汽车环境风洞试验室的发展与应用

王磊 梁婷 郭瑞庭 韦炳众

摘   要：随着环境模拟技术的发展，为提升汽车性能和增强产品竞争力，越来越多的汽车企业建造属于自己的环境风洞试验室以便对车辆性能进行研究和改进。本文简单阐述了某汽车环境风洞试验室的主要设备构成及设计要求，通过结合目前国内外汽车行业的环境风洞试验室环境参数对比，提出环境风洞在汽车领域的发展趋势。

关键词：汽车风洞试验室  环境模拟技术

中圖分类号：U467                                   文献标识码：A                       文章编号：1674-098X（2020）01（b）-0088-03

汽车是现代人们生活不可缺少的代步工具，每辆汽车在上市前，它的材料、零部件、性能甚至整车都要进行大量的试验来验证其质量以确保其在各种环境中都能安全可靠的行驶。而汽车试验验证途径有两类模式：在自然环境下实车进行实际道路测试和在环境风洞试验室内进行室外模拟试验。环境风洞试验室由于不受区域、季节以及时间的限制，测试环境及测试条件较为稳定，有利于汽车在行驶过程中的问题重现，便于研发人员评估和分析试验数据来解决问题而得到越来越多的汽车企业的重视和运用。

1  汽车环境风洞试验室主要设备构成及设计要求

环境风洞试验室是指在室内环境下人工利用温度调节设备、湿度调节设备、阳光模拟设备、主风机及风道设备、尾气排放设备、新风系统设备和底盘测功机设备等各子系统之间的相互配合来模拟车辆在道路行驶时的自然环境，包括温度、湿度、风速、气流等。环境风洞试验系统主要包含以下子系统。

1.1 试验舱

主要是由内设各类测试仪器或传感器的金属地面和热绝缘围板围成的环境舱， 用于提供试验车辆运行的环境。一般试验舱墙板和顶板由热绝缘材料构成，分为三层，内外层为厚度至少150mm厚的商用平板结构，可有效减轻主风机运行时产生的振动噪声，平板外表面为经过低反光表面处理的光滑的不锈钢板或镀锌钢板，有效避免生锈现象产生，中间保温层一般采用高强度聚氨酯发泡的保温绝热材料，导热性差且阻燃性强，能有效隔绝噪声传输。

1.2 温度调节系统

利用制冷剂蒸汽压缩式制冷循环技术，将试验舱内的循环空气通过低温的蒸发器或通过高温发热的换热器来实现试验舱的降温或升温， 制冷循环回路主要设备有螺杆式压缩机、压缩机电机、冷凝器、油泵、换热器、加热器和压力容器（如油冷却器、油过滤器、经济器）等等，需要通过制冷剂的选择和冷量计算才能确定以上设备的选型。以试验舱的干球温度控制范围要求在-30℃～+60℃范围内为例，经过制冷量计算和加热量需求计算， 考虑公司能耗和污染问题，制冷系统需要两台制冷量为652kW的螺杆压缩机组分级启动及加热系统电加热器的功率为360kW，并且在安装时需要考虑热交换器的冷凝水排放问题以及电加热器的模块数量和放置次序。

1.3 湿度调节系统

一般由加湿系统和新风系统配合使用。加湿系统通过管道往风道内喷入经过温度处理后的蒸汽来实现，由压力控制法和流量控制阀调节确保在加湿过程中湿度的超调量不超过5%RH，以免试验舱内表面出现凝露现象;新风系统主要通过除湿转筒的干燥作用，一方面实现试验舱内的循环空气的除湿，另一方面可为试验舱和底盘测功机室提供新鲜空气，实现空气净化。为确保新风系统的新风量满足要求， 除湿转筒的选型和除湿能力很关键。

1.4 主风机系统

为试验舱的风循环提供动力，采用与底盘测功机联动控制方式，可真实模拟自然环境中汽车在不同车速下的迎面风。主风机一般采用直联式离心风机，结构紧凑，有效减少占地资源，效率高，不过载，便于日常维护保养。由于主风机功率较大，发热量较高，为延长使用寿命，一般配置有专门冷却装置在主风机停止运行时自动定时对主风机电机进行冷却。

1.5 阳光模拟系统

利用金属卤素灯具发出的光来模拟太阳光辐射，辐射强度可达1400W/㎡，基本可模拟地球各地区光照强度;光谱范围在350～1100nm，可模拟全光谱日照;通过导轨调节灯架角度还可模拟不同时段太阳对车辆的照射角度。由于灯具散发热量非常大，有水冷或利用风洞空气冷却两种方式，为延长灯具使用寿命，一般设有过热保护装置，当灯架温度达到限值时灯光自动关闭，在低温下光照系统无法使用。

1.6 底盘测功机系统

在进行测试试验时通过转筒模拟路面，计算出道路模拟方程，并用加载装置进行模拟，实现对汽车各工况的模拟[1]。为满足汽车各种道路负载、控制方式和试验程序，底盘测功机系统结构一般设计为两个电机驱动四个转毂模式便于前驱和后驱以及四驱的汽车在转毂上行驶，通过移动转毂轴，调节轴距调整机构可实现不同尺寸的汽车的轴距。由于底盘测功机是集成在试验舱地板上，在安装时需要确保地板与底盘测功机地坑之间的绝热保温和减少空气流阻的影响，以及避免底盘测功机地坑出现因试验舱的温湿度变化产生的凝露水。

1.7 强制换气系统

监测试验舱内的空气质量以在紧急状态下清除舱内有害气体。在环境舱内靠近汽车尾气排放管接口处装有CO、NO2、CO2、HC等有毒有害气体探测器，当舱内汽车尾气排放超标时，探测器会向控制系统发出警报，若强制换气系统为自动状态，则其他设备强制急停，换气系统自动开启，也可手动操作进行强制换气。强制换气系统在试验舱内的出口要求特殊设计，以便同时排出高位的低密度气体（如H2，CO等）和低位的高密度气体（如气态油气）。