

轉鼓試驗臺安裝下壓裝置主要目的是在重型車實驗時防止車輛打滑。

該裝置通過安裝在試驗臺的液壓加載裝置，通過液壓缸來帶動的拉緊皮帶以及車輛后軸及其他適當點來實現(xiàn)車輛的加載。

9 結論

選用環(huán)境風洞底盤測功機首先要按照實際測試車輛和測試實驗類型需求來確定要采購的轉鼓的基本規(guī)格參數(shù)，如測功機的驅動類型、電機功率、滾筒直徑、質量模擬范圍、軸距調整范圍等，然后結合使用需求合理選擇附加系統(tǒng)。同時對于有雨雪模擬功能的環(huán)境風洞，應注意做好排水和地板防滑設計。

[1] Edward Duell,Amir Kharazi, Paul Nagle, Per Elofsson et al, Scania’s New CD7 Climatic Wind Tunnel Facility for Heavy Trucks and Buses.SAE Int.J.Passeng.Cars-Mech. Syst. 9(2)：785-799,2016.

[2] 孫濤,耿金濤,徐蘭欣.整車環(huán)境風洞實驗室的應用.汽車工程師.2013（4）：20-22.

[3] 劉雪莉,耿金濤,孫華峰.汽車環(huán)境風洞實驗室初期建設.汽車工程師.2014(3)：16-17

[4] 王文揚.汽車底盤測功機測試與控制系統(tǒng)的研究[D].吉林大學,2006.

[5] 付松青,高章,劉雙喜,等.重型車底盤測功機測試方法的研究[J].北京汽車,2011(1)：16-19.

[6] Soderblom D, Elofsson P, Hyv?rinen A. Numerical Investigation of Blockage Effects on Heavy Trucks in Full Scale Test Conditions[C]// SAE 2016 World Congress and Exhibition. 2016.