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汽车非稳态气动特性技术研究成果——真实道路来流参数采集测量系统
2020-10-23 09:19:45· 来源：中国汽研汽车风洞技术 作者：何显中
原创 今天传统的汽车风洞空气动力学测试主要在稳态工况下进行，而实际路况极其复杂，来流状态多变，与风洞试验状态有着较大的差别。中国汽研联合广汽研究院共同
传统的汽车风洞空气动力学测试主要在稳态工况下进行，而实际路况极其复杂，来流状态多变，与风洞试验状态有着较大的差别。中国汽研联合广汽研究院共同开发了非稳态流动风洞测试技术，可以提高传统的汽车风洞测试精度，增强测试结果的真实性。本期将介绍研究过程中所研发的一套用于真实道路来流参数采集的测量系统。
1. 系统简介
在非稳态流动风洞测试技术研究过程中，为了使开发的工况更加贴近用户实际使用，而不是试验室中的理想状态，联合研究团队特别研发了真实道路来流参数采集测量系统，以对真实道路来流的参数进行采集。主要对来流与车速形成的偏航角以及湍流强度，特别是在不同天气风速，地貌，特殊路况下的敏感性进行数据积累和分析。
2. 系统集成
真实道路来流参数采集测量系统集成了五孔探针、眼镜蛇探针、总压探针、翼型传感器（自研），加速度传感器、温度传感器、GPS、扭矩传感器、激光测距仪、尾部压力传感器以及行车记录仪等多种传感器。
各种传感器安装部位和连接方式如图1所示。行车记录仪单独录像，测量过程中以各自系统时间作为基准时间，并在测量前统一起始时刻。
图1 测量系统安装及连线图
测量系统软件采用Labview编程，可以实时显示各种传感器的测量值和计算值，如图2所示，尾部压力分布可显示物理坐标等压线云图，如图3所示。
图2 真实道路来流参数测量系统软件主界面
图3 真实道路来流参数测量系统尾部压力显示界面
3. 风洞标定与验证
真实道路来流参数采集测量系统中集成的五孔探针、翼型传感器和总压探针在中国汽研气动-声学风洞中进行了标定和验证，如图4所示。对速度和偏航角进行了扫略，速度扫略范围为40km/h～140km/h，偏航角扫略范围为0°～-20°，-20°～0°，0°～20°，参考压力还对比了风洞静压、汽车外循环车内气压和汽车内循环车内气压三种情况下的测量结果，考虑到路试测量时基准压力不能变化太大，最终选用汽车内循环车内气压作为所有差压传感器的参考压力。
图4 路试车辆在中国汽研气动-声学风洞中标定
在标定过程中，数据表明五孔探针总压孔测量值在10°以内能准确测量气流总压，随着偏航角的增加，测量误差增大，而总压探针在±30°以内测量值变化不大。因此，在计算车速时，采用总压探针测量值作为总压值。翼型传感器在偏航角17°左右存在失速情况，因此，只对10°以内数据进行了拟合标定。
标定后，再次对测量值进行了验证。速度扫略范围为40km/h～140km/h，间隔20 km/h，如图5所示，风洞测量值与路试系统测量值吻合很好。风速测量精度可以控制在±1km/h以内。
图5 总压探针测量车速验证图
偏航角扫略范围为0°～-30°，-30°～0°，0°～30°，角度范围比标定范围扩展了±10°。图6、图7给出了五孔探针和翼型传感器测量结果。从数据来看，五孔探针在-30°～30°情况下都能获得较为准确的值，而翼型传感器只能在-5°～5°范围内获得准确值。角度测量精度可以控制在±1°以内，在重点关注的-5°～5°范围内，测量精度控制在±0.2°。这样确保了后续数据的可靠性。
图6 五孔探针测量偏航角验证图
图7 五孔探针、翼型传感器测量小角度偏航角验证图
此外，还对两个激光测距仪与前后轮眉高度进行了标定。
4. 路试
汽车侧风性能与行驶安全相关，侧风流动本身就是一种非稳定状态。为此，联合研究团队调研了中国几个典型城市的气象数据，考察了不同季节的近地面的风力/风向数据，从不同地域、桥梁、隧洞、试车场、会车等角度制定侧风气动测试工况，建立带有不同地域特征的典型车侧风气动性能数据库，该数据库可为汽车企业前期车型开发提供技术支持。
目前，该测试汽车已进入路试测量采集阶段，图8是路试中的广汽传祺GA6。相关研究结果后续将通过本公众号陆续推送，敬请关注。
图8 路试中的广汽传祺GA6
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