CN112578760A

CN112578760A - 一种汽车环境风洞试验运行控制系统

Info

Publication number: CN112578760A
Application number: CN202011612457.XA
Authority: CN
Inventors: 康永泰; 程益恒; 李跃; 石运军; 邱刚; 查佳韵; 程汉收; 董蓉
Original assignee: China Academy of Aerospace Aerodynamics CAAA
Current assignee: China Academy of Aerospace Aerodynamics CAAA
Priority date: 2020-12-30
Filing date: 2020-12-30
Publication date: 2021-03-30
Anticipated expiration: 2040-12-30
Also published as: CN112578760B

Abstract

本申请公开了一种汽车环境风洞试验运行控制系统，该系统包括：计算机设备、以及实时控制子系统；其中，计算机设备，用于接收操作人员输入的控制指令，并将控制指令发送给实时控制子系统，以及接收实时控制子系统转发的汽车环境风洞中多个分系统基于控制指令反馈的运行数据，控制指令包括每个分系统的配置参数或系统运行模式；实时控制子系统，用于接收每个分系统的运行数据以及接收计算机设备发送的控制指令，并将运行数据发送给计算机设备以及将控制指令发送给每个分系统，以根据控制指令控制每个分系统运行。本申请解决了现有技术中汽车环境风洞试验运行控制的效率以及稳定性较差的技术问题。

Description

一种汽车环境风洞试验运行控制系统

技术领域

本申请涉及汽车环境风洞技术领域，尤其涉及一种汽车环境风洞试验运行控制系统。

背景技术

随着汽车行业的蓬勃发展，汽车研发和测试工作急剧增加。由于汽车环境风洞可以在任意季节和天气精确模拟汽车试验所需的极端环境，故汽车环境风洞受到了越来越多的重视。汽车环境风洞主要由风机系统、底盘测功机系统、阳光模拟系统、车辆数据采集系统和集散控制系统(Distributed Control System，DCS)等多个分系统组成，因此，在汽车环境风洞试验过程中对风洞各分系统控制是汽车环境风洞中一重要环节。

目前，在实际设计过程中每个分系统是由不同的厂家设计生产的，故不同分系统的控制系统一般随分系统配套设置，且操作人员通过每个分系统配置设置的控制系统对其进行控制时，需要操作人员去执行模式切换、暂停或选择等操作，因此，现有技术中汽车环境风洞试验运行控制过程中人工参与成分过多，自动化程度较低，进而导致汽车环境风洞试验运行控制的效率以及稳定性较差。

发明内容

本申请解决的技术问题是：针对现有技术中汽车环境风洞试验运行控制的效率以及稳定性较差。本申请提供了一种汽车环境风洞试验运行控制系统，本申请实施例所提供的方案中，一方面，通过计算机设备以及实时控制子系统构建一个统一控制系统，该控制系统将汽车环境风洞中各分系统整合到一起进行管理控制；另一方面，通过计算机设备以及实时控制子系统实现对汽车环境风洞中各分系统自动化控制。因此，本申请实施例所提供的方案，通过构建高效、统一自动化控制系统大大缩短了风洞运营的人力数量要求，极大提高了风洞的自动化运行程度，并且进一步保障了整个汽车环境风洞的健康安全运行。

第一方面，本申请实施例提供一种汽车环境风洞试验运行控制系统，该系统包括：计算机设备、以及实时控制子系统；其中，

所述计算机设备，用于接收操作人员输入的控制指令，并将所述控制指令发送给所述实时控制子系统，以及接收所述实时控制子系统转发的汽车环境风洞中多个分系统基于所述控制指令反馈的运行数据，所述控制指令包括每个所述分系统的配置参数或系统运行模式；

所述实时控制子系统，用于接收所述每个分系统的运行数据以及接收所述计算机设备发送的控制指令，并将所述运行数据发送给所述计算机设备以及将所述控制指令发送给所述每个分系统，以根据所述控制指令控制所述每个分系统运行。

本申请实施例所提供的方案中，一方面，通过计算机设备以及实时控制子系统构建一个统一控制系统，该控制系统将汽车环境风洞中各分系统整合到一起进行管理控制；另一方面，通过计算机设备以及实时控制子系统实现对汽车环境风洞中各分系统自动化控制。因此，本申请实施例所提供的方案，通过构建高效、统一自动化控制系统大大缩短了风洞运营的人力数量要求，极大提高了风洞的自动化运行程度，并且进一步保障了整个汽车环境风洞的健康安全运行。

可选地，所述多个分系统包括：风机系统、底盘测功机系统、流场校测系统、阳光模拟系统、车辆数据采集系统和集散控制系统DCS；

所述实时控制子系统，包括第一交换机、第二交换机以及实时控制器；其中，

所述第一交换机，与所述阳光模拟系统以及所述计算机设备连接，用于接收所述控制指令，并将所述控制指令发送给所述阳光模拟系统，接收所述阳光模拟系统基于所述控制指令反馈的第一运行数据，并将所述第一运行数据发送给所述计算机设备；

所述第二交换机，与所述风机系统、所述底盘测功机系统、所述流场校测系统以及所述实时控制器连接，用于接收所述控制指令，并将所述控制指令发送给所述风机系统、所述底盘测功机系统以及所述流场校测系统，接收所述风机系统、所述底盘测功机系统以及所述流场校测系统基于所述控制指令反馈的第二运行数据，并将所述第二运行数据发送给所述实时控制器；

所述实时控制器，用于将所述第二运行数据发送给所述计算机设备，以及接收所述计算机设备发送的控制指令，并将所述控制指令发送给所述每个分系统。

可选地，所述实时控制器，包括：通信模块、数字量IO模块以及模拟量IO模块；其中，

所述通信模块，包括CAN通信模块和NI PROFINET模块；所述CAN通信模块，用于与所述阳光模拟系统、所述车辆数据采集系统以及所述计算机设备进行通信连接；所述NIPROFINET模块，用于与所述DCS系统进行通信连接；

所述数字量IO模块；用于输入/输出数字量数据；

所述模拟量IO模块，用于输入/输出模拟量数据。

可选地，当对所述风机系统以及所述底盘测功机系统进行控制时，所述实时控制子系统，具体用于：

接收所述计算机设备发送的第一控制指令和第二控制指令，分别将所述第一控制指令发送给所述风机系统以及将所述第二控制指令发送给所述底盘测功机系统，以使得所述风机系统根据所述第一控制指令单独运行以及所述底盘测功机系统根据所述第二控制指令单独运行；或

接收所述计算机设备发送的所述控制指令以及所述风机系统和所述底盘测功机系统预设的运动序列，将所述控制指令同时发送给所述风机系统和所述底盘测功机系统，以使得所述风机系统和所述底盘测功机系统根据所述控制指令以及所述运动序列进行同步运行；或

接收计算机设备发送的所述风机系统和所述底盘测功机系统之间的跟随模式以及所述控制指令，将所述控制指令发送给所述风机系统和所述底盘测功机系统，以使得所述风机系统根据所述底盘测功机系统所反馈的速度运行。

可选地，当对所述风机系统进行控制时，所述实时控制子系统，具体用于：

接收所述计算机设备发送的操作人员输入的第一风机转速或风速；

将所述第一风机转速发送给所述风机系统；或采集并保存风机不同转速下与高精度差压传感器读数的对应关系，以及采集高精度大气压传感器和高精度温湿度传感器的读数，根据所述对应关系以及所述读数生成以温度为参考点的风速与转速之间的换算参数矩阵，根据所述换算参数矩阵以及所述风速计算得到第二风机转速，将所述第二风机转速发送给所述风机系统。

可选地，所述计算机设备，还用于：

根据所述运行数据确定预设重点关注设备的参数和状态信息，将所述参数和状态信息按照日期和试验车次进行存储得到存储文件；

实时调度所述存储文件，根据所述存储文件以及预设设备状态健康阈值判断所述预设重点关注设备是否处于健康工作状态，并得到判断结果；

根据所述判断结果生成健康报表，根据所述健康报表判断风洞运行状态，以及根据不同阶段所述健康报表对比预估风洞健康运行的走向。

可选地，所述计算机设备，还用于：

对所述每个分系统的运行数据进行分析得到分析结果，根据所述分析结果判断所述配置参数是否匹配；

若不匹配，则弹出对话框，以便操作人员对所述配置参数进行修正。

可选地，所述计算机设备，还用于：

根据预设的流场校测位置配置表采集数据，根据所述采集数据计算汽车环境风洞的风速、温度和湿度；

将预设的风速、温度和湿度与所述风速、温度和湿度做差比较，并对所述汽车环境风洞进行流场校测。

可选地，还包括：传感器子系统；所述传感器子系统包括高精度差压传感器、高精度大气压传感器、高精度温湿度传感器及平均温度传感器，用于采集汽车环境风洞中的温度参数、差压参数、大气压参数以及湿度参数，并将所述温度参数、所述差压参数、所述大气压参数以及所述湿度参数发送给所述计算机设备和所述实时控制子系统。

可选地，还包括：客户端、切换开关以及急停按钮；其中，

所述客户端与所述计算机设备连接，用于接收所述运行数据，将所述运行数据进行实时显示，以使得操作人员根据所显示的运行数据对所述每个分系统进行实时监测；

所述切换开关，用于根据操作人员输入的切换指令切换操作模式，所述操作模式包括手动操作模式、自动操作模式以及半自动操作模式；

所述急停按钮，用于根据操作人员输入的暂停指令控制系统暂停运行。

附图说明

图1为本申请实施例所提供的一种汽车环境风洞试验运行控制系统的结构示意图；

图2为本申请实施例所提供的一种实时控制器的结构示意图；

图3为本申请实施例所提供的一种操作模式切换过程的流程示意图；

图4为本申请实施例所提供的一种汽车环境风洞试验运行控制系统控制的流程示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供的方案中，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参见图1，本申请实施例提供了一种汽车环境风洞试验运行控制系统，该系统包括：计算机设备1以及实时控制子系统2；其中，

所述计算机设备1，用于接收操作人员输入的控制指令，并将所述控制指令发送给所述实时控制子系统2，以及接收所述实时控制子系统2转发的汽车环境风洞中多个分系统基于所述控制指令反馈的运行数据，所述控制指令包括每个所述分系统的配置参数或系统运行模式；

所述实时控制子系统2，用于接收所述每个分系统的运行数据以及接收所述计算机设备1发送的控制指令，并将所述运行数据发送给所述计算机设备1以及将所述控制指令发送给所述每个分系统，以根据所述控制指令控制所述每个分系统运行。

在一种可能实现的方式中，所述多个分系统包括：风机系统、底盘测功机系统、流场校测系统、阳光模拟系统、车辆数据采集系统和集散控制系统DCS；

所述实时控制子系统2，包括第一交换机21、第二交换机22以及实时控制器23；其中，

所述第一交换机21，与所述阳光模拟系统以及所述计算机设备1连接，用于接收所述控制指令，并将所述控制指令发送给所述阳光模拟系统，接收所述阳光模拟系统基于所述控制指令反馈的第一运行数据，并将所述第一运行数据发送给所述计算机设备1；

所述第二交换机22，与所述风机系统、所述底盘测功机系统、所述流场校测系统以及所述实时控制器23连接，用于接收所述控制指令，并将所述控制指令发送给所述风机系统、所述底盘测功机系统以及所述流场校测系统，接收所述风机系统、所述底盘测功机系统以及所述流场校测系统基于所述控制指令反馈的第二运行数据，并将所述第二运行数据发送给所述实时控制器23；

所述实时控制器23，用于将所述第二运行数据发送给所述计算机设备1，以及接收所述计算机设备1发送的控制指令，并将所述控制指令发送给所述每个分系统。

进一步，参见图2，在一种可能实现方式中，所述实时控制器23，包括：通信模块231、数字量IO模块232以及模拟量IO模块233；其中，

所述通信模块231，包括CAN通信模块和NI PROFINET模块；所述CAN通信模块，用于与所述阳光模拟系统、所述车辆数据采集系统以及所述计算机设备进行通信连接；所述NIPROFINET模块，用于与所述DCS系统进行通信连接；所述数字量IO模块232；用于输入/输出数字量数据；所述模拟量IO模块233，用于输入/输出模拟量数据。

具体的，在本申请实施例所提供的方案中，汽车环境风洞试验运行控制系统包括维护/修模式、关机模式、准备模式和试验模式四种模式。模式选择通过操作人员操作操作台上的模式选择开关实现，操作模式开关通过硬接线连接的方式接入汽车环境风洞试验运行控制系统和风洞各分系统，告知当前操作模式。系统在不同模式下操作方式也不同，在维护/修模式下WTCS系统不能控制各分系统，各系统可在保证安全的条件下仅能在本地进行操作；在关机模式下风洞基本上处于禁止运行状态，WTCS系统不能控制各分系统，各分系统设备基本上禁止运行；在准备模式下各系统设备可在WTCS系统界面上受限制运行，限制条件由己方具体提出；在试验模式下汽车环境风洞处于正式试验状态，各系统协调统一运行；WTCS系统被授权向各个分系统发送指令，整个汽车环境风洞在该模式下听从WTCS系统的统一管理调度。

进一步，实时控制子系统2设置于一控制柜内。计算机设备1与实时控制器23、阳光模拟系统以及车辆数据采集系统通过实时控制器23中的CAN通信模块进行通信。汽车环境风洞试验运行控制系统与车辆数据采集系统通过CAN通讯协议进行通讯，同时还通过模拟量输出模块向车辆数据采集系统发送风洞主要环境参数。控制柜内的实时控制器23与风机系统、底盘测功机系统通过实时控制子系统2中第二交换机22直接进行通讯，以便于对风机系统和底盘测功机系统的实时控制。为了便于理解下面分别对阳光模拟系统、车辆数据采集系统、风机系统、底盘测功机系统以及DCS系统的控制功能进行简要介绍。

一、阳光模拟系统

具体的，汽车环境风洞试验运行控制系统与阳光模拟系统通过TCP/IP协议进行通讯，以实现包括但不限制于如下功能：所有灯泡的开/关；单个灯泡开/关；整个系统的光照强度设定；单个灯泡的光照强度设定；单排或单行灯泡模式选择，其中，模式选择包括正常/隧道/乌云等；步骤及循环设置(随时间序列特定灯泡选择及位置)；单个灯泡配置保存；整个系统配置保存；选择已储存配置；操作有效、失效、报警信号的显示。

二、车辆数据采集系统

具体的，汽车环境风洞试验运行控制系统与车辆数据采集系统通过CAN通讯协议进行通讯，同时还通过模拟量输出模块向车辆数据采集系统发送风洞主要环境参数。

三、风机系统

具体的，风机系统包括变压器、变频器、电机、风机、辅助冷却系统以及测量和控制柜。汽车环境风洞试验运行控制系统与风机系统通过TCP/IP协议进行通讯，以实现包括但不限制于以下功能：主风机的启/停；风机转速/风速的设定；风机系统参数的配置；风机加速度、减速度的设定；风机反馈转速的显示；整个系统配置保存；选择已储存配置；以及操作有效、失效、报警信号的显示。汽车环境风洞试验运行控制系统与风机系统的通讯主要包括：主风机转速设定值，风机转速实际值反馈，风机系统各主要设备的状态反馈值，警告和报错信息等。

四、底盘测功机系统

具体的，汽车环境风洞试验运行控制系统与底盘测功机系统通过TCP/IP协议进行通讯，以实现如下功能：底盘测功机的启/停；底盘测功机系统控制权限的获得；底盘测功机运行模式的选择；底盘测功机车辆驱动形式的选择；底盘测功机前轴、后轴转速的设定；底盘测功机前轴、后轴力的设定；底盘测功机系统参数的配置；车辆参数的配置和保存；底盘测功机反馈前轴、后轴转速的显示；点盘测功机反馈前轴、后轴力的显示；整个系统配置保存；选择已储存配置；以及操作有效、失效、报警信号的显示。

五、DCS系统

具体的，控制柜内实时控制器23与DCS系统通过NI PROFINET模块进行PROFINET通讯，其中，DCS系统包括MAC CWT控制子系统、环境控制子系统、公用动力控制子系统、浸车区控制子系统，参见表1为DCS系统的构成以及各子系统功能。

表1

进一步，为了便于对风机系统以及所述底盘测功机系统进行精细化控制，在一种可能实现的方式中，当对所述风机系统以及所述底盘测功机系统进行控制时，所述实时控制子系统2，具体用于：

具体的，在本申请实施例所提供的方案中，汽车环境风洞试验运行控制系统对风机系统以及底盘测功机系统控制的模式包括但不限制于：单独控制模式、同步运行模式以及跟随模式。为了便于理解下面分别对单独控制模式、同步运行模式以及跟随模式的控制过程进行简要介绍。

1、单独控制模式

具体的，在本申请实施例所提供的方案中，在对风机系统和底盘测功机分系统进行控制时，汽车环境风洞试验运行控制系统分别向风机系统发送第一控制指令以及向底盘测功机系统发送第二控制指令，其中，第一控制指令携带着风机系统需要的参数信息，第二控制指令携带着底盘测功机系统需要的参数信息，风机系统和底盘测功机系统可以随时分别根据第一控制指令和第二控制指令运动。

2、同步运行模式

具体的，在本申请实施例所提供的方案中，汽车环境风洞试验运行控制系统在对各分系统进行控制之前，必须对各分系统相关设备进行配置。软件提供一个界面以供操作人员在试验前进行系统设备的配置，并生成配置文件。配置文件可以创建、存储、读取和编辑，并可另存为新的配置文件。需要配置的设备包括风洞相关参数(风口尺寸、相对压力、阳光模拟和雨雪模拟相关参数、呼吸口开关状态等)、底盘测功机相关参数、测试车辆相关参数以及其它相关参数(包括硬件测量通道参数、整车参数、通讯参数、操作人员自定义参数等)。

进一步，为了使得风机系统和底盘测功机系统同步运行，在对各分系统相关设备进行配置的过程为中需要在试验工况编辑器上编辑编辑风机系统和底盘测功机系统的运动序列，然后点击开始运行按钮后，风机系统和底盘测功机系统即同步接受汽车环境风洞试验运行控制系统下发的运动指令，同步运行。具体的，试验工况编辑器是以供操作人员创建、编辑测试序列的设备。为了便于理解下面对试验工况编辑器编辑测试序列的过程进行简要介绍。

具体的，该试验工况编辑器以时间为基准，设置不同系统在不同时间点需要进行的动作，其中，试验工况编辑器的外表类似EXCEL表格，第一列为序号列，第二列为时间序列，第二列的每一行都可以输入不同的时间，以秒为单位；从第三列开始，可以自定义每一列的对应分系统工况设置，如风机风速/转速设定，底盘测功机的运行模式和该模式下主要参数的设定，阳光模拟系统需要开启的灯的数量及亮度设定等。操作人员通过编辑器在表格中选择命令及相关的参数从而创建测试序列，命令通过下拉菜单的方式进行选择，方便操作人员的使用。编辑器具备错误检查功能。如果测试序列有误，在关闭编辑器时可对操作人员进行提示。试验工况编辑器在编辑完成后可以在界面上进行保存、下载，继而一键启动，运行试验流程；也可以直接调用之前存储过的试验流程，一键启动，运行试验流程。

3、跟随模式

当风机系统与底盘测功机系统运行模式为跟随模式时，若跟随模式为风机系统跟随底盘测功机系统模式，则底盘测功机系统开始运动后，风机系统自动跟随底盘测功机系统进行运动。具体的，底盘测功机系统的速度信号以通讯和模拟量(0-10V对应0-最大速度)的形式发送给实时控制器23，再由实时控制器23直接换算为风机系统的转速直接发送给风机控制系统；通讯和模拟量的模式为一用一备，保障试验可靠运行。

进一步，在一种可能实现的方式中，当对所述风机系统进行控制时，所述实时控制子系统2，具体用于：

接收所述计算机设备1发送的操作人员输入的第一风机转速或风速；

具体的，在本申请实施例所提供的方案中，汽车环境风洞试验运行控制系统既可以直接发送风机转速给风机系统，同时也可以给定风速，利用“风速-转速”转换模块将风速转化为转速后再发送给风机系统。“风速-转速”转换模块的原理是，利用风洞流场标定测出的不同温度下，记录风机不同转速下与差压传感器读数的对应关系，形成一个以温度为参考点的风速与转速的换算关系式参数的矩阵，即采集并保存风机不同转速下与高精度差压传感器读数的对应关系，结合高精度大气压传感器和高精度温湿度传感器的读数，形成一个以温度为参考点的风速与转速的换算关系式参数的矩阵，该矩阵是在风洞可调的温度范围内，每隔10℃标定计算一组风速与转速的换算关系式的参数，对任何一个温度下的风速通过插值计算的方式获得该温度下风速与转速的关系。

进一步，为了便于对风洞健康状态进行监测，在一种可能实现的方式中，所述计算机设备1，还用于：根据所述运行数据确定预设重点关注设备的参数和状态信息，将所述参数和状态信息按照日期和试验车次进行存储得到存储文件；实时调度所述存储文件，根据所述存储文件以及预设设备状态健康阈值判断所述预设重点关注设备是否处于健康工作状态，并得到判断结果；根据所述判断结果生成健康报表，根据所述健康报表判断风洞运行状态，以及根据不同阶段所述健康报表对比预估风洞健康运行的走向。

具体的，风洞健康监测建立在(Wind Tunnel Control System，WTCS)系统与风洞各分系统都进行数据通讯的基础上。WTCS系统采集风洞各分系统反馈的设备关键数据和系统关键参数，风洞健康监测程序模块实时读取这些数据，进行如下健康监测流程：

将重点关注设备参数/状态按照日期和试验车次存储，存储的文件可以在健康监测界面随时调出查看、对比；

设置设备状态健康阈值，实时对比关键设备参数与阈值关系，判断设备是否处于健康工作状态；

建立健康报表：各分系统的关键参数定期存储数据平均状态；各分系统最关键的数据可以进行选择性的形成报表，便于风洞管理人员查看；

风洞用电量监控，定期调用查看风洞用电量，根据用电量变化率的变化情况判断风洞健康状态。

进一步，为了提高操作人员的体验效果，在一种可能实现的方式中，所述计算机设备1，还用于：对所述每个分系统的运行数据进行分析得到分析结果，根据所述分析结果判断所述配置参数是否匹配；若不匹配，则弹出对话框，以便操作人员对所述配置参数进行修正。

进一步，为了验证汽车环境风洞的性能，所述计算机设备1，还用于：根据预设的流场校测位置配置表采集数据，根据所述采集数据计算汽车环境风洞的风速、温度和湿度；将预设的风速、温度和湿度与所述风速、温度和湿度做差比较，并对所述汽车环境风洞进行流场校测。

具体的，流场校测是检验风洞流场性能的重要方式之一，搭建以控制器和模块为主的硬件平台，控制流场校测的装置，同时与WTCS系统进行通讯，通过WTCS系统进行控制开始指令的发送和运动完成指令的接收，并利用WTCS系统上位机的数据存储功能，对流场校测的数据进行存储。具体的软件要求如下：

2、提供流场校测位置配置表；WTCS系统及校测架控制系统同步使用。

2、开始采集信号由流场校测系统给出(系统运动到位并延时30s后发出开始采集信号)，WTCS系统接收到开始采集信号后开始以2Hz(2次/秒)的频率采集数据，采集数据量达到120个后，停止采集，并向校测架系统发运动信号；校测架接收到运动信号后，按照预定的位置配置表进行运动，运动到位并延时30秒后向WTCS系统发送采集信号。数据存储内容：传感器数据+时间轴+配置参数信息。

3、流场校测时存储的数据格式与WTCS系统的数据存储格式一致。

4、风速计算时，利用设定目标温湿度带入公式，避免实时波动将温湿度带入公式。具体的，风速计算过程如下：

a)、空气密度的计算

真实的空气中包含水蒸汽，称之为“湿空气”，与干空气的概念相对应。湿空气的状态方程应考虑干空气和水蒸汽两种组分混合的情形。

在-50℃～+150℃温度范围内，混合气体的压力不超过1000kPa(约10个大气压)，水蒸汽可作为理想气体处理，这样湿空气的状态方程可以根据“道尔顿分压定律”推导：“分压”是指假设从混合气体系统中排除第i种气体以外的所有其他气体，而保持系统体积和温度不变，此时气体所具有的压力。气体分压比例等于该组分气体的摩尔数与混合气体总的摩尔数之比。

设控制容积V(m³)内有湿空气，总的压力P(Pa)，温度T(K)，直接测量的相对湿度RH(％)，通常这是我们最先得到的四个参数。

用P_v(Pa)表示水蒸汽的分压，P_d(Pa)表示干空气的分压，则两种组分的理想气体状态方程：

水蒸汽：P_v＝ρ_v·R_0v·T；

干空气：P_d＝ρ_d·R_0d·T。

其中：ρ_v(kg/m³)和ρ_d(kg/m³)分别为水蒸汽和干空气的密度，R_0v和R_0d分别为水蒸汽和干空气的气体常数，分别等于461.495J/(kg·K)和287.05J/(kg·K)。

P＝P_v+P_d (1)

ρ＝ρ_v+ρ_d

则湿空气的密度为：

对于水蒸汽的分压P_v的计算，根据相对湿度的定义

可以求得。

其中，P_s为水的饱和蒸汽压力，工程计算常用公式

因此，空气密度的计算步骤为：

①先根据温度传感器测出的气体温度T，按(4)式可求得水的饱和蒸汽压力P_s；

②再根据湿度传感器测出的气体湿度RH，按(3)式可求得水蒸汽的分压P_v；

③再根据压力传感器测出的气体总的压力P，按(1)式可求得干空气的分压P_d；

④最后按(2)式，求得空气的密度。

1)动压(压差)的计算

当用压力传感器测风速时，压力传感器输出的电压信号经检测装置采集后输入电子计算机，计算机按其校准公式进行数据处理，计算出动压(压差)。

2)风速的计算

按式(5)计算，可以得到风速值。

式中：ΔP—压差，Pa；ρ—气体密度，kg/m³；v—气体速度，m/s。

WTCS系统本身应具备数据采集与存储的功能；

1)、在对数据采集和存储前，可以对采集和存储数据的频率进行设置，可以对将要存储的变量数据进行筛选；

2)、数据采集和存储可以在界面上设置存储数据的路径和存储文件的名称；

3)、数据采集和存储应可以分为手动测量和自动测量两种模式：手动模式下可以人为的开始和停止数据的采集和存储，自动模式下在接收到相应的开始和停止指令后自动开始和停止数据的采集。

进一步，为了便于对汽车环境风洞中的各参数进行实时监控，在一种可能实现的方式中，还包括：传感器子系统3；所述传感器子系统3包括高精度差压传感器、高精度大气压传感器、高精度温湿度传感器及平均温度传感器，用于采集汽车环境风洞中的温度参数、差压参数、大气压参数以及湿度参数，并将所述温度参数、所述差压参数、所述大气压参数以及所述湿度参数发送给所述计算机设备1和所述实时控制子系统2。

传感器子系统3包含的传感器均具备一备一用功能，高精度差压传感器、高精度大气压传感器、高精度温湿度传感器均既能通过通讯的模式发送数据到计算机，同时还将数据以模拟量的形式发送给实时控制子系统的模拟量IO模块，保证关键数据能可靠反馈给汽车环境风洞试验运行控制系统。

进一步，在一种可能实现的方式中，还包括：客户端4、切换开关5以及急停按钮6；其中，

所述客户端4与所述计算机设备1连接，用于接收所述运行数据，将所述运行数据进行实时显示，以使得操作人员根据所显示的运行数据对所述每个分系统进行实时监测；

所述切换开关5，用于根据操作人员输入的切换指令切换操作模式，所述操作模式包括手动操作模式、自动操作模式以及半自动操作模式；

所述急停按钮6，用于根据操作人员输入的暂停指令控制系统暂停运行。

具体的，客户端4可以为WTCS系统提供图形化界面，当控制系统在运行时，软件界面将始终保持在桌面前端，以保证操作人员的实时监控。当操作人员正确登录客户端4之后，在客户端界面显示的内容包括但不限制于风洞运行模式，风洞空气温度，风洞空气湿度，风洞空气压力，环境风洞主要子系统的运行模式选择、主要控制参数的输入、反馈和系统的启动、停止按钮等，风洞主要测量值的图形曲线显示，可根据操作者需求任意配置显示想要观测的曲线，所有风洞系统的相关子系统的通讯状态和报警信号的显示，风机系统与底盘测功机系统跟随运行选择。

进一步，系统可以采用双屏形式将界面画面分屏显示，分别命名为界面1和界面2。界面1主要显示风机系统、底盘测功机系统、温湿度控制系统的相关内容以及环境风洞主要测量值的图形曲线显示，另外还有系统手动运行和自动运行的切换开关以及系统的软件急停按钮；界面2则显示风洞安全系统、动部件、阳光模拟及WTCS系统内传感器状态显示相关内容。在手动模式下系统可以进行手动操作和半自动操作。自动运行模式下可以通过一键按钮的方式对整个试验流程进行自动运行。软件能自动读取上次运行时的相关配置，并将相应的曲线和参数显示在界面上。操作人员也可手动配置界面显示指定的曲线和参数。风洞中的空气的温度、压力和湿度值以及相关子系统的通讯状态和报警信号始终显示在主界面中供操作人员查看。在主界面点击相应的菜单和按键可进行操作人员管理、报警处理、系统配置、试验运行和数据处理，并显示相应的子系统控制界面。

进一步，在本申请实施例所提供的方案在，客户端4的界面分为主界面、子系统界面、参数配置界面、自动流程配置运行界面、登录界面以及用户管理界面；其中，子系统界面包括主风机控制界面、底盘测功机控制界面、阳光模拟系统控制界面、车辆数据采集系统界面、温湿度控制界面以及风洞设备和监测界面；参数配置界面包括传感器参数配置界面、实验车辆参数配置界面、WTCS系统参数配置界面以及分系统参数配置界面。为了便于理解下面对每种界面的显示内容和布局进行简要介绍。

1、主界面的显示内容要求和布局

具体的，主界面分屏显示在两个显示器上，每个显示器上均显示软件名称标题，各分系统的通讯连接状态和报警状态指示，WTCS系统的工作模式，菜单，急停等；主要分系统或功能子系统的半自动操作界面将分区域在主界面上显示：半自动操作界面的内容包括该系统主要参数的设定、关键变量的显示(数值及图标)，系统启动按钮，系统停止按钮等。

主界面1显示的分系统和功能子系统包括风机系统、底盘测功机系统和温湿度控制功能子系统。主界面2包括冷却水系统，阳光模拟系统，1#制冷机组和安全系统等。湿度设定值为主风洞目标相对湿度，须经WTCS系统后台转换为绝对含湿量再发送给新风系统，相对湿度与绝对含湿量的换算公式采用VAISALA温湿度传感器使用的换算公式，风洞其他系统的湿度设定或反馈的换算统一按照VAISALA温湿度传感器的换算公式来进行换算。温度设定为主风洞目标温度值。温度反馈变量显示图可选择性查看温湿控系统任意相关温度，湿度反馈变量显示图可选择性查看温湿控系统任意相关湿度；所有主界面上设置的参数均可以保存下来，以便下次试验调用。

2、配置界面的显示内容和布局

具体的，配置界面所有需要配置参数的列表：包括参数名称，参数内容等；配置界面包括添加、删除、更改、保存、确认、取消等功能按钮；所有配置界面上设置的参数均可以保存下来，形成配置文件，以便下次试验调用。

3、自动运行界面的显示内容和布局

·启动按钮，返回主界面按钮；

·参数配置、系统初始化、试验开始、试验结束等按钮，便于调试阶段逐步自动化运行(调试完成后也可保留)；

·试验参数配置区域，试验流程编辑区域、试验流程进程显示区域、重要试验参数/反馈显示区域等；

·自动运行界面上设置的参数均可以保存下来，以便下次试验调用。

4、不同界面的进入和退出方式如下所示：

·登录界面：

开机启动后自动运行登录界面或点击电脑显示器桌面WTCS系统快捷方式进入WTCS系统登录界面，点击登录界面右上角X按钮或界面上的退出登录界面按钮退出登录界面。

·主界面：

点击登录界面上的登录按钮或者确认按钮进入到主界面，点击主界面右上角X按钮或界面上的退出系统按钮退出主界面，两个主界面应具备同进同退的功能，退出按钮可以只在第一个主界面上设置。

·分系统界面：

点击主界面上的下拉菜单选项或分系统名称按钮进入到分系统界面，点击分系统界面右上角X按钮或界面上的退出系统按钮或点击各分系统界面上的返回主界面按钮退出分系统界面。

·用户管理界面：

点击主界面上的下拉菜单选项或用户管理界面按钮进入到用户管理界面，点击用户管理界面右上角X按钮或界面上的退出按钮或点击用户管理界面上的返回主界面按钮退出用户管理界面。

·配置界面：

点击主界面上的下拉菜单选项或被配置系统名称按钮进入到对应的配置界面，点击配置界面右上角X按钮或界面上的退出按钮退出配置界面。

进一步，在本申请实施例所提供的方案中，操作人员还可以通过客户端4对系统用户进行管理。根据用户权限将系统用户划分为操作员、试验室管理员、系统管理员三个级别。用户必须根据用户名和密码登录系统。操作员是权限最低的用户，只能进行最基本的操作；试验室管理员可以对一些与相关功能有联系的参数进行配置；系统管理员则没有任何限制，可以对任意相关参数进行配置。根据用户权限的不同，软件的相关功能、菜单及数据处理功能也不尽相同。用户管理功能只能由系统管理员进行管理。在用户管理界面，用户可进行删除、添加、修改用户等操作，并显示相应的界面。

进一步，在本申请实施例所提供的方案中，系统还包括切换开关5，切换开关5用于根据操作人员输入的切换指令切换操作模式，所述操作模式包括手动操作模式、自动操作模式以及半自动操作模式，参见图3，为本申请实施例提供的一种操作模式切换过程的流程示意图。为了便于理解下面分别对不同操作模式的控制过程进行简要介绍。

(一)、手动操作模式

具体的，在手动操作模式时，需要在配置好所有系统参数后，根据实际试验流程，分别在每一个子系统界面和功能子系统界面上进行操作，或根据用户需求单独对每个系统进行操作。手动运行包括除主界面上急停按钮以外所有的指令发送的操作和各分系界面上的所有操作，且在手动操作模式下，自动运行操作无法执行。如果在自动流程下想进行手动操作，需切换到手动操作模式下方可进行手动操作。

(二)、半自动操作模式

具体的，在进行半自动操作时，需要至少对以下的参数进行设定：风洞空气温度；风洞空气湿度；所需新风系统运行模式的选择；各运行模式下的参数设定；洞风机转速，其中，风洞转速可通过输入风洞风速(km/h)或风机转速确定；底盘测功机的运行模式选择，各模式下的参数设置，是否与风机同步运行的选择；以及其他功能子系统的主要运行参数设定。在半自动操作模式下，用户通过点击客户端4的界面上的对应子系统控制区域的“启动”或“停止”按键来开始和结束。

(三)、自动操作模式

具体的，在自动操作模式下，首先应在客户端4的界面将手动/自动运行按钮切换到自动运行模式，在测试运行编辑器内编辑完自动运行流程后，保存确认，点击自动运行按钮进行自动流程运行。用户登录后，风机和底盘测功机的相关默认参数应设为0；环境控制的相关默认参数应设为当前的实际值。在自动运行模式下，所有手动运行的操作均无效。

自动运行是在不同操作模式下(当前认为只在试验模式下进行)，在设置完成相应试验的试验流程参数和判断条件后，实现一键开车的功能(即通过点击主界面上的或者自动运行界面上的开始试验按钮，试验即按照设定的流程执行直到结束)；

自动运行应包含参数设置、初始化、车辆试验、关车等步骤，在每一个步骤执行试验运行指令，判断反馈条件，持续到试验结束；

反馈条件包括正常反馈条件和报警/急停反馈条件，根据不停的反馈条件来决定试验正常进行/进入到紧急停车模式；一般来说，无论是正常试验过程还是带有突发情况不能继续进行的试验都应由自动流程自行解决。如遇紧急情况由风洞试验指挥人员发号指令进行人为停车。

进一步，在本申请实施例所提供的方案中，自动操作模式具备以下特点：

自动操作模式对应该汽车环境风洞运行控制系统的自动流程，只需人为在自动流程开始前设置参数，并输入开始指令，自动流程即开始，自动执行每一条指令；

自动流程运行指令的设置可以通过在自动流程参数设置界面上设置，也可以通过下载已经编辑好的参数文件进行设置；

自动流程相关运行指令可以在自动流程参数界面上进行保存、编辑、调用；

自动流程运行指令以时间和逻辑判断两者结合的形式为基准，作为运行指令逐一运行下去的判断依据，即每条运行指令按照时间顺序添加，但同时进行该指令运行前置条件是否具备的判断，如若在某条指令运行设置的时间点上前置条件具备则运行该指令，如若前置条件不具备，则等待条件具备，剩余运行指令则根据等待时间依次向后推迟相同等待时间。

为了便于理解自动操作模式的过程，下面对自动操作模式对应自动流程进行简要介绍，具体过程如下所示：

自动流程运行指令下载完成且发送开始指令，自动流程开始；

计算机根据接收到的自动流程运行指令序列，进行逻辑判断前置条件是否满足后，根据时间先后顺序依次向实时控制器发送运行指令；

实时控制器接收到运行指令后，分别向各分系统发送相应运行指令，并实时接收各分系统反馈的运行参数；

在运行过程中，实时控制器和计算机分别监测各分系统反馈故障报警信号及急停信号，如若未收到该类信号，自动流程继续，如若收到该类信号自动流程的自动判断是否需要中断自动流程等待故障解除或者终断自动流程，并反馈给计算机显示终断。

进一步，在本申请实施例所提供的方案中，WTCS系统还包括急停按钮6，所述急停按钮6用于根据操作人员输入的暂停指令控制系统暂停运行。为了便于理解下面分别对急停模式进行简要介绍。

(1)、软件界面急停和急停按钮之间的关系

硬件急停的信号通过实时控制器直接读进WTCS系统，软件急停由上位机主界面发送到下位机和其他分系统；

硬件急停信号由下位机通过上下位机通讯的形式传递给上位机，可以单独显示，也可以直接触发软件急停功能(与软件急停按钮采用同一个按钮)。

(2)、各类急停的位置和功能设置

硬件急停设置在WTCS系统操作台上，便于操作人员操作的位置，其接线形式为DCS系统供电，急停信号经由DCS系统控制柜内的继电器分配到WTCS系统和其他相关系统；

软件急停布置在主界面右下角的位置，在不妨碍正常操作的同时方便操作员操作；

两种急停都应设置防误操作的功能；

软硬件急停应具备相同的功能：发送信号到本系统和各分系统，执行WTCS系统自身和相关系统的急停功能；(整个风洞的急停定义应进行统一讨论)；

WTCS系统的急停功能包括：接受到急停信号后执行WTCS系统的急停工艺(紧急情况下的停车流程)。

进一步，WTCS系统对汽车环境风洞中各分系统进行控制之后，会对各分系统的数据进行管理、存储、导出以及生成测试报告。具体过程如下：

1、数据管理和存储：

数据处理软件可以对本地数据或者网络远程数据进行精确查找、筛选，并能对查找到的内容进行保存，具体表格形式由买方确定。

2、数据导出

测试数据可以根据买方的要求进行导出，以便于研发工程师对数据进行评价。导出的数据可以是：测试车辆的相关数据(型号、ID、几何尺寸、重量等……)；选定的测试数据；插入的备注等。数据可以导出为Excel格式或者ASCII文本格式。

3、测试报告

可以在数据处理软件上进行报表编辑，并可以将自定义的报告作为模板进行存储，以便于进行报表的快速生成。具体的，参见图4，本申请实施例所提供的一种汽车环境风洞试验运行控制系统控制的流程示意图。

本申请实施例所提供的方案中，一方面，通过计算机设备1以及实时控制子系统2构建一个统一控制系统，该控制系统将汽车环境风洞中各分系统整合到一起进行管理控制；另一方面，通过计算机设备1以及实时控制子系统2实现对汽车环境风洞中各分系统自动化控制。因此，本申请实施例所提供的方案，通过构建高效、统一自动化控制系统大大缩短了风洞运营的人力数量要求，极大提高了风洞的自动化运行程度，并且进一步保障了整个汽车环境风洞的健康安全运行。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种汽车环境风洞试验运行控制系统，其特征在于，包括：计算机设备、以及实时控制子系统；其中，

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个分系统包括：风机系统、底盘测功机系统、流场校测系统、阳光模拟系统、车辆数据采集系统和集散控制系统DCS；

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述实时控制器，包括：通信模块、数字量IO模块以及模拟量IO模块；其中，

所述通信模块，包括CAN通信模块和NI PROFINET模块；所述CAN通信模块，用于与所述车辆数据采集系统进行通信连接；所述NI PROFINET模块，用于与所述DCS系统进行通信连接；

所述数字量IO模块；用于输入/输出数字量数据；

所述模拟量IO模块，用于输入/输出模拟量数据。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，当对所述风机系统以及所述底盘测功机系统进行控制时，所述实时控制子系统，具体用于：

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，当对所述风机系统进行控制时，所述实时控制子系统，具体用于：

6.如权利要求1～5任一项所述的系统，其特征在于，所述计算机设备，还用于：

7.如权利要求1～5任一项所述的系统，其特征在于，所述计算机设备，还用于：

8.如权利要求1～5任一项所述的系统，其特征在于，所述计算机设备，还用于：

根据预设的流场校测位置配置表采集数据，采集并保存汽车环境风洞的风速、温度和湿度；

9.如权利要求1～5任一项所述的系统，其特征在于，还包括：传感器子系统；所述传感器子系统包括高精度差压传感器、高精度大气压传感器、高精度温湿度传感器及平均温度传感器，用于采集汽车环境风洞中的温度参数、差压参数、大气压参数以及湿度参数，并将所述温度参数、所述差压参数、所述大气压参数以及所述湿度参数发送给所述计算机设备和所述实时控制子系统。

10.如权利要求1～5任一项所述的系统，其特征在于，还包括：客户端、切换开关以及急停按钮；其中，