CN105444978B - 一种汽车前端空气进气量测试方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种汽车前端空气进气量测试方法，包括：启动对汽车前端的待测试设备进行进气量测试的测试风洞；获取包括至少一个叶轮的框架中每个所述叶轮的频率作为叶轮实际频率，将所有的叶轮实际频率进行组合得到叶轮实际频率组合，所述框架紧贴所述待测试设备；获取叶轮频率组合与风洞实际风速的换算关系；根据所述换算关系，将叶轮实际频率组合转换为风洞实际风速，以所述风洞实际风速作为所述待测试设备的空气进气量。本发明实现了对汽车前端空气进气量的实际测试，为汽车前端设计提供真实有效的数据。

Description

一种汽车前端空气进气量测试方法及系统

技术领域

本发明涉及汽车测试相关技术领域，特别是一种汽车前端空气进气量测试方法及系统。

背景技术

汽车前端进气量是衡量汽车散热能力、空调性能和提高发动机效能的最重要的指标之一，也关系到整车气动阻力。为了确保汽车的冷却性能，在汽车设计开发过程必须对整车(包括1∶3模型车、1∶1模型车或样车)的前端进气量及其分布进行精确测量和优化分析，使整车的前端进气量既能满足发动机、空调等散热要求，又不至于由于进气量的过设计而导致整车气动阻力、重量、成本等的增加。更是有效的避免了造车后出现发动机温度过热、水箱开锅、空调性能不足、或者水箱过冷等事故的发生，从而提高整车性能和开发效率。为汽车前端进气系统设计、汽车的隔音、隔热设计，以及汽车外形设计等，提供了科学的设计数据。

目前国内外在这方面的研究和类似产品很少，多数的文献资料都集中在汽车发动机空气进气量的研究方面。例如：昝昕武等“在汽车空气流量传感技术现状与发展趋势”一文中提出了以空气流量传感器测量获得的进气量为依据确定喷油量与点火时间的电喷系统；阳红等在“发动机瞬时进气量测量系统的研究”一文中介绍了一种发动机瞬时进气量的测量系统；李冰等在“基于热线流量传感器的汽车发动机进气量测试方法”一文中提出了一种测量汽车发动机进气量的方法，等等。而IWASAKI TETSUYA等则在欧洲专利公开了一种发动机气缸进气量测量(Measurement of engine cylinder induction air quantity)的发明专。岩崎铁也等公开了“发动机气缸进气量的测量”的发明专利，该发明涉及发动机气缸进气量的测量。然而相关资料均针对的是汽车发动机的进气量，而并未针对汽车前端的进气量。

现有的汽车前端的进气量主要是采用计算流体力学软件进行计算机辅助工程(Computer Aided Engineering，CAE)仿真获得进气量数据，误差较大。由于缺乏试验手段支持，为了确保发动机等散热性能和空调的制冷性能，往往保留较大的余量，导致过度设计，从而影响其它性能。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术对汽车前端的进气量缺乏准确的测量方法的技术问题，提供一种汽车前端空气进气量测试方法及系统。

一种汽车前端空气进气量测试方法，包括：

启动对汽车前端的待测试设备进行进气量测试的测试风洞；

获取包括至少一个叶轮的框架中每个所述叶轮的频率作为叶轮实际频率，将所有的叶轮实际频率进行组合得到叶轮实际频率组合，所述框架紧贴所述待测试设备；

获取叶轮频率组合与风洞实际风速的换算关系；

根据所述换算关系，将叶轮实际频率组合转换为风洞实际风速，以所述风洞实际风速作为所述待测试设备的空气进气量。

一种汽车前端空气进气量测试系统，包括：

风洞模块，用于启动对汽车前端的待测试设备进行进气量测试的测试风洞；

频率组合获取模块，用于获取包括至少一个叶轮的框架中每个所述叶轮的频率作为叶轮实际频率，将所有的叶轮实际频率进行组合得到叶轮实际频率组合，所述框架紧贴所述待测试设备；

换算关系获取模块，用于获取叶轮频率组合与风洞实际风速的换算关系；

进气量换算模块，用于根据所述换算关系，将叶轮实际频率组合转换为风洞实际风速，以所述风洞实际风速作为所述待测试设备的空气进气量。

本发明通过获取紧贴待测试设备的框架中的叶轮的频率，利用叶轮频率组合与风洞实际风速的换算关系，将叶轮实际频率组合转换为风洞实际风速，从而得到汽车前端空气进气量。实现了对汽车前端空气进气量的实际测试，为汽车前端设计提供真实有效的数据。本发明所采用的测试工具简单，具有适用性广、拆装方便、可靠性高、测量精度高等优点。

附图说明

图1为本发明一种汽车前端空气进气量测试方法的工作流程图；

图2为本发明所使用框架一个例子的示意图；

图3为本发明一种汽车前端空气进气量测试系统的结构模块图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示为本发明一种汽车前端空气进气量测试方法的工作流程图，包括：

步骤S101，启动对汽车前端的待测试设备进行进气量测试的测试风洞；

步骤S102，获取包括至少一个叶轮的框架中每个所述叶轮的频率作为叶轮实际频率，将所有的叶轮实际频率进行组合得到叶轮实际频率组合，所述框架紧贴所述待测试设备；

步骤S103，获取叶轮频率组合与风洞实际风速的换算关系；

步骤S104，根据所述换算关系，将叶轮实际频率组合转换为风洞实际风速，以所述风洞实际风速作为所述待测试设备的空气进气量。

其中，步骤S102中的框架，可以采用如图2所示的框架21实现，框架3包括了多个叶轮1，可按照不同汽车前端(冷凝器、散热器、CAC等)的结构形状定制，作为一种例子，框架3可以包括15个或者18个叶轮1。每个叶轮1的频率，可以通过在每个叶轮1上安装的光电传感器2采集到叶轮的频率信号，频率信号经过整形放大电路进行放大、整形处理后被频率采集器4接收，并以RS485通信方式，通过RS485通信电路5，经RS485转RS232模块6转换后将频率信号传送到计算机7中进行运算。

由于框架紧贴待测试设备，因此根据框架中的叶轮所计算出的风洞实际风速，就可以作为待测试设备的空气进气量。其中，待测试设备优选地，可以为水箱，进一步的，是水箱的冷凝器、散热器、中冷器(CAC)等设备。

在其中一个实施例中，所述叶轮频率组合与风洞实际风速的换算关系通过如下方式获得：

将每个所述叶轮单独地在单叶轮风洞里进行标定，获取每个叶轮的频率对应叶轮风速关系；

将至少一个所述叶轮组合成所述框架后在校准风洞中进行校准，得到由所有叶轮风速组合得到的叶轮总风速与风洞实际风速的差异，从而得到叶轮频率组合与风洞实际风速的换算关系。

在其中一个实施例中，所述将每个所述叶轮单独地在单叶轮风洞里进行标定，获取每个叶轮的频率对应叶轮风速关系，具体包括：

将每个所述叶轮单独地在单叶轮风洞里进行标定测试，得到叶轮的频率对应单叶轮风洞平均风速关系；

对于每个所述标定测试，分别对带叶轮的单叶轮风洞和不带叶轮的单叶轮风洞进行计算流体动力学仿真分析，获得安装叶轮位置的风速与单叶轮风洞平均风速的修正关系，从而得到叶轮的频率对应叶轮风速关系。

其中，校准风洞优选为标准AMCA风洞。

在其中一个实施例中：

所述叶轮的频率对应单叶轮风洞平均风速关系为i＝1，2，...，n，式中，为带第i个叶轮的单叶轮风洞平均风速，a_i为第i个叶轮的频率对应单叶轮风洞平均风速关系根据最小二乘法得到的第一系数，b_i为第i个叶轮的频率对应单叶轮风洞平均风速关系根据最小二乘法得到的第二系数，f_i为第i个叶轮的频率，n为所述框架所包括的叶轮数量；

所述叶轮的频率对应叶轮风速关系为：v_i＝k(a_if_i+b_i)，i＝1，2，...，n，其中，所述v_i为第i个叶轮风速，k为反映安装叶轮位置的风速与单叶轮风洞平均风速的修正关系的单修正系数；

所述叶轮频率组合与风洞实际风速的换算关系为：其中，K为反映叶轮总风速与风洞实际风速的差异的总修正系数，A为所述框架的面积，且其中Q_S为在校准风洞进行校准时的基准流量。

在其中一个实施例中，所述叶轮均匀设置在所述框架。

作为一个例子，采用如图2所示的框架，具体步骤如下：

测试方法：

1)叶轮标定

a)首先，分别对单个叶轮在小风洞(单叶轮风洞)里进行标定，得到叶轮频率与小风洞平均风速的关系，即：

式中：

-为第i个叶轮的小风洞平均风速；

a_i为第i个叶轮的频率对应小风洞平均风速关系根据最小二乘法得到的第一系数；

b_i为第i个叶轮的频率对应小风洞平均风速关系根据最小二乘法得到的第二系数；

f_i为第i个叶轮的频率；

n为所述框架所包括的叶轮数量。

b)分别对带单个叶轮的小风洞和不带叶轮的空风洞进行计算流体动力学(CFD)仿真分析，获得安装叶轮位置的风速与小风洞平均风速的修正关系。从而得到通过叶轮风速与频率关系：

v_i＝k(a_if_i+b_i)，i＝1，2，...，n (2)

c)将n个叶轮组合成框架式后，再在标准AMCA风洞中进行第二次校准，得到多叶轮测得的风速数据与实际风速的差异，取得修正系数K，即：

式中，QS-为风洞的基准流量(m3/h)，

A-为框架的面积(m2)。

d)在各种实验工况下，采集器测得n个叶轮的频率f_i，根据校准结果，采用以下公式计算出汽车在该工况下的前端进气量：

2)设备安装

将15(或18)个均匀分布的光电传感器2(测速叶轮传感器)安装在定制的框架3上，然后将该框架3紧贴在被测的部件(冷凝器、散热器、CAC)上固定住。将光电传感器2通过通信线路外接到频率采集器4上。然后将框架放在整车(真车或模型车)里面，再将该车固定在风洞里进行测量。风洞是为该试验提供不同风速的设备。通电检测设备及线路工作状态。

3)测试过程

风洞启动，根据试验需求将风洞风速调整到一定的速度。等风速稳定后，采集系统开始工作，通过每个叶轮上安装的光电传感器2采集到叶轮的频率信号；频率信号经过放大、整形处理后被频率采集器4接收，并以RS485通信方式，将频率信号传送到计算机7中。计算机7通过测试软件，将测得的15(或18)光电传感器2的频率换算成空气进气量。

如图3所示为本发明一种汽车前端空气进气量测试系统的结构模块图，包括：

风洞模块301，用于启动对汽车前端的待测试设备进行进气量测试的测试风洞；

频率组合获取模块302，用于获取包括至少一个叶轮的框架中每个所述叶轮的频率作为叶轮实际频率，将所有的叶轮实际频率进行组合得到叶轮实际频率组合，所述框架紧贴所述待测试设备；

换算关系获取模块303，用于获取叶轮频率组合与风洞实际风速的换算关系；

进气量换算模块304，用于根据所述换算关系，将叶轮实际频率组合转换为风洞实际风速，以所述风洞实际风速作为所述待测试设备的空气进气量。

在其中一个实施例中，所述叶轮频率组合与风洞实际风速的换算关系通过如下方式获得：

将每个所述叶轮单独地在单叶轮风洞里进行标定，获取每个叶轮的频率对应叶轮风速关系；

将至少一个所述叶轮组合成所述框架后在校准风洞中进行校准，得到由所有叶轮风速组合得到的叶轮总风速与风洞实际风速的差异，从而得到叶轮频率组合与风洞实际风速的换算关系。

在其中一个实施例中，所述将每个所述叶轮单独地在单叶轮风洞里进行标定，获取每个叶轮的频率对应叶轮风速关系，具体包括：

将每个所述叶轮单独地在单叶轮风洞里进行标定测试，得到叶轮的频率对应单叶轮风洞平均风速关系；

对于每个所述标定测试，分别对带叶轮的单叶轮风洞和不带叶轮的单叶轮风洞进行计算流体动力学仿真分析，获得安装叶轮位置的风速与单叶轮风洞平均风速的修正关系，从而得到叶轮的频率对应叶轮风速关系。

在其中一个实施例中：

所述叶轮的频率对应单叶轮风洞平均风速关系为i＝1，2，...，n，式中，为带第i个叶轮的单叶轮风洞平均风速，a_i为第i个叶轮的频率对应单叶轮风洞平均风速关系根据最小二乘法得到的第一系数，b_i为第i个叶轮的频率对应单叶轮风洞平均风速关系根据最小二乘法得到的第二系数，f_i为第i个叶轮的频率，n为所述框架所包括的叶轮数量；

所述叶轮的频率对应叶轮风速关系为：v_i＝k(a_if_i+b_i)，i＝1，2，...，n，其中，所述v_i为第i个叶轮风速，k为安装叶轮位置的风速与单叶轮风洞平均风速的修正关系的单修正系数；

所述叶轮频率组合与风洞实际风速的换算关系为：其中，K为反映叶轮总风速与风洞实际风速的差异的总修正系数，A为所述框架的面积，且其中Q_S为在校准风洞进行校准时的基准流量。

在其中一个实施例中，所述叶轮均匀设置在所述框架。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种汽车前端空气进气量测试方法，其特征在于，包括：

启动对汽车前端的待测试设备进行进气量测试的测试风洞；

获取包括至少一个叶轮的框架中每个所述叶轮的频率作为叶轮实际频率，将所有的叶轮实际频率进行组合得到叶轮实际频率组合，所述框架紧贴所述待测试设备；

获取叶轮频率组合与风洞实际风速的换算关系；

根据所述换算关系，将叶轮实际频率组合转换为风洞实际风速，以所述风洞实际风速作为所述待测试设备的空气进气量；

所述叶轮频率组合与风洞实际风速的换算关系通过如下方式获得：

将每个所述叶轮单独地在单叶轮风洞里进行标定，获取每个叶轮的频率对应叶轮风速关系；

将至少一个所述叶轮组合成所述框架后在校准风洞中进行校准，得到由所有叶轮风速组合得到的叶轮总风速与风洞实际风速的差异，从而得到叶轮频率组合与风洞实际风速的换算关系；

所述将每个所述叶轮单独地在单叶轮风洞里进行标定，获取每个叶轮的频率对应叶轮风速关系，具体包括：

将每个所述叶轮单独地在单叶轮风洞里进行标定测试，得到叶轮的频率对应单叶轮风洞平均风速关系；

对于每个所述标定测试，分别对带叶轮的单叶轮风洞和不带叶轮的单叶轮风洞进行计算流体动力学仿真分析，获得安装叶轮位置的风速与单叶轮风洞平均风速的修正关系，从而得到叶轮的频率对应叶轮风速关系。

2.根据权利要求1所述的汽车前端空气进气量测试方法，其特征在于：

所述叶轮的频率对应单叶轮风洞平均风速关系为 式中，为带第i个叶轮的单叶轮风洞平均风速，a_i为第i个叶轮的频率对应单叶轮风洞平均风速关系根据最小二乘法得到的第一系数，b_i为第i个叶轮的频率对应单叶轮风洞平均风速关系根据最小二乘法得到的第二系数，f_i为第i个叶轮的频率，n为所述框架所包括的叶轮数量；

所述叶轮的频率对应叶轮风速关系为：v_i＝k(a_if_i+b_i),i＝1,2,…,n，其中，所述v_i为第i个叶轮风速，k为反映安装叶轮位置的风速与单叶轮风洞平均风速的修正关系的单修正系数；

所述叶轮频率组合与风洞实际风速的换算关系为：其中，Q为风洞实际风速，K为反映叶轮总风速与风洞实际风速的差异的总修正系数，A为所述框架的面积，且其中Q_S为在校准风洞进行校准时的基准流量。

3.根据权利要求1所述的汽车前端空气进气量测试方法，其特征在于，所述叶轮均匀设置在所述框架。

4.一种汽车前端空气进气量测试系统，其特征在于，包括：

风洞模块，用于启动对汽车前端的待测试设备进行进气量测试的测试风洞；

频率组合获取模块，用于获取包括至少一个叶轮的框架中每个所述叶轮的频率作为叶轮实际频率，将所有的叶轮实际频率进行组合得到叶轮实际频率组合，所述框架紧贴所述待测试设备；

换算关系获取模块，用于获取叶轮频率组合与风洞实际风速的换算关系；

进气量换算模块，用于根据所述换算关系，将叶轮实际频率组合转换为风洞实际风速，以所述风洞实际风速作为所述待测试设备的空气进气量；

所述叶轮频率组合与风洞实际风速的换算关系通过如下方式获得：

将每个所述叶轮单独地在单叶轮风洞里进行标定，获取每个叶轮的频率对应叶轮风速关系；

将至少一个所述叶轮组合成所述框架后在校准风洞中进行校准，得到由所有叶轮风速组合得到的叶轮总风速与风洞实际风速的差异，从而得到叶轮频率组合与风洞实际风速的换算关系；

所述将每个所述叶轮单独地在单叶轮风洞里进行标定，获取每个叶轮的频率对应叶轮风速关系，具体包括：

将每个所述叶轮单独地在单叶轮风洞里进行标定测试，得到叶轮的频率对应单叶轮风洞平均风速关系；

对于每个所述标定测试，分别对带叶轮的单叶轮风洞和不带叶轮的单叶轮风洞进行计算流体动力学仿真分析，获得安装叶轮位置的风速与单叶轮风洞平均风速的修正关系，从而得到叶轮的频率对应叶轮风速关系。

5.根据权利要求4所述的汽车前端空气进气量测试系统，其特征在于：

所述叶轮的频率对应单叶轮风洞平均风速关系为 式中，为带第i个叶轮的单叶轮风洞平均风速，a_i为第i个叶轮的频率对应单叶轮风洞平均风速关系根据最小二乘法得到的第一系数，b_i为第i个叶轮的频率对应单叶轮风洞平均风速关系根据最小二乘法得到的第二系数，f_i为第i个叶轮的频率，n为所述框架所包括的叶轮数量；

所述叶轮的频率对应叶轮风速关系为：v_i＝k(a_if_i+b_i),i＝1,2,…,n，其中，所述v_i为第i个叶轮风速，k为反映安装叶轮位置的风速与单叶轮风洞平均风速的修正关系的单修正系数；

所述叶轮频率组合与风洞实际风速的换算关系为：其中，K为反映叶轮总风速与风洞实际风速的差异的总修正系数，A为所述框架的面积，且其中Q_S为在校准风洞进行校准时的基准流量。

6.根据权利要求4所述的汽车前端空气进气量测试系统，其特征在于，所述叶轮均匀设置在所述框架。