前车轮胎卷扬雨水对后车性能影响的模拟测试方法和装置与流程

1.本发明属于汽车测试技术领域，尤其是涉及一种前车轮胎卷扬雨水对后车性能影响的模拟测试方法和装置。


背景技术：

2.随着汽车技术的发展，各种大气环境要素(如温、湿、压、风、云、雨、雪、雾、雹、霜、冰、雷、闪、霾、尘、砂、阳光辐射、地面辐射等)对车辆使用(包括运行、停放、保养等)和车辆性能(包括安全、可靠、寿命、能耗、排放等)的影响，逐渐引起了人们的重视。为了研究车辆的环境适应性，人们建立了车辆环境实验室，包括环境风洞实验室、高低温环境舱实验室、淋雨实验室、淋雨涉水复合实验室、风雨耦合实验室、结冰结霜实验室、除霜除雾实验室、盐雾腐蚀实验室、阳光模拟实验室、砂尘环境模拟实验室、高原环境模拟实验室、自然灾害模拟实验室以及各种环境综合模拟实验室。在实验室中模拟自然界的环境条件，需要有正确的试验方法和合适的环境条件试验模拟系统，比如风试验方法、雨试验方法、雪试验方法，以及风系统、雨系统、雪系统、加热升温系统、制冷降温系统、阳光模拟系统、风沙模拟系统、路面辐射模拟系统、气压模拟控制系统等等。其中，雨雪系统及方法用于模拟自然界中的雨雪环境，测试雨雪环境中车辆的适应能力；同时，雨雪系统及方法还需要模拟出轮胎卷水、轮胎扬雪等环境，以便测试该类环境工况下对本车车辆性能、对后车车辆性能的影响。
3.两车在雨中或湿润路面上一前一后行驶，前车卷扬雨水对后车性能的影响（如前车卷扬雨水，入侵后车发动机进气系统后，影响后车动力性；撞击后车风挡玻璃后，影响后车视野；撞击后车车身后，引起后车车身污染等等），限于条件，早期，人们只能通过在实际的带水道路上前后放置两车，两车保持固定距离以一定速度行驶来开展该类实验测试；当前，有了能够提供风雨环境的风洞，具备了在实验室模拟风雨的基本环境，工程师们正在考虑在环境风洞实验室中模拟实现各种雨水飞溅、雨水卷扬的试验，包括模拟前后两车行驶在湿润路面上，前车车轮卷扬雨水对后车性能影响的试验。相对道路试验而言，在环境风洞实验室中实现雨水卷扬模拟，卷扬雨水的试验条件更稳定、试验过程更安全、试验周期更短、试验成本更低、试验效果更直观。
4.但是，现有的各种风雨环境模拟实验室的雨水模拟方法及其喷淋系统，无法模拟出辆车在运动状态下轮胎卷扬雨水的情形，需要提出轮胎卷扬雨水的模拟方法，并开发轮胎卷扬雨水的模拟系统，以便在实验室内有效地完成前车卷扬雨水对后车性能影响的模拟测试。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明旨在提出一种前车轮胎卷扬雨水对后车性能影响的模拟测试方法和装置，以至少解决背景技术中的至少一个问题。
6.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：前车轮胎卷扬雨水对后车性能影响的模拟测试方法，包括前车卷扬雨水干扰后车
前风挡视野、侧窗视野的模拟测试方法，步骤如下：a1、依照喷嘴出水口距受试车辆前风挡的距离、受试车辆待模拟车速、喷嘴喷水水平初始速度、待模拟水滴粒径，经风带雨受力计算分析，计算出驱动水滴的风速vw；a2、试验强化系数取0.01~0.1的偏低段，计算出试验所需供水量q；a3、将雨架与受试车辆固定，预调整雨架角度，使得上3~4排喷嘴喷水在风作用下刚好落在受试车辆前风挡上；a4、依照计算风速vw设置并启动风洞的风机进行供风；a5、待供风稳定后，依照计算供水量q设置并启动风洞供水系统供水；a6、开启雨架上3~4排喷嘴，模拟前车卷扬雨水喷淋到受试车辆前风挡上，观察受试车辆前风挡视野、侧窗视野情况，并用摄像机记录；a7、后车前风挡视野测试时，同步实施前风挡刮水器性能测试；a8、后车前风挡视野、侧窗视野的模拟测试时，同步实施前风挡与侧窗间a柱溢流性能测试。
7.进一步的，包括前车卷扬雨水影响后车发动机空滤吸收雨水或空调新风空滤吸收雨水测试方法，步骤如下：b1、依照喷嘴出水口距受试车辆进气格栅距离或空调新风进气口位置、待模拟车速、喷嘴喷水水平初始速度、待模拟水滴粒径，经风带雨受力计算分析，计算出驱动水滴的风速vw；b2、试验强化系数取0.1~0.5的偏高段，计算出试验所需供水量q；b3、依据试验需求，给出车辆运行工况；b4、固定雨架、固定车辆，车辆置于环境风洞底盘测功机上；b5、发动机进气空滤滤芯称重，得到初始重量；b6、发动机进气空滤滤芯两侧布置摄像机；b7、预调整雨架角度，使得下部3~4排喷嘴喷水在风作用下刚好落在受试车辆前进气格栅上或开启中部3~4排喷嘴喷水，使喷水落在空调新风进气口位置，一般情况下雨架与地面垂直；b8、依照计算风速vw设置并启动风洞风机供风；b9、待风稳定后，依照计算供水量q设置并启动风洞供水系统供水；b10、开启雨架下部3~4排喷嘴，模拟前车卷扬雨水喷淋到受试车辆前进气格栅上或开启中部3~4排喷嘴喷水，使喷水落在空调新风进气口；b11、启动发动机，依照给定的车辆运行工况启动车辆，使发动机空气滤芯合适量通风或开启空调外循环、开启空调鼓风机至最高档，使空调滤芯最大通风，开始计时，并观察记录空滤前后雨水情况；b12、运行至发动机功率明显下降或者满设定时间时，或在空调新风空滤雨水吸收试验为一定时间时，停止喷水、停风；b13、检查、称重发动机进气空滤滤芯，检查、称重空调新风空滤滤芯，得到测试后重量；b14、根据初始重量和测试后重量计算雨吸收量。
8.进一步的，包括机舱雨水入侵路径示踪测试，步骤如下：在步骤b1至b14中的供水中加指示剂。
9.进一步的，包括：水模拟系统、风模拟系统、受试车辆，水模拟系统和风模拟系统用于为受试车辆模拟卷扬雨水环境。
10.进一步的，水模拟系统包括供水装置和喷水装置、排水装置，所述供水装置用于为喷水装置供水；供水装置、喷水装置、排水装置之间有相应的水槽、滤器、水管及其控制阀等连接；喷水装置布置在风洞实验室的风口wm与受试车辆之间或布置在风口wm内部；喷水装置的喷嘴p的出水口距离受试车辆的受试面距离为l；喷水装置喷出的水在风模拟系统送出的风的共同作用下形成模拟的卷扬雨水。
11.进一步的，喷水装置包括雨架rr和雨架支撑架ra，雨架rr和雨架支撑架ra在各px点处固定，雨架rr随雨架支撑架ra在其铰链c处转动。
12.进一步的，喷嘴p选用喷射锥角不小于60
°
的、喷射形态为实心锥形的、喷射水滴粒径正态分布在0.1mm-0.5mm之间、喷射流量随压力变化的喷嘴。
13.进一步的，喷水装置的雨架rr，包括多根水管rn、水管rn之间的钢丝软管g2、g3，以及三通接头j1、j2；各根水管rn之间距离可调，每根水管rn包括水管g1带若干个喷嘴p，且每根水管两端设置开关控制阀f1、f2；雨架rr设置有快插接头j0，通过连接管g0连接实验室供水装置；还包括快插接头j3、j4，通过连接管g4，连接实验室排水装置；雨架的最上部设置有放气阀f3、最下部设置有安全泄压阀f4。
14.进一步的，喷水装置的雨架rr的所有喷嘴包络的面积d
×
c长宽分别不小于受试车辆受试面横向长度和纵向长度；两个喷嘴之间横向距离b不大于180mm，两条水管之间的间距a经由钢丝软管g2、g3在80mm至180mm之间调节；喷嘴与喷嘴之间错位排列，每个喷嘴与周边喷嘴最大距离不大于200mm。
15.进一步的，雨架支撑架ra包括h架、抗风拉杆ru、带转轴c的立柱rs；h架包括横杆gh1、gh2、gh3
…
和若干根纵杆gv焊接，用于支撑雨架rr；抗风拉杆ru设置至少有多根，每根抗风拉杆ru的一端连接风洞壁面um，另一端通过椭圆环套入h架左右两侧的纵杆gv中，中间由若干跟首尾各带内螺纹和外螺纹的加长杆组成，内螺纹和外螺纹的旋向相反；带转轴c的立柱rs设置至少有2组，每组的一端通过转轴套入横杆gh2的两侧，另一端通过底盘固定在风洞实验室地面ug上；雨架rr固定在支撑架ra上随支撑杆架ra一同转动，以调节模拟卷扬雨水的喷射角度。
16.相对于现有技术，本发明所述的前车轮胎卷扬雨水对后车性能影响的模拟测试方法具有以下有益效果：（1）本发明所述的前车轮胎卷水影响后车性能的一种模拟测试方法及系统，供水装置提供压力可控、流量可调的水源；通过喷水装置水量计算和喷嘴布置控制，实现均匀稳
定的模拟雨水卷扬，保证相应试验的条件可控，减少道路试验的不确定性；（2）本发明所述的前车轮胎卷水影响后车性能的一种模拟测试方法及系统，依照不同实验要求，计算送风风速和供水水量，保障实验效果，并能通过强化系数的调整，实现试验强化；（3）本发明所述的前车轮胎卷水影响后车性能的一种模拟测试方法及系统，能够模拟任意卷扬雨水水量，形成任意角度的雨水卷扬，供水在风的作用下，能够反映卷扬水量与车速的关系，能够模拟空气相对流动对卷扬雨水的影响效果，在汽车环境风洞中模拟实现轮胎卷水状态，从而有效地完成前车轮胎卷水影响后车性能的各种模拟试验。
附图说明
17.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1为车轮卷扬雨水示意图；图2为利用雨架模拟车轮卷扬雨水示意图；图3为模拟车轮轮胎卷扬雨水的试验测试系统示意图；图4为喷水装置的结构示意图；图5为喷水装置雨架结构图；图6为喷水装置雨架尺寸要求图；图7a为雨架在风洞中安装固定方案一（风速vw≤120km/h）示意图；图7b为雨架在风洞中安装固定方案二（风速vw≥100km/h）示意图；图8为模拟轮胎卷扬雨水的雨架在风洞中布置示意图；图9a为发动机雨吸收试验的车辆运行参考工况中强化试验工况示意图；图9b为发动机雨吸收试验的车辆运行参考工况中高速工况示意图。
具体实施方式
18.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
19.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
20.如图1至图9b所示，在附图中：图1图2中，t为前车轮胎、u为路面及水膜、rr为喷水装置。
21.图3中包括供水装置1、风洞实验室2、受试车辆3、排水装置4、实验室本体5、风系统6、喷水装置7、模拟卷扬雨水8。
22.图4中，px为雨架rr和雨架支撑架ra之间的若干连接固定点、rr为雨架、ra为雨架支撑架、c为铰链。
23.图5中，上部rn为单根水管俯视图，下部rr为雨架正视图；p喷嘴，g0、g4连接管，g1水管，g2、g3水管之间的钢丝软管；j0、j3、j4快插接头，j1、j2三通接头；f1、f2开关控制阀，f3放气阀，f4安全泄压阀。
24.图6中，d
×
c为所有喷嘴包络的面积的长宽；a两条水管之间的间距，b两个喷嘴之间横向距离。
25.图7a中，wm为风洞，um为风洞风口壁面，ug为风洞实验室地面，w为吹风方向；rr雨架，ra雨架支撑架，ru抗风拉杆、c铰链转轴、rs立柱；gh1、gh2、gh3为h架的横杆，gv为h架的纵杆。
26.图7b中，wm为风洞，ug为风洞实验室地面；ra雨架支撑架，rb固定块、ul和ur为直接固定在风洞墙壁上的左右立柱；gh1、gh2、gh3为h架的横杆，gv为h架的纵杆。
27.图8中，um为风洞风口壁面，ug为风洞实验室地面，w为吹风方向,r为模拟的卷扬雨水及其方向，rr为喷水雨架，vs为受试车辆、dr为底盘测功机转毂。
28.在实验室内模拟前车轮胎卷扬雨水，要尽可能逼近道路真实情况，模拟出前车对后车卷扬雨水的效果，除了需要有风洞实验室的送风环境、供水装置、排水装置；还需要有相应的特定的喷水装置、控制系统、卷扬雨水量的计算方法和控制方法、雨水卷扬的喷射方向、风量及风雨合成的卷扬效果的控制方法；在实验室内测试卷扬雨水对后车性能影响，需要设计其相应的测试方法。鉴于此，本发明旨在提出一种模拟前后两车行驶在带水路面上，前车轮胎卷扬雨水对后车性能影响的风洞实验室模拟测试方法及系统，以解决行驶中的车辆轮胎卷扬雨水的模拟以及对后车性能影响的风洞试验问题，主要提出模拟卷扬雨水的喷水装置（雨水架及其控制）、卷扬水量的计算方法及其控制、雨水卷扬方向及风雨合成的卷扬效果的控制方法，并提出卷扬雨水侵入后车机舱模拟测试、污染后车前风挡干扰前风挡视野的模拟测试、发动机吸收雨影响动力性、模拟卷扬雨水下后车刮水器性能测试等方法。
29.轮胎在湿润道路上卷扬雨水的情形如附图1所示，车轮转动方向的前方如有水膜、水洼，车轮转动会将水带起，这一过程会对该车辆自身以及其后方的车辆造成影响，尤其是前车是大型车，后车是小型车时，这种影响尤为有害。
30.为了在实验室稳定地模拟测试卷扬雨水对后方车辆（受试车辆）的影响，如附图2所示，直接在风洞实验室内加装喷水装置rr：喷水装置rr采用不同的喷嘴孔径和供水压力，来控制喷水颗粒粒径和模拟卷扬雨水的喷水量；喷水装置rr采用不同的喷嘴布置，来控制模拟卷扬雨水的均匀性；喷水装置rr通过调节喷水角度来控制卷扬雨水的形态。此时，不再需要前车、前车轮胎t、路面u及水膜，直接由喷水装置rr模拟卷扬雨水对受试车辆(后车)喷水，完成前车轮胎卷扬雨水的影响试验。
31.为达到上述目的，本发明通过如下技术方案予以实现：如附图3所示，模拟车轮轮胎卷扬雨水的试验测试系统由供水装置1、风洞实验室2、受试车辆3、排水装置4组成；风洞实验室2至少包含实验室本体5、风系统6、喷水装置7；供水装置1、喷水装置7、排水装置4之间有相应的水槽、滤器、水管及其控制阀等连接；喷水装置7，布置在风洞实验室2的风口wm与受试车辆3之间、亦可布置在风口wm内部；喷水装置7的喷嘴p的出水口距离受试车辆3的受试面距离为l（这一距离关联设置风速）；喷水装置7喷出的水在风系统6送出的风的作用下形成模拟的卷扬雨水8。
32.如附图4所示，喷水装置7，由雨架rr和雨架支撑架ra组成；雨架rr和雨架支撑架ra在各px点处固定，雨架rr随雨架支撑架ra在其铰链c处转动；喷嘴p选用喷射锥角不小于60
°
的、喷射形态为实心锥形的、喷射水滴粒径正态分布在0.1mm-0.5mm之间、喷射流量随压力变化的喷嘴。
33.如附图5所示，喷水装置7的雨架rr，由3到7根水管rn和水管之间的钢丝软管g2、g3，以及他们之间的三通接头j1、j2组成；各根水管rn之间距离可调；每根水管rn由水管g1
带若干个喷嘴p，且每根水管两端设置开关控制阀f1、f2；雨架rr设置有快插接头j0，通过连接管g0，连接实验室供水装置1；设置有快插接头j3、j4，通过连接管g4，连接实验室排水装置4；雨架的最上部设置有放气阀f3、最下部设置有安全泄压阀f4。
34.如附图6所示，喷水装置7的雨架rr，尺寸结构上，其所有喷嘴包络的面积d
×
c长宽分别不小于受试车辆受试面横向长度和纵向长度；两个喷嘴之间横向距离b不大于180mm，两条水管之间的间距a经由钢丝软管g2、g3在80mm至180mm之间调节；喷嘴与喷嘴之间错位排列，每个喷嘴与周边6个喷嘴最大距离不大于200mm。
35.如附图7a和图7b所示，喷水装置7的雨架rr，其支撑架ra由h架、抗风拉杆ru、带转轴c的立柱rs组成；h架由三根横杆gh1、gh2、gh3和若干根纵杆gv焊接而成，用于支撑雨架rr；抗风拉杆ru设置至少有4根，每根的一端连接风洞壁面um，另一端通过椭圆环套入h架左右两侧的纵杆gv中，中间由若干跟首尾各带内螺纹和外螺纹的加长杆组成，内螺纹和外螺纹的旋向相反；带转轴c的立柱rs设置至少有2组，每组的一端通过转轴套入横杆gh2的两侧，另一端通过底盘固定在风洞实验室地面ug上；雨架rr固定在支撑架ra上随支撑杆架ra一同转动，以调节模拟卷扬雨水的喷射角度。风系统6、喷水装置7、受试车辆在实验室中如附图8布置。
36.模拟轮胎卷扬雨水时，设置风速vw（m/s）：vw=（1-1）vv为受试车辆试验待模拟车速，如120km/h车速则vv=33.33m/s；v1为喷嘴p喷水水平初始速度，可用激光粒度仪测试水滴速度分布，v1一般为5m/s；l为喷水装置7的喷嘴p的出水口距离受试车辆3的受试面距离（当l取喷水自然下落点至受试车辆3的受试面距离时，v1取0m/s）；其中l的测量方法如下：可以利用激光尺，把激光尺架在带喷嘴的雨架上，相当于喷嘴雨架没有倾斜时的多个喷嘴所在的垂直平面到车辆受试面的距离，可能是打到前格栅面，也可能是打到前风挡面，依据不同的试验，受试面不一样。
37.k为水滴驱动系数，k=acdρ/m，a为水滴横向截面积，cd为属地横向风阻系数，m为水滴质量，ρ为空气密度。
38.对于粒径直径0.1mm的水滴，k为9.2；对于粒径直径0.3mm的水滴，k为3.1；对于粒径直径0.5mm的水滴，k为1.8。
39.模拟轮胎卷扬雨水时，设置喷水量q（l/min）：q=（1-2）vv为受试车辆试验待模拟车速，如120km/h车速则vv=33.33m/s；为试验强化系数，表征被卷扬水量与地面水膜水量关系，取0.01~0.5。
40.通过模拟前车卷扬雨水，在实验室内的模拟环境下分别完成以下模拟测试，相应的雨架调整、水量设定、风速设置、测试步骤等测试方法如下：1、前车卷扬雨水干扰后车前风挡视野的模拟测试
1)依照喷嘴出水口距受试车辆前风挡的距离、受试车辆待模拟车速、喷嘴喷水水平初始速度、待模拟水滴粒径，经风带雨受力计算分析，参考计算式（1-1），计算出驱动水滴的风速vw；2)试验强化系数取0.01~0.1的偏低段，参考计算式（1-2），计算出试验所需供水量q；3)固定雨架、固定车辆；4)调整雨架角度，使得上3~4排喷嘴喷水在风作用下刚好落在受试车辆前风挡上；5)依照计算风速vw设置启动风洞风机供风；6)待风稳定后，依照计算供水量q设置启动风洞供水系统供水；7)开启雨架上3~4排喷嘴，模拟前车卷扬雨水喷淋到受试车辆前风挡上，观察受试车辆前风挡视野情况，并用摄像机记录；8)同步实施前风挡刮水器性能测试。
41.2、前车卷扬雨水后车发动机吸收雨水测试1)依照喷嘴出水口距受试车辆进气格栅距离、待模拟车速、喷嘴喷水水平初始速度、待模拟水滴粒径，经风带雨受力计算分析，参考计算式（1-1），计算出驱动水滴的风速vw；2)试验强化系数取0.1~0.5的偏高段，参考计算式（1-2），计算出试验所需供水量q；3)依据试验需求，给出车辆运行工况，可参考图9a、图9b；4)固定雨架、固定车辆，车辆置于环境风洞底盘测功机上；5)发动机进气空滤滤芯称重；6)发动机进气空滤滤芯两侧布置摄像机；7)调整雨架角度，使得下部3~4排喷嘴喷水在风作用下刚好落在受试车辆前进气格栅上，一般情况下雨架与地面垂直；8)依照计算风速vw设置启动风洞风机供风；9)待风稳定后，依照计算供水量q设置启动风洞供水系统供水；10)开启雨架下部3~4排喷嘴，模拟前车卷扬雨水喷淋到受试车辆前进气格栅上；11)启动发动机，依照给定的车辆运行工况启动车辆，开始计时，并观察记录空滤前后雨水情况；12)运行至发动机功率明显下降或者满30min时，停止喷水、停风，检查、称重发动机进气空滤滤芯；13)计算雨吸收量；14)供水中加荧光剂，可同步实施机舱雨水入侵路径示踪测试；15)同样的方法可进行空调新风空滤雨吸收测试。
42.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专
业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
43.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。上述单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
44.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
45.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。