劉學莉 耿金濤 孫華鋒

（長城汽車股份有限公司技術中心；河北省汽車工程技術研究中心）

隨著消費者對汽車實用性、舒適性等方面的要求越來越高，國內各大汽車企業(yè)逐漸認識到汽車環(huán)境風洞試驗室的重要性，并開始著手建設自己的環(huán)境風洞試驗室。但是國內此類試驗室較少，缺乏建設經驗，文章通過某公司的環(huán)境風洞項目，總結了汽車環(huán)境風洞試驗室建設經驗。

1 建設模式

汽車環(huán)境風洞試驗室建設集建筑設計、試驗室設計及設備設計于一體，因其子系統(tǒng)眾多、設計復雜，建設過程中涉及方面較多，在建設初期，汽車企業(yè)必須確定建設模式。目前，國際上采用的建設模式分為總包工模式和設計模式2種?？偘つＪ郊唇昏€匙工程，汽車企業(yè)全權委托建設公司進行；設計模式則需要汽車企業(yè)負責設備采購。根據不同汽車企業(yè)的狀況及試驗室建設要求，在建設過程中可以選擇不同的模式。這2種建設模式的優(yōu)缺點，如表1 所示。

表1 建設模式對比

2 汽車環(huán)境風洞試驗室的基本構成

汽車環(huán)境風洞試驗室用于模擬自然界真實的氣候環(huán)境，進行汽車空調系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的匹配研發(fā)及性能驗證。它主要由空氣流道、風機系統(tǒng)、環(huán)境模擬系統(tǒng)、道路阻力模擬系統(tǒng)及控制系統(tǒng)組成。

1）空氣流道。主要作用是形成氣流的流動通道。一般采用鋼材焊接而成，進行防腐及保溫處理。試驗段與環(huán)境艙結構相同，裝有尾排管道及觀察窗，便于觀察試驗室內的試驗狀況。

2）風機系統(tǒng)。用于模擬車輛試驗的風速，主要由風機本體（整流罩、導葉、動葉片、輪轂）、電機、變頻器及變壓器等組成?？諝饬魉俳涳L機加速達到試驗要求的速度，流過試驗車后返回到風機進風口，進入下一循環(huán)。

3）環(huán)境模擬系統(tǒng)。為保證試驗環(huán)境與自然環(huán)境相同，氣流在到達試驗段之前，要根據試驗要求，利用主換熱器及加濕器進行溫濕度調節(jié)，試驗過程中消耗的空氣由新風系統(tǒng)補充，尾氣排氣系統(tǒng)則排出汽車的尾氣。降雨降雪模擬、陽光模擬及地板加熱系統(tǒng)則用來模擬雨雪、陽光、地面輻射等特殊自然現象。

4）道路阻力模擬系統(tǒng)。在環(huán)境風洞試驗室中，利用道路模擬裝置模擬汽車在道路運行過程中存在的運動慣性、行駛阻力。

5）控制系統(tǒng)。環(huán)境風洞試驗室的控制系統(tǒng)是整個試驗室的控制中樞，所有子系統(tǒng)的控制、測量、數據采集、安全及報警系統(tǒng)均集成在此控制中樞內，由該系統(tǒng)進行整體調控。

6）其他。與環(huán)境風洞試驗室配套使用的設施，包括預熱預冷間、車輛準備區(qū)域及辦公區(qū)等。

環(huán)境風洞試驗室結構圖，如圖1 所示。

3 參數

確定試驗室的建設模式和建設成本之后，汽車企業(yè)在選擇風洞設計及建設公司之前，要明確部分基本參數，這樣廠家才能設計出不同的風洞方案并制定預算計劃。主要的參數包括基本尺寸、環(huán)境及氣動參數。

3.1 尺寸參數

環(huán)境風洞試驗室整體的規(guī)劃面積及噴口的大小是影響汽車環(huán)境風洞試驗室建設最主要的2 個尺寸參數。

1）規(guī)劃面積直接決定了風洞試驗室是臥式布局還是立式布局。風洞流道的布置幾乎都是水平的（即臥式），這樣既節(jié)省費用，又便于進出。而在場地十分緊張的情況下，需要采用垂直的流道布置形式（即立式）。

2）噴口的尺寸由汽車企業(yè)根據試驗的車型決定，它的大小直接決定了風洞試驗室建設的成本及功率。根據試驗驗證及工程經驗，噴口的大小S 與試驗車輛正投影面積A 之間關系為：

同時，噴口的高寬比應盡量接近試驗車輛的高寬比?？紤]到汽車環(huán)境風洞試驗室建設成本較大，一般采用可變噴口形式，即一個風洞試驗室配備2 個或3 個不同尺寸的噴口，便于不同尺寸、不同車速的試驗車進行試驗。

3.2 環(huán)境參數

環(huán)境參數主要包括風速、溫度、濕度及光照等。

1）風速范圍由試驗車的速度范圍決定。現階段很多汽車企業(yè)著眼于制造高端車，故將最高車速范圍定義在200～250 km/h，國外知名車企甚至定義到300 km/h。

2）溫度范圍主要根據試驗標準及車輛銷售地區(qū)的需求定義。不同企業(yè)采用的測試標準不同，溫度范圍也不盡相同。如FORD 的高溫風洞范圍在24～60 ℃，TOYOTA 低溫風洞范圍在-50～0 ℃。目前，我國汽車性能試驗標準GB/T 12542—2009《汽車熱平衡能力性能測試及開發(fā)》要求最高溫度為50 ℃；GB/T12782—2007《采暖性能試驗》要求最低溫度為-25 ℃。可按照這2 個標準定義溫度范圍。

3）根據試驗標準及需求確定濕度范圍與溫度范圍。

4）光照條件在300～1 200 W/m2時滿足車輛能夠達到所有地區(qū)的光照要求。相關調查顯示，光照最強的地區(qū)，強度為1 040 W/m2。為了防止燈具的衰弱，規(guī)定光強為1 200 W/m2。

3.3 氣動參數

美國工程師協(xié)會（SAE）對汽車風洞及空氣動力學試驗有相關規(guī)定，測試區(qū)域的速度非均勻度≤0.25%，速度脈動均方根≤0.5%，氣流偏角≤0.5°，湍流度≤0.5%，縱向靜壓梯度≤1%。

4 結論

目前，世界上有很多汽車環(huán)境風洞試驗室建設實例供大家參考，國內也有上海地面交通工具風洞中心及上海泛亞熱環(huán)境風洞試驗室的成功例子。

隨著人們對汽車環(huán)境風洞試驗室在汽車研發(fā)中重要性認識的不斷增強，各大主機廠均著手建設自己的汽車環(huán)境風洞試驗室。