汽車試驗箱需要模擬哪些工況

汽車試驗箱可以模擬汽車在實際行駛中遇到的雨、雪、陽光、振動、冷熱負荷、高低氣壓和行駛速度等。在環(huán)境模擬試驗裝置中進行整車試驗具有不受地區(qū)、季節(jié)及時間限制，可復(fù)現(xiàn)自然條件、模擬極值條件，可在相同環(huán)境條件下多次重復(fù)試驗，有利于評估和詳細分析試驗數(shù)據(jù)等優(yōu)點。

(資料圖片僅供參考)

汽車環(huán)境模擬試驗裝置包括環(huán)境模擬風洞和環(huán)境模擬試驗室兩類。環(huán)境模擬風洞和環(huán)境模擬試驗室之間有很多相似之處，但又存在一個關(guān)鍵區(qū)別，即對車身周圍氣流組織及邊界層速度分布的模擬精度要求不同。環(huán)境模擬風洞不僅對溫濕度、太陽輻射模擬精度有很高的要求，而且對流過車身的空氣流組織和速度分布模擬精度要求也很高，而環(huán)境模擬室則對車身周圍氣流組織狀態(tài)無精度要求。而實際上，車輛在實際行駛過程中車身周圍的氣流組織必定會對車輛及其零部件的性能產(chǎn)生影響,從這個角度講，環(huán)境模擬風洞試驗的結(jié)果將更符合實際情況。本文僅涉及環(huán)境模擬風洞相關(guān)技術(shù)。

汽車環(huán)境模擬風洞通常可以分為高溫、低溫和高低溫三種。根據(jù)試驗車型及試驗所需流場及溫、濕度場品質(zhì)要求，可以確定環(huán)境模擬風洞的規(guī)模，然后相應(yīng)地確定風洞的主要性能指標。

1汽車試驗箱類型

環(huán)境模擬風洞可為汽車及其零部件進行舒適性、安全性和可靠性提供多種多樣的氣候試驗研究平臺。在汽車環(huán)境模擬風洞中可進行下列試驗：

發(fā)動機冷卻試驗；

空調(diào)系統(tǒng)開發(fā)；

熱燃料處理試驗；

汽車城市循環(huán)工況分析；

冷、熱排放試驗；

加熱系統(tǒng)開發(fā)；

冷啟動和熱啟動試驗；

去霧/除霜試驗；

HVAC系統(tǒng)標定

2汽車試驗箱的組成

汽車環(huán)境模擬風洞是一個復(fù)雜的試驗設(shè)備，不僅要模擬氣候條件和道路行駛情況，同時還需要模擬發(fā)動機的實際運行情況并具有相應(yīng)的控制系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)、試驗數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)。通常包括下列子系統(tǒng)及裝置：

（1）空氣溫、濕度保證子系統(tǒng)，用來預(yù)置和控制模擬環(huán)境溫度和濕度，其中包括冷卻盤管、加熱器、加濕器以及冷凍裝置、除濕裝置、蒸汽鍋爐等。

（2）太陽輻射模擬子系統(tǒng)，用來模擬和控制太陽輻射強度和輻射角度；

（3）車風速模擬子系統(tǒng)，用來模擬汽車迎面風速及汽車怠速狀態(tài)；

（4）道路阻力模擬子系統(tǒng)，用來模擬汽車行駛時的道路阻力狀態(tài)、上下坡、加減速情況；

（5）發(fā)動機廢氣排放子系統(tǒng)，用來及時抽吸汽車發(fā)動機排出的廢氣、保證發(fā)動機工作背壓；

（6）新風子系統(tǒng)，用來為汽車發(fā)動機補充新鮮空氣、保證發(fā)動機處于良好的燃燒工作狀態(tài)；

（7）計算機控制系統(tǒng)，用來控制各種設(shè)備、動作器及試驗程序，包括必要的控制硬件和軟件設(shè)備；

（8）安全監(jiān)控及報警處理子系統(tǒng)，用來對室內(nèi)有害氣體及關(guān)鍵設(shè)備進行監(jiān)控和報警，包括有害氣體及關(guān)鍵設(shè)備的自動報警裝置等。

（9）數(shù)據(jù)采集及處理子系統(tǒng)，用來采集各種汽車性能試驗所要求的參數(shù)、試驗結(jié)果處理及生成試驗報告；

（10）其他環(huán)境模擬裝置，如下雨、降雪、風沙、鹽霧、振動等。

環(huán)境模擬風洞可以是立式，也可以是臥式，采用立式主要是為了節(jié)省空間，而風管的形狀一般為矩形。各管段及其中部件主要則根據(jù)阻力損失及流場、溫濕度場的要求來設(shè)計，在保證試驗段速度場、溫度場和濕度場品質(zhì)的前提下，盡可能地減小總的阻力損失，以節(jié)省風機系統(tǒng)及制冷空調(diào)系統(tǒng)的能耗.

3世界各國汽車試驗箱性能參數(shù)

為了能模擬汽車行駛時的實際情況，環(huán)境模擬風洞必須能在一個很寬的溫、濕度范圍內(nèi)滿足各種汽車試驗的要求。在環(huán)境模擬風洞發(fā)展的初期，各國風洞一般模擬其本國的氣候條件，隨著汽車市場的全球化，工況范圍逐步擴展，目前各國風洞的溫度范圍一般為－40℃～55℃，濕度范圍為10％～90％，最大太陽輻射強度約1200W/m2，基本上覆蓋了全球的氣候條件。

世界各大汽車及零部件生產(chǎn)廠一般均有自己的環(huán)境模擬風洞，有的還擁有多個風洞，日本的DENSO公司就擁有6個環(huán)境模擬風洞，其中5個為高低溫風洞，1個為高溫風洞。國內(nèi)汽車環(huán)境模擬室不少并且其數(shù)量有上升的趨勢，由于風洞的投資較環(huán)模室更大，國內(nèi)目前數(shù)量還很少。表1列出了世界各大汽車及零部件生產(chǎn)廠部分環(huán)境模擬風洞的主要氣候及車速模擬參數(shù)。

4汽車試驗箱制冷空調(diào)系統(tǒng)的特點

汽車環(huán)境模擬風洞的空氣溫、濕度保證子系統(tǒng)，新風子系統(tǒng)和發(fā)動機廢氣排放子系統(tǒng)等構(gòu)成了一套復(fù)雜的制冷空調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的工作特點與常規(guī)制冷空調(diào)系統(tǒng)相差很大。

第一,它為間歇運行,而且運行的時間較短,一次試驗持續(xù)的時間通常只有3～5小時，而停機時間較長。

第二,其室內(nèi)空氣的溫度參數(shù)通常不是恒定的,而是要求按一定曲線變化。試驗過程由降溫、恒溫和升溫3 個階段組成,交替進行。因此整個試驗中（包括恒溫階段） 其傳熱過程均為非穩(wěn)態(tài)傳熱,圍護結(jié)構(gòu)的溫度場和放熱（吸熱） 量在不斷變化。

第三,試驗過程中隨著室溫的變化,制冷系統(tǒng)的工況和制冷量等性能參數(shù)也在不斷地變化。第四，為滿足試驗要求，環(huán)境模擬風洞有升溫速率和降溫速率的要求，需要在設(shè)計時間內(nèi)達到試驗段溫、濕度參數(shù)的穩(wěn)定。

第五，由于風速模擬系統(tǒng)中的大功率風機和試驗車輛的發(fā)動機的運行，系統(tǒng)負荷大大高于常規(guī)制冷空調(diào)系統(tǒng)；第六，試驗類型和車輛種類的多樣性決定了系統(tǒng)負荷變化范圍很大。

上述特點表明，汽車環(huán)境模擬風洞的制冷空調(diào)系統(tǒng)不僅負荷大，而且設(shè)備容量必須綜合考慮汽車行駛速度、圍護結(jié)構(gòu)和車輛各部分溫度場的變化、制冷系統(tǒng)狀態(tài)和性能變化以及室內(nèi)氣流組織和溫度場的變化情況下相互作用產(chǎn)生的降溫（升溫） 曲線的模擬方法來確定，而不能由一個冷（熱）負荷計算值來確定。其中風速模擬系統(tǒng)及發(fā)動機的運行情況，風洞圍護結(jié)構(gòu)和車輛蓄熱量的變化等內(nèi)部擾動成為影響設(shè)備容量的最主要因素,而室內(nèi)外溫差引起的外部擾動則成為次要因素。

由于汽車環(huán)境模擬風洞的負荷大、工況調(diào)節(jié)范圍寬，有降（升）溫速率的要求，同時具有間隙運行的特點。當模擬的低溫極值所需制冷系統(tǒng)蒸發(fā)溫度達－70℃時，從設(shè)備投資、運行維護費用和系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能等角度綜合考慮，空氣制冷有一定的優(yōu)勢，同時空氣制冷還不存在CFC的問題。事實上，國內(nèi)已經(jīng)在多項大中型綜合環(huán)境模擬試驗設(shè)備（非車輛用）中采用了該制冷方式[2]。當汽車環(huán)境模擬風洞模擬極限溫度很低時（如模擬溫度達－50℃），其它制冷方式的經(jīng)濟性探討有著一定的實際意義。

由于環(huán)境模擬風洞制冷空調(diào)系統(tǒng)的負荷非常大，國外某專業(yè)風洞設(shè)計單位已經(jīng)在系統(tǒng)熱回收上有了一定的構(gòu)思。鑒于環(huán)境模擬風洞是一個試驗設(shè)備，其運行是間隙的，未來的風洞是否會采用熱回收方案取決于投資和運行費用的綜合考慮，但展開理論上的分析無疑是有意義的。

汽車環(huán)境模擬風洞一般采用蒸汽壓縮式制冷，盡管直接制冷比間接制冷節(jié)能，但為了風洞良好的溫、濕度調(diào)節(jié)性能和對風洞總阻力損失的要求，目前大多數(shù)環(huán)境模擬風洞采用間接制冷方式；制冷系統(tǒng)一般采用雙級螺桿壓縮機組。在制冷劑使用方面，早期的風洞較多采用R22為制冷劑，為了適應(yīng)臭氧層保護及溫室效應(yīng)的控制要求，目前采用自然工質(zhì)氨為制冷劑的環(huán)境模擬風洞越來越多。

5結(jié)束語

汽車試驗箱是一個復(fù)雜的試驗設(shè)備，其建設(shè)投資很大。但隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，它必將成為國內(nèi)汽車及零部件生產(chǎn)企業(yè)進行汽車研究、開發(fā)和質(zhì)量保證不可缺少的重要設(shè)備。

隨著新能源汽車的發(fā)展，燃料電池、鋰電池的安全性也不容忽視，無錫艾科特試驗設(shè)備有限公司為鋰電池安全設(shè)計制造了一系列鋰電池試驗箱：防爆高低溫試驗箱、防爆恒溫恒濕試驗箱、針刺擠壓鋰電池試驗箱、防爆箱、鋰電池安全箱、海水浸泡箱、過沖過放試驗箱、防爆高溫箱等多種具有防爆滅火安全措施的設(shè)備，助力新能源電池的技術(shù)發(fā)展。

原文標題 : 汽車試驗箱需要模擬哪些工況

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