CN105510628B - 一种基于大风速下汽车道路滑行试验的风速风向测试装置及其测试方法 - Google Patents
一种基于大风速下汽车道路滑行试验的风速风向测试装置及其测试方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于大风速下汽车道路滑行试验的风速风向测试装置及其测试方法，包括风速风向传感器、水平仪、牵引杆、固定支架、连接器、双GPS移动天线；固定支架预紧固定在试验车拖车孔中，铝型材连接器套装在固定支架上，其一侧焊接有牵引杆，牵引杆上设有风速风向传感器，双GPS移动天线获取风速风向传感器在牵引杆上的测量位置，从而获取大风速下汽车道路滑行的风速。本发明采用的风速风向测试装置，安全稳固，方便实用，具有较高的测试精度，适用于多种汽车进行不同的大风速下的道路滑行试验。
Description
技术领域
本发明属于汽车控制和检测领域，更具体的说是涉及一种汽车道路滑行试验用风速风向测试装置及测试方法。
背景技术
汽车道路滑行能力是汽车的一项重要性能，其综合体现了底盘运行阻力和外形结构对汽车动力性和经济型的影响。当前汽车滑行阻力主要基于道路试验测定，但道路试验过程中会受到风速风向条件限制和影响，测试精度和测试结果一致性不高。
我国汽车滑行试验标准GB/T 12536-90与汽车道路试验方法标准GB/T12534-90对滑行试验的试验条件和试验前车辆的准备工作进行了规范说明。其中实验环境要求试验天气中重要一点是自然风速不大于3m/s。企业版的法规内容，以江淮汽车企业滑行试验标准为例，试验环境条件规定了试验自然风速平均风速小于2m/s，最大风速小于3m/s，侧向风最大风速小于2m/s。
综上所述，国家标准和企业标准内容均存在道路试验中受天气情况限制的问题，降低试验效率。根据测试结果分析发现，自然风以阵风为主，得到的自然风样本不足以说明整个试验过程中的自然风状况。并且国外规范在试验过程中也会将自然风的影响剔除、国家标准和企业标准的数据处理模型将自然风速忽略不计，均会降低滑行数据处理精度，这也将导致滑行阻力计算出现误差。所以，量化自然风因数对汽车道路滑行试验结果的影响，提高试验精度具有重要意义。
除此之外目前市面上存在一些测风速传感器，均没有将传感器安装汽车车体外部。作为测试实验我们也曾分析过在汽车发动机舱盖位置安装测速传感支架，发现扰流大，气流在传感器安装支架处明显受阻，会形成激流，这在汽车滑行道路试验中会产生极大的影响，并且在最后分析试验数据时导致数据误差大，并不是一种很好的汽车道路滑行试验用测试装置及测试方法。
发明内容
本发明为克服现有技术的不足之处，提供一种基于大风速下汽车道路滑行试验的风速风向测试装置及其测试方法，以期能提高测量精度，保证结果准确，从而更加适用于汽车道路滑行试验的性能测试。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明一种基于大风速下汽车道路滑行试验的风速风向测试装置的特点是包括：风速风向传感器、水平仪、牵引杆、固定支架、连接器、第一GPS移动天线和第二GPS移动天线；
在车头顶部的拖车孔内设置有所述固定支架；所述连接器套装在所述固定支架上；在所述连接器的一侧焊接有朝向车辆中心线的牵引杆；且所述牵引杆与车辆中心线所形成的交点与所述车头顶部之间的距离超出紊流区距离；所述牵引杆为可折叠式；
在牵引杆上设置有所述风速风向传感器和水平仪，同时所述风速风向传感器在牵引杆上滑动保证超出紊流区距离；以所述水平仪形成所述牵引杆的水平结构；在所述风速风向传感器上设置有所述第一GPS移动天线；所述第二GPS移动天线设置在车后盖上，以所述第一GPS移动天线和第二GPS移动天线获取所述风速风向传感器在牵引杆上的测量位置；以所述风速风向传感器获取大风速下汽车道路滑行的风速，从而计算获得空气阻力及阻力系数。
本发明所述的风速风向测试装置的特点也在于：
所述连接器为铝型材，且设置有螺纹孔，在所述固定支架的外表面上设置有凹槽；所述凹槽位置与所述螺纹孔位置相对应；所述固定支架通过凹槽与所述连接器螺栓连接。
本发明一种利用所述的风速风向测试装置的测试方法的特点是按如下步骤进行：
步骤1、将所述第一GPS移动天线设置在车头位置；
步骤2、获取所述第一GPS移动天线和第二GPS移动天线之间的连线与正北方向的夹角α；
步骤3、将所述第一GPS移动天线设置在所述风速风向传感器的中心位置处；
步骤4、通过移动所述风速风向传感器，使得所述第一GPS移动天线与所述第二GPS移动天线之间所形成的连线与正北方向的夹角β与夹角α基本保持一致，且误差范围在±0.5°内，从而获得所述风速风向传感器在所述牵引杆上的测量位置；
步骤5、以所述测量位置上的风速风向传感器获取大风速下汽车道路滑行的不确定性风速，再通过补偿得出真正风速值Vw；利用式(1)得出车速方向上的投影相对风速Vr：
Vr＝Vw×sinγ (1)
式(1)中，γ是车速方向与横向截面夹角；
步骤6、利用式(2)进行最小二乘法拟合得出Am、Bm、Cm、a0、a1、a2、a3和a4八个滑行阻力系数：
式(2)中，是加速阻力，ρ为空气密度，A为迎风面积，Y表示侧向风夹角，是相对风速Vr与汽车行驶方向的夹角，Mg是整车质量，dh/ds为坡度；
步骤7、利用式(3)获得汽车道路滑行的阻力系数CD(Y)：
CD(Y)＝a0+a1Y+a2Y2+a3Y3+a4Y4 (3)
步骤8、利用式(4)获得汽车道路滑行的阻力Daero：
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明通过设置牵引杆将风速风向传感器安装在车体外，通过双GPS移动天线集成测试来确定风速风向传感器的位置，从而减小了流体对测试的影响，大大提高了在道路滑行试验中的测试精度，并且适用于多种汽车的道路滑行试验测量。
2、本发明采用的牵引杆长度超过紊流区距离，使得风速风向传感器不受汽车前部真空区气流压力的影响，避免了风速风向测量值失真问题，从而提高了滑行试验中测试精度，且牵引杆设置为可折叠式，试验时方便迅速。
3、本发明采用了连接器材料为铝型材，材料新颖，质量轻，抗扭矩大，一头螺栓连接固定支架，另一头与牵引杆焊接，保证了试验车在大风速下进行抗干扰的汽车道路滑行试验，得到精确可靠的空气阻力系数。
4、本发明采用了固定支架上有三个凹槽，方便实用，防止螺钉紧固印迹影响连接器与固定支架之间的装卸；保证了连接器螺栓连接安全稳固。
5、本发明所采用的风速风向传感为超声波传感器，其质量较重；采用3D打印技术，结构设计为椭圆截面壳体结构，外壳与基座选用复合型材料，质量减少至原本的45％，能产生较小的迎风面积，从而使得测试效果更加准确，测试成本低且安装方便。
附图说明
图1为本发明汽车道路滑行试验用风速风向传感装置安装示意图；
图1a为本发明汽车道路滑行试验用连接器示意图；
图1b为本发明汽车道路滑行试验用风速风向传感器示意图；
图2为本发明汽车道路滑行试验用风速风向传感装置测试方法示意图；
图3为本发明汽车道路滑行试验用风速计算原理图；
图中标号：1、风速风向传感器；2、水平仪；3、牵引杆；4、固定支架；5、连接器；6、第一GPS移动天线；7、第二GPS移动天线。
具体实施方式
本实施例中，如图1所示，大风速下汽车道路滑行试验的风速风向测试装置，包括：风速风向传感器1、水平仪2、牵引杆3、固定支架4、连接器5、第一GPS移动天线6和第二GPS移动天线7；
在车头顶部的拖车孔内设置有固定支架4，由于试验车滑行试验过程中的快速加速或者是换挡等操作会产生支架抖动等不利现象，因此固定支架4预紧固定在拖车孔内中心；如图1a放大所示，连接器5套装在固定支架4上，其中连接器5为铝型材，且设置有螺纹孔，在固定支架4的外表面上设置有三个凹槽；凹槽位置与螺纹孔位置相对应，防止螺钉紧固印迹影响连接器与固定支架之间的装卸，固定支架通过凹槽与连接器螺栓连接；在连接器6的一侧焊接有朝向车辆中心线的牵引杆3；且牵引杆3与车辆中心线所形成的交点与车头顶部之间的距离超出紊流区距离，以避免受气流压力的影响导致风速风向测量值失真，使风速风向传感装置的测量范围能够精确，不受大风的干扰；牵引杆3设计材料选择AG-8-4545，成分为6063-T的高强度铝合金，其结构抗弯、抗扭性能优良；牵引杆3为可折叠式，各部分通过卡箍连接，结束试验时将连接处断开，可以方便各部分收纳；
如图1b所示，在牵引杆3上设置有风速风向传感器1和水平仪2，同时风速风向传感器1在牵引杆3上滑动保证超出紊流区距离；以水平仪2形成牵引杆的水平结构；本实施例中的测试装置适用于汽车左、右两侧的拖车孔，其安装及测试方法以汽车右拖车孔为例。
如图2所示，在风速风向传感器1上设置有第一GPS移动天6线；第二GPS移动天线7设置在车后盖的任意位置上，优选的可以设置在车尾的中心线上；以第一GPS移动天线6和第二GPS移动天线7通过labview编写的位置确定软件来获取风速风向传感器1在牵引杆3上的测量位置；以风速风向传感器1获取大风速下汽车道路滑行的风速，从而计算获得空气阻力及阻力系数。
如图3所示，其中测量方法按如下步骤进行：
步骤1、将第一GPS移动天线6设置在车头，第二GPS移动天线7设置车后盖上，通过位置确定软件捕捉第一GPS移动天线6和第二GPS移动天线7的连线与正北方向的夹角α，将该夹角α记录在文件中；
步骤2、将第一GPS移动天线6移动设置在风速风向传感器的中心位置处，通过移动风速风向传感器，使得第一GPS移动天线6与第二GPS移动天线7之间所形成的连线与正北方向的夹角β与夹角α基本保持一致，且差值范围在±0.5°内，从而获得风速风向传感器1在牵引杆3上的测量位置；
步骤3、以测量位置上的风速风向传感器1获取大风速下汽车道路滑行的大风速下汽车道路滑行的不确定性风速，再通过补偿得出真正风速值Vw；利用式(1)得出车速方向上的投影相对风速Vr：
Vr＝Vw×sinγ (1)
式(1)中，γ是车速方向与横向截面夹角；并且在道路滑行试验中还记录了速度值V，迎风面积A，筛选出多组良好测试数据，
步骤4、利用式(2)进行最小二乘法拟合得出Am、Bm、Cm、a0、a1、a2、a3和a4八个滑行阻力系数：
式(2)中，是加速阻力，ρ为空气密度，Y表示侧向风夹角，是相对风速Vr与汽车行驶方向的夹角，Mg是整车质量，dh/ds为坡度；
步骤5、利用式(3)获得汽车道路滑行的阻力系数CD(Y)：
CD(Y)＝a0+a1Y+a2Y2+a3Y3+a4Y4 (3)
步骤6、利用式(4)获得汽车道路滑行的阻力Daero：
综合上述实施例，一种汽车道路滑行试验用风速风向测试装置，安全稳固，方便实用，原理简单易懂，数据测量精度高，操作方便，成本低廉，十分适用于多种汽车进行不同的大风速下的车道路滑行试验中。
以上公开的仅仅是发明的实施例，但并非用来限制其本身，任何熟悉本领域的技术人员，能根据其本质思想进行相关的设计、改进等，在不违背本发明精神的情况下，都应该落在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种基于大风速下汽车道路滑行试验的风速风向测试装置，其特征是包括：风速风向传感器(1)、水平仪(2)、牵引杆(3)、固定支架(4)、连接器(5)、第一GPS移动天线(6)和第二GPS移动天线(7)；
在车头顶部的拖车孔内设置有所述固定支架(4)；所述连接器(5)套装在所述固定支架(4)上；在所述连接器(5)的一侧焊接有朝向车辆中心线的牵引杆(3)；且所述牵引杆(3)与车辆中心线所形成的交点与所述车头顶部之间的距离超出紊流区距离；所述牵引杆(3)为可折叠式；
在牵引杆(3)上设置有所述风速风向传感器(1)和水平仪(2)，同时所述风速风向传感器(1)在牵引杆(3)上滑动保证超出紊流区距离；以所述水平仪(2)形成所述牵引杆(3)的水平结构；在所述风速风向传感器(1)上设置有所述第一GPS移动天线(6)；所述第二GPS移动天线(7)设置在车后盖上，以所述第一GPS移动天线(6)和第二GPS移动天线(7)获取所述风速风向传感器(1)在牵引杆(3)上的测量位置；以所述风速风向传感器(1)获取大风速下汽车道路滑行的风速，从而计算获得空气阻力及阻力系数。
2.根据权利要求1所述的风速风向测试装置，其特征是，所述连接器(5)为铝型材，且设置有螺纹孔，在所述固定支架(4)的外表面上设置有凹槽；所述凹槽位置与所述螺纹孔位置相对应；所述固定支架(4)通过凹槽与所述连接器(5)螺栓连接。
3.一种利用权利要求1所述的风速风向测试装置的测试方法，其特征是按如下步骤进行：
步骤1、将所述第一GPS移动天线(6)设置在车头位置；
步骤2、获取所述第一GPS移动天线(6)和第二GPS移动天线(7)之间的连线与正北方向的夹角α；
步骤3、将所述第一GPS移动天线(6)设置在所述风速风向传感器(1)的中心位置处；
步骤4、通过移动所述风速风向传感器(1)，使得所述第一GPS移动天线(6)与所述第二GPS移动天线(7)之间所形成的连线与正北方向的夹角β与夹角α基本保持一致，且误差范围在±0.5°内，从而获得所述风速风向传感器(1)在所述牵引杆(3)上的测量位置；
步骤5、以所述测量位置上的风速风向传感器(1)获取大风速下汽车道路滑行的不确定性风速，再通过补偿得出真正风速值Vw；利用式(1)得出车速方向上的投影相对风速Vr：
Vr＝Vw×sinγ (1)
式(1)中，γ是车速方向与横向截面夹角；
步骤6、利用式(2)进行最小二乘法拟合得出Am、Bm、Cm、a0、a1、a2、a3和a4八个滑行阻力系数：
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |