王磊 梁婷 郭瑞庭 韋炳眾

摘? ?要：隨著環(huán)境模擬技術的發(fā)展，為提升汽車性能和增強產(chǎn)品競爭力，越來越多的汽車企業(yè)建造屬于自己的環(huán)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(huán)境風洞試驗室的主要設備構成及設計要求，通過結(jié)合目前國內(nèi)外汽車行業(yè)的環(huán)境風洞試驗室環(huán)境參數(shù)對比，提出環(huán)境風洞在汽車領域的發(fā)展趨勢。

關鍵詞：汽車風洞試驗室? 環(huán)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(xiàn)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(zhì)量以確保其在各種環(huán)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(huán)境下實車進行實際道路測試和在環(huán)境風洞試驗室內(nèi)進行室外模擬試驗。環(huán)境風洞試驗室由于不受區(qū)域、季節(jié)以及時間的限制，測試環(huán)境及測試條件較為穩(wěn)定，有利于汽車在行駛過程中的問題重現(xiàn)，便于研發(fā)人員評估和分析試驗數(shù)據(jù)來解決問題而得到越來越多的汽車企業(yè)的重視和運用。

1? 汽車環(huán)境風洞試驗室主要設備構成及設計要求

環(huán)境風洞試驗室是指在室內(nèi)環(huán)境下人工利用溫度調(diào)節(jié)設備、濕度調(diào)節(jié)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(tǒng)設備和底盤測功機設備等各子系統(tǒng)之間的相互配合來模擬車輛在道路行駛時的自然環(huán)境，包括溫度、濕度、風速、氣流等。環(huán)境風洞試驗系統(tǒng)主要包含以下子系統(tǒng)。

1.1 試驗艙

主要是由內(nèi)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(huán)境艙， 用于提供試驗車輛運行的環(huán)境。一般試驗艙墻板和頂板由熱絕緣材料構成，分為三層，內(nèi)外層為厚度至少150mm厚的商用平板結(jié)構，可有效減輕主風機運行時產(chǎn)生的振動噪聲，平板外表面為經(jīng)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(xiàn)象產(chǎn)生，中間保溫層一般采用高強度聚氨酯發(fā)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(diào)節(jié)系統(tǒng)

利用制冷劑蒸汽壓縮式制冷循環(huán)技術，將試驗艙內(nèi)的循環(huán)空氣通過低溫的蒸發(fā)器或通過高溫發(fā)熱的換熱器來實現(xiàn)試驗艙的降溫或升溫， 制冷循環(huán)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(jīng)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(nèi)為例，經(jīng)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(tǒng)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(tǒng)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(shù)量和放置次序。

1.3 濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)

一般由加濕系統(tǒng)和新風系統(tǒng)配合使用。加濕系統(tǒng)通過管道往風道內(nèi)噴入經(jīng)過溫度處理后的蒸汽來實現(xiàn)，由壓力控制法和流量控制閥調(diào)節(jié)確保在加濕過程中濕度的超調(diào)量不超過5%RH，以免試驗艙內(nèi)表面出現(xiàn)凝露現(xiàn)象;新風系統(tǒng)主要通過除濕轉(zhuǎn)筒的干燥作用，一方面實現(xiàn)試驗艙內(nèi)的循環(huán)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(xiàn)空氣凈化。為確保新風系統(tǒng)的新風量滿足要求， 除濕轉(zhuǎn)筒的選型和除濕能力很關鍵。

1.4 主風機系統(tǒng)

為試驗艙的風循環(huán)提供動力，采用與底盤測功機聯(lián)動控制方式，可真實模擬自然環(huán)境中汽車在不同車速下的迎面風。主風機一般采用直聯(lián)式離心風機，結(jié)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(yǎng)。由于主風機功率較大，發(fā)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(tǒng)

利用金屬鹵素燈具發(fā)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(qū)光照強度;光譜范圍在350～1100nm，可模擬全光譜日照;通過導軌調(diào)節(jié)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(fā)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(tǒng)無法使用。

1.6 底盤測功機系統(tǒng)

在進行測試試驗時通過轉(zhuǎn)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[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(tǒng)結(jié)構一般設計為兩個電機驅(qū)動四個轉(zhuǎn)轂模式便于前驅(qū)和后驅(qū)以及四驅(qū)的汽車在轉(zhuǎn)轂上行駛，通過移動轉(zhuǎn)轂軸，調(diào)節(jié)軸距調(diào)整機構可實現(xiàn)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(xiàn)因試驗艙的溫濕度變化產(chǎn)生的凝露水。

1.7 強制換氣系統(tǒng)

監(jiān)測試驗艙內(nèi)的空氣質(zhì)量以在緊急狀態(tài)下清除艙內(nèi)有害氣體。在環(huán)境艙內(nèi)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(nèi)汽車尾氣排放超標時，探測器會向控制系統(tǒng)發(fā)出警報，若強制換氣系統(tǒng)為自動狀態(tài)，則其他設備強制急停，換氣系統(tǒng)自動開啟，也可手動操作進行強制換氣。強制換氣系統(tǒng)在試驗艙內(nèi)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(tài)油氣）。