汽车风洞先进试验技术之底盘测功机

我们知道，汽车是靠旋转的车轮与地面摩擦，产生了推动车辆前进的摩擦力，驱动汽车在道路上奔驰。那么，如果想在室内模拟汽车的在路面上的行驶状态呢，那就需要用到底盘测功机，通常我们也叫做“转鼓”。本期“汽车风洞先进试验技术”系列之底盘测功机，我们将为您介绍汽车环境风洞底盘测功机的相关技术。

转鼓作为汽车在实验室中模拟实际道路行驶所必备的测试设备，广泛用于汽车环境仓、汽车耐久试验室、汽车NVH试验室等。风洞中的转鼓可以说是其所有相关应用中的最复杂、功能最全面的一套系统。



转鼓运行原理

转鼓主要是通过模拟电惯量来模拟车辆的道路行驶阻力，首先我们假设车辆的重量全部集中在四个车轮上，于是车轮的旋转惯量就代表了整车的运动惯量，通过转鼓电机驱动的滚筒具有一个基础惯量，该基础惯量可以通过驱动电机附加一个电模拟惯量，如果车轮的旋转惯量与滚筒基础惯量不一致的话，驱动电机可以施加一个正的或者负的电惯量，以保证滚筒的模拟惯量与车轮惯量相等，由于滚筒表面涂有与路面摩擦系数相同的特殊涂层，这样车辆就具有与真实路面上相同的道路行驶阻力，于是转鼓准确地模拟了车辆的运动。



车辆车轮滚动受力示意图

转鼓结构组成

转鼓通常是安装在地面上，在实验室地面上看到的转鼓表面只是他的冰山一角，埋在地下的转鼓地坑中隐藏着两个或者四个巨大的滚筒，通常直径达48英寸到78英寸之间。转鼓一般由滚筒，驱动电机，表面盖板，移动盖板，移动导轨，车辆对中装置，控制系统等组成。如图所示。



车辆在转鼓上是通过某种固定装置来固定的，该装置具有多种形式，比如链条式，撑杆式，挡板式等，根据不同的试验对象选择合适的固定装置。



挡板式



链条式



撑杆式

转鼓的分类

根据滚筒尺寸大小，转鼓可分为：48’，72’，76’等型号，较小型号的转鼓具有更好的动态性，但较大型号的转鼓由于表面相对更平顺，具有更真实的路面模拟能力。



根据不同的用途，转鼓具有多种形式，按转鼓数量通常分为，单轴转鼓和双轴转鼓等，单轴转鼓只能用于前驱或者后驱车辆试验，双轴转鼓可用于所有驱动形式的车辆试验；按电机布置形式可分为，中置电机和独立电机，中置电机采用一个电机带动两个转鼓，独立电机就是每个转鼓具有一个独立的驱动电机。风洞中一般采用的是双轴双电机或者双轴四电机。根据试验需要，转鼓的前后轴可选择采用可移动式，通常为前轴固定后轴移动或者前后轴均可移动，以适应车辆不同的前悬长度和轴距。



转鼓的作用
转鼓在风洞中的主要作用是模拟汽车在真实道路上的行驶状态，特别是模拟传动系统真实的工作状态，方便汽车工程师对车辆的散热系统，空调系统等领域进行研究。相比道路试验，在风洞中进行此类试验具有更高的可重复性，数据获取便利，效率高效等众多优势。配备转鼓的汽车风洞将道路搬进了试验室，实现了高效可控地进行汽车研发测试。



转鼓在风洞试验中可模拟的工况

风洞中，转鼓不仅可用于常规的道路工况模拟，排放测试，加减速试验，爬坡试验等，还可适应于风洞中特有的降雨试验，降雪试验，高低温冲击等气候试验。因此，风洞中的转鼓需要进行防水处理，装配排水系统，采用特别处理的材料。转鼓几乎能模拟所有车型，小到铃木奥拓，大到东风天龙。



1工况模拟
通常我们会在不同地区驾驶汽车，汽车的行驶情况也不尽相同，如城市内一般是拥堵缓行，城郊地区一般是低速行驶，高速公路上是高速行驶。因此，转鼓需要模拟车辆的不同行驶情况，根据车辆的行驶情况作出连续反应。工况模拟需要转鼓具备很高的动态响应性能，滚筒与车轮的相对速度差需要控制在很小的范围内。



2排放测试
进行尾气排放测试需要转鼓结合尾气处理设备，测试车辆在不同工况下的排放情况。在风洞中进行排放测试相比于环境仓中试验结果会更可靠，原因在于风洞中的气流模拟更加接近于真实路面情况，气流会间接影响车辆的排放情况。



3加减速测试
如果在路面上要进行车辆百公里加速或者刹车距离测试，需要到专门的试车场地进行，而且天气状况也会影响测试结果。然而在风洞中，可以不受外界条件的约束，准确的测试车辆加减速性能或者制动性能。试验中，转鼓会模拟车辆在道路上相同的阻力，并自动记录车辆的加速时间或者制动距离以及加速度值等相关参数，数分钟就可以完成整个测试。



4爬坡试验
转鼓不仅可以模拟水平道路上车辆行驶情况，而且还可以模拟车辆在具有坡度的路面上行驶。不同坡度大小可以在计算机中自由设置，转鼓会根据设置的坡度数值模拟相应的坡度阻力，进而在水平的鼓面上就可以模拟坡道工况了。



5降雨降雪试验对转鼓的要求
降雨降雪模拟是风洞中的特有应用，由于试验中雨水会直接流向转鼓表面，需要对转鼓表面进行防水处理，并在转鼓表面下方安装排水系统，收集雨水并引导其通过排水管道排出实验室。



CAERI 视点

作为汽车环境风洞的核心设备，底盘测功机具备了将道路带进试验室的本领，并且从测试的精度到试验的效率，全面引领了汽车测试研发的新高度，汽车厂商不再需要奔波于室外各地，节约了大量的人力物力成本，同时提高了新车型的开发效率，以便适应汽车市场日趋白热化的竞争。

以世界领先水准建造，计划于2018年底建成的重庆中国汽研汽车环境风洞，目前正紧锣密鼓建设中，建成后将进一步提升中国汽研在汽车空气动力学领域的科研服务能力。