一种汽车刮水器动态升力的测试方法及其测试装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及了一种汽车刮水器动态升力的测试方法及其测试装置，包括模拟车头的引擎盖模型，模拟风窗玻璃并用于安装刮水器总成的前风窗模型，支撑刮水器的长条形薄板以及用于同步刮水器与薄板的同步装置，压力测试系统，以及一台存储与处理数据的计算机。通过在风洞实验室中模拟与刮水器实际工作环境相似的流场环境，运用该测试方法及其测试装置，可以分别测得刮水器在有风和无风条件下的动态下压力，通过计算公式即可计算出刮水器受风影响产生的动态升力。
【专利说明】
一种汽车刮水器动态升力的测试方法及其测试装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种汽车刮水器动态升力测试方法及其测试装置，实现了刮水器在工作过程中的气动升力的测试。本发明属于汽车刮水器空气动力学正向设计【技术领域】。
【背景技术】
[0002]汽车在雨天行驶时，刮水器受到气流的作用，会产生一个气动升力，在低速时，气动升力较小，不影响刮水器的正常工作；在高速时，气动升力增大，刮水器会出现发飘的情况，使自身的刮刷效能降低，导致雨水刮刷不干净，影响驾驶员在前风窗玻璃的视野，从而影响行车安全性。
[0003]在车速逐渐提高的情况下，刮水器的高速气动稳定性却没有得到相应的提高。目前，针对刮水器气动升力的研究，仅仅采用了数值仿真方法，但是数值仿真方法得到的结果无法判断其正确性，缺乏说服力。而相应的试验研究可以与数值仿真相辅相成，使研究结果更加真实。由于至今没有相应的试验研究，导致刮水器的空气动力学正向设计缺乏可靠的指导依据，所以就很少从空气动力学的角度考虑刮水器的气动特性。因此，本发明对刮水器空气动力学正向设计具有重要的意义。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是通过试验的办法测试刮水器运动时的升力，填补目前刮水器空气动力学正向设计试验方法的空白。所要解决的技术问题是如何模拟实车刮水器的工作环境以及如何测试刮水器运动时的下压力。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]该测试装置包括:
[0007]一个模拟汽车引擎盖的模型(后文简称引擎盖模型)、
[0008]一个模拟汽车前风窗的模型(后文简称前风窗模型)、
[0009]一个支撑刮水器的薄板、
[0010]一个刮水器与薄板的同步装置、
[0011]一套压力测试系统、
[0012]一台采集与处理数据的计算机。
[0013]测试刮水器动态升力的方法包括以下步骤:
[0014]步骤一:将刮水器、薄板、同步装置安装在前风窗模型上；
[0015]步骤二:将压力测试系统中的压力传感器固定在刮水器与薄板之间；
[0016]步骤三:将引擎盖模型与前风窗模型在风洞实验室中拼接并固定好；
[0017]步骤四:在风洞中加一定风速的风，使刮水器开始工作，测试刮水器在有风的条件下的下压力，并记录数据；
[0018]步骤五:将风洞中的风速降为Om/s，刮水器维持工作，测试刮水器在无风的条件下的下压力，并记录数据；
[0019]步骤六:通过步骤四与步骤五中测得的数据，根据以下计算公式可计算出刮水器受风影响产生的动态升力。
[0020]Fl = FP-FP，
[0021]式中为刮水器的升力，单位为牛；FP为刮水器在无风条件下的总下压力；FP’为刮水器在有风条件下的总下压力。
[0022]本发明的有益效果为:
[0023]1、该发明可用于汽车刮水器升力的试验研究，目前没有相关试验。
[0024]2、该发明可实现汽车刮水器工作时动态升力的测试，目前没有相关测试方法。
[0025]3、刮水器升力值数量级较小，该发明的试验环境为风洞实验室，排除了大部分外部干扰因素。
[0026]4、该发明操作方便，试验效率高，并对不同型号刮水器均可使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为汽车刮水器动态升力测试装置结构图；
[0028]图2为薄板与同步装置连接图；
[0029]图3为刮水器与同步装置连接图；
[0030]图4为压力传感器布置在薄板上的示意图；
[0031]图5为刮水器、压力传感器、垫块以及薄板组合图。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0033]本发明的测试装置与刮水器安装结构图参见图1:引擎盖模型1、前风窗模型4、薄板3、同步装置8、压力测试系统5、计算机6、刮水器2、刮水器电机7。
[0034]将薄板3与同步装置8通过螺钉9连接，如图2，将刮水器2的转轴套入薄板3的孔内，然后装在刮水器电机7上。压下刮水器2，使其位于薄板3的中间位置。再将同步装置8上的螺钉12拧紧，压紧压块11，以致压紧刮水器2，使刮水器2与薄板3固定连接，两者运动完全同步，如图3。薄板3要求外轮廓与刮水器2轮廓相似，这样有利于减小薄板3对刮水器2周围流场的影响。薄板3具有一定的宽度，以便布置压力传感器13，边缘倒30?45度的斜角，作用是避免气流在薄板3的边缘处发生分离而形成湍流，进而影响刮水器周围的流场品质。
[0035]将3到5个压力传感器13固定在薄板3上，确保压力传感器13的感压区域位于刮水器2正下方，如图4。在压力传感器13的感压区域贴上一定厚度的垫块14，作用是使刮水器2与薄板3之间原来的线接触改变成若干个点接触，且未接触的区域与薄板留有很小的间隙，如图5。压力传感器13的输出线布置在刮水器2的后方，沿着薄板3轮廓捋顺贴好，从转轴处的圆孔导出，这样有利于减小输出线对流场的影响。
[0036]将引擎盖模型1和前风窗模型4放置在风洞试验段中的合适位置，确保两个模型的纵向对称面与风洞试验段的中心面平行。在模型内部添加重物以增加其稳定性，防止试验时因模型不稳发生安全事故。引擎盖模型1前部为圆弧形，起导流作用，引擎盖模型1后部和前风窗模型4上表面的角度参考轿车这两个位置的弦线角度；模型的宽度比刮水器2的长度长大约30cm，确保刮水器2的周围流场接近真实情况。
[0037]在前风窗模型4上表面涂上润滑剂，确保刮水器2在工作时，薄板3与前风窗模型4之间的摩擦力尽量小，以减小因摩擦而产生的振动。
[0038]利用该测量装置的测量方法包括以下步骤:接通刮水器2电源，使其正常工作，这时刮水器2、薄板3与压力传感器13同步摆动；将风洞中加入一定风速的风，比如40km/h、80km/h、120km/h,以模拟低速、中速、高速的情形。运行稳定后，每个速度采集5至10个运动周期的动态压力。维持刮水器2工作，将风速降为0，再次采集同样数量运动周期的动态压力。针对某一压力传感器13，将上述某一速度下各个周期数据进行周期间的平均化处理，得到该速度一个周期内的该压力传感器13动态压力值，将处理后的数据通过以下计算方法即可得到刮水器2各速度的动态升力值。
[0039]动态升力计算方法如下:设在无风的情况下测得各压力传感器13的动态压力分别为f1;f2，f3，…，在有风的情况下测得的动态压力分别为&’，&’，&’，…。因为各压力传感器13受力方向都与前风窗模型4上表面垂直，所以总压力等于各压力传感器13的压力之和，刮水器2的升力即为无风时刮水器的总下压力FP相对于有风时的总下压力FP’的改变量，升力设为Fl，则
[0040]FP = (F1+F2+F3+...)
[0041]FP’ = (F/+F2’+F3’+...)
[0042]Fl = FP-FP’。
【权利要求】
1.一种汽车刮水器动态升力的测试方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: 步骤一:将刮水器2、薄板3、同步装置8安装在前风窗模型4上； 步骤二:将压力测试系统5中的若干压力传感器13固定在刮水器2与薄板3之间； 步骤三:将引擎盖模型I与前风窗模型4在风洞实验室中拼接并固定好； 步骤四:在风洞中加一定风速的风，使刮水器2开始工作，测试刮水器2在有风的条件下的动态下压力，并记录数据； 步骤五:将风洞中的风速降到Om/s，刮水器2维持工作，测试刮水器2在无风的条件下的动态下压力，并记录数据； 步骤六:通过步骤四与步骤五中测得的数据，根据以下计算公式可计算出刮水器受风影响产生的动态升力。
Fl = Fp-Fi p 式中=Fl为刮水器的升力，单位为牛；FP为刮水器在无风条件下的动态总下压力；F' p为刮水器在有风条件下的动态总下压力。
2.一种汽车刮水器动态升力的测试装置，其特征在于，该测试装置包括: 一个模拟汽车引擎盖的模型(后文简称引擎盖模型)、 一个模拟汽车前风窗的模型(后文简称前风窗模型)、 一个支撑刮水器的薄板、 一个刮水器与薄板的同步装置、 一套压力测试系统、 一台采集与处理数据的计算机；
3.根据权利要求2所述的汽车刮水器动态升力的测试装置，其特征在于:引擎盖模型I为空心结构，前部为圆弧形、后部为平面并具有一定的角度。
4.根据权利要求2所述的汽车刮水器动态升力的测试装置，其特征在于:前风窗模型4为空心结构，上表面为平面并具有一定角度；上表面左前方有一个圆孔，刮水器2的转轴通过圆孔可安装在刮水器电机7的输出轴上。
5.根据权利要求2所述的汽车刮水器动态升力的测试装置，其特征在于:薄板3外轮廓根据刮水器2外轮廓确定，有一定宽度；边缘倒斜角，用于导流，转轴一端有圆孔，可套在刮水器2转轴上；薄板3通过螺钉9与同步装置8连接。
6.根据权利要求2所述的一种汽车刮水器动态升力的测试装置，其特征在于:同步装置8整体成U型，包括U型体10、两个压块11和4个螺钉12 ；U型体10两侧各有两个螺纹孔，用于装螺钉12，螺钉12可压紧压块11，进而压紧刮水器2。
7.根据权利要求2所述的一种汽车刮水器动态升力的测试装置，其特征在于:薄板3、刮水器2、同步装置8与压力传感器13实现同步运动的动力传递方式为刮水器电机7—刮水器2—同步装置8—薄板3—压力传感器13。
【文档编号】G01M9/06GK104406765SQ201410669724
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月21日 优先权日:2014年11月21日
【发明者】谷正气, 谭鹏, 丰成杰, 陈阵, 张沙, 罗泽敏 申请人:湖南大学