CN117949160A - 一种用于消除汽车风洞地面边界层的试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风洞试验领域，特别是一种用于消除汽车风洞地面边界层的试验系统，包括用于承载试验汽车的上转台面，及用于支撑上转台面的天平机构，及设置在上转台面中心的中心带机构，及分布在中心带机构两侧用于对四个车轮进行传动的车轮带机构，及用于对试验汽车边界进行空气动力学模拟的边界层机构，及用于对整个装置进行控制的主控单元；所述中心带机构包括框架基体，及分别转动在框架基体两端的主动辊和从动辊，及套设在主动辊和从动辊上的中心带。本发明正确模拟车辆在道路上行驶的边界条件，准确获得车辆的空气动力学参数。

Description

一种用于消除汽车风洞地面边界层的试验系统

技术领域

本发明涉及风洞试验领域，特别是一种用于消除汽车风洞地面边界层的试验系统。

背景技术

整个汽车行业都在朝着降低二氧化碳排放和提高能源效率的方向发展，特别是对于更高的驾驶速度，这可以通过最小化空气动力阻力来实现。此外，空气动力下压力对于维持甚至提高车辆的操纵性能是至关重要的。为了在风洞试验中优化车辆的气动效率，必须正确模拟车辆在道路上行驶的边界条件。

风洞试验是飞行器或汽车在研制工作中的一个不可缺少的组成部分。这种试验方法，流动条件容易控制。试验时，常将模型或实物固定在风洞中进行反复吹风，通过测控仪器和设备取得试验数据。但是，真实飞行或行驶时，静止大气是无边界的，因为实际中是车在跑，而风不动，所以风不会在地面上形成边界层。而在风洞中，气流是有边界的，边界的存在使风洞流场有别于真实飞行的流场，主要的边界是风在接近地面形成的边界层。这种边界效应将导致试验对象的空气动力学参数得不到准确的测量。因此，在风洞试验中试验段的地面往往是需要移动起来的。目前的方法是在风洞中使用回转运动的移动带来模拟移动路面，其中移动带具有大幅面的平整上表面，并且速度与风速相同。目前的模拟方式是用一条大长宽带，汽车在上面跑，但是这样汽车不好固定，需要旁边的支架把它架起来。但是，支架会对风场产生扰流，并且需要改装汽车。还有一种方法是，不用这种支架，但是力传感器需要布置在移动带的下面，导致测力精度、重复度不高。因此，需要一种测量精度高、重复性高且操作简单的风洞试验装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于消除汽车风洞地面边界层的试验系统，正确模拟车辆在道路上行驶的边界条件，准确获得车辆的空气动力学参数。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种用于消除汽车风洞地面边界层的试验系统，包括用于承载试验汽车的上转台面，及用于支撑上转台面的天平机构，及设置在上转台面中心的中心带机构，及分布在中心带机构两侧用于对四个车轮进行传动的车轮带机构，及用于对试验汽车边界进行空气动力学模拟的边界层机构，及用于对整个装置进行控制的主控单元；所述中心带机构包括框架基体，及分别转动在框架基体两端的主动辊和从动辊，及套设在主动辊和从动辊上的中心带。

所述天平机构包括用于支撑上转台面的上天平组件，及周向均匀固定在上天平组件下端面的多个测力传感器，及固定在多个测力传感器下方的下天平组件。

所述中心带机构还包括吸浮冷却单元，所述吸浮冷却单元包括真空预压空气轴承模组、高压模组、负压模组、跳动位移传感器模组、温度传感器模组，真空预压空气轴承模组包括多个真空预压空气轴承，多个真空预压空气轴承均匀安装在框架基体的上端且位于中心带工作面的下方，每个真空预压空气轴承均与高压模组和负压模组连接，跳动位移传感器模组安装在框架基体上，用于判断中心带的位置变化，温度传感器模组由四个温度传感器组成，综合监测中心带的温度。

所述中心带机构还包括主动辊轴承座、主动辊轴承座调整块、驱动伺服电机和减速器，主动辊的两端均转动连接有主动辊轴承座，两个主动辊轴承座均通过螺栓固定在框架基体上，两个主动辊轴承座调整块均固定在框架基体上，驱动伺服电机固定在框架基体内，驱动伺服电机通过减速器传动主动辊转动，所述框架基体靠近主动辊端固定有速度传感器支架，速度传感器支架上固定有速度传感器，用于实时监测中心带的速度。

所述中心带机构还包括分别安装在从动辊两端的两个张紧纠偏单元，用于控制中心带张紧程度及对中心带进行纠偏，每个所述张紧纠偏单元均包括光电开关、偏移传感器、偏移传感器支架、液压缸、从动辊轴承座和轴承座滑动导轨，从动辊轴承座转动在从动辊的端头处，从动辊轴承座滑动在轴承座滑动导轨上，轴承座滑动导轨固定在框架基体上，液压缸固定在从动辊轴承座与框架基体之间，偏移传感器支架安装在从动辊轴承座上，偏移传感器安装在偏移传感器支架上，光电开关安装在框架基体上。

所述边界层机构包括中心带预抽吸模块、中心带切向吹风模块、车轮带切向吹风模块、分布式抽吸模块，中心带预抽吸模块、中心带切向吹风模块、车轮带切向吹风模块、分布式抽吸模块均设置在上转台面上。

每个所述车轮带机构均包括车轮带、驱动轴系、主驱动电机、驱动侧支撑轴承座、驱动侧对侧支撑轴承座、车轮带纠偏液压缸、从动辊可调轴承座、连接体、车轮带从动辊和车轮带驱动辊，所述驱动侧支撑轴承座和驱动侧对侧支撑轴承座固定在平面位移部的上端，连接体的两端分别固定有驱动侧支撑轴承座和驱动侧对侧支撑轴承座，车轮带驱动辊转动在驱动侧支撑轴承座和驱动侧对侧支撑轴承座之间，两个从动辊可调轴承座分别转动在连接体的两端，车轮带从动辊转动在两个从动辊可调轴承座之间，驱动侧支撑轴承座和驱动侧对侧支撑轴承座上均转动有车轮带纠偏液压缸，两个车轮带纠偏液压缸分别与两个从动辊可调轴承座转动连接，主驱动电机固定在驱动侧支撑轴承座上，且通过驱动轴系传动车轮带驱动辊转动，车轮带套设在车轮带驱动辊和车轮带从动辊上。

每个所述车轮带机构均还包括车轮带纠偏位移传感器、拖拽力传感器和垫座，所述拖拽力传感器固定在驱动侧支撑轴承座和驱动侧对侧支撑轴承座与垫座之间，两个车轮带纠偏位移传感器均安装在拖拽力传感器上，用于对车轮带的轴向位置进行检测。

还包括四个分别对试验汽车四角的裙边进行支撑和约束的约束支撑机构。

还包括安装在上天平组件上，并用于对四个约束支撑机构位置及四个车轮带机构位置进行调整的位移调整机构。

附图说明

图1是用于消除汽车风洞地面边界层的试验系统的整体示意图；

图2是举升单元将试验汽车举升状态的结构示意图；

图3至图5是中心带机构的结构示意图；

图6是用于消除汽车风洞地面边界层的试验系统的局部结构示意图；

图7至图9、图14是位移调整机构的结构示意图；

图10至图13是车轮带机构的结构示意图；

图15至18是约束支撑机构的结构示意图；

图19是边界层机构的结构示意图；

图20是举升单元的结构示意图；

图21是地板转台机构的结构示意图；

图22为主控单元进行控制的示意图。

图中：

上转台面1；中心带机构2；车轮带机构3；约束支撑机构4；举升单元5；支撑基座6；上天平组件7；测力传感器8；下天平组件9；下转台单元10；中心带11；吸浮冷却单元12；框架基体13；张紧纠偏单元14；主动辊15；主动辊轴承座16；从动齿形带轮17；主动辊轴承座调整块18；齿形带19；主动齿形带轮20；防护罩21；速度传感器22；速度传感器支架23；驱动伺服电机24；减速器25；从动辊26；光电开关27；偏移传感器28；偏移传感器支架29；液压缸30；从动辊轴承座31；轴承座滑动导轨32；操纵口33；夹持架34；电动缸35；轮向光栅37；轮向丝杠38；轮向导轨39；轮向滑块40；导轨支撑板41；电缸和垫座支撑板42；轴向滑块43；轴向导轨44；轮向读数器连接块45；轮向读数器46；轮向螺母座47；轴向螺母座48；轴向读数器49；轴向读数器连接块50；轴向丝杠51；轴向丝杠座52；轴向电机支座53；轴向电机54；轴向光栅55；轮向电机56；车轮带57；驱动轴系58；主驱动电机59；驱动侧支撑轴承座60；驱动侧对侧支撑轴承座61；车轮带纠偏液压缸62；从动辊可调轴承座63；气浮轴承64；气浮轴承座65；车轮带从动辊66；车轮带纠偏位移传感器67；拖拽力传感器68；垫座69；连接体70；车轮带驱动辊73；连接螺钉74；连接定位销轴75；基体连接螺钉76；基体连接定位销77；轮向位移传感器78；轴向检测块79；轴向位移传感器80；轮向检测块81；支撑立柱83；机器视觉相机84；纵向位移传感器85；电缸86；电缸支座87；顶盖91；转盘轴承92；外齿壳93；内齿壳94；转盘轴承95；旋转电机座96；旋转电机97；传动齿轮98；驱动齿轮99；方形永磁体100；旋转磁铁辊101；插入式永磁体102；输出齿轮103；中心带预抽吸模块104；中心带切向吹风模块105；分布式抽吸模块107；举升单元锁紧机构108；举升单元伸长位移传感器109；伸长液压缸110；举升液压缸111；举升单元旋转电机112；外齿轮113；举升单元转盘轴承114；举升单元驱动外齿轮115；举升单元旋转电机支座116；环形齿条117；转台驱动液压马达118。

具体实施方式

如图1-22所示：

一种用于消除汽车风洞地面边界层的试验系统，包括用于承载试验汽车的上转台面1，及用于支撑上转台面1的天平机构，及设置在上转台面1中心的中心带机构2，及分布在中心带机构2两侧用于对四个车轮进行传动的车轮带机构3，及用于对试验汽车边界进行空气动力学模拟的边界层机构，及用于对整个装置进行控制的主控单元；所述中心带机构2包括框架基体13，及分别转动在框架基体13两端的主动辊15和从动辊26，及套设在主动辊15和从动辊26上的中心带11。

在试验时，四个车轮带机构3分别对四个车轮进行驱动，中心带机构2位于试验汽车的底部，并通过边界层机构对试验汽车边界进行空气动力学模拟，从而形成正确模拟车辆在道路上行驶的边界条件，准确获得车辆的空气动力学参数。

进一步的：

所述天平机构包括用于支撑上转台面1的上天平组件7，及周向均匀固定在上天平组件7下端面的多个测力传感器8，及固定在多个测力传感器8下方的下天平组件9。

通过多个测力传感器8用来测量试验汽车1受到的风洞来流的六向力和力矩。

如图1-22所示：

所述中心带机构2还包括吸浮冷却单元12，所述吸浮冷却单元12包括真空预压空气轴承模组、高压模组、负压模组、跳动位移传感器模组、温度传感器模组，真空预压空气轴承模组包括多个真空预压空气轴承，多个真空预压空气轴承均匀安装在框架基体13的上端且位于中心带11工作面的下方，每个真空预压空气轴承均与高压模组和负压模组连接，跳动位移传感器模组安装在框架基体13上，用于判断中心带11的位置变化，温度传感器模组由四个温度传感器组成，综合监测中心带11的温度。

所述吸浮冷却单元可保持中心带的平整。每个真空预压空气轴承上表面具有均匀密度的微纳孔隙，用来吹高压气体。每个真空预压空气轴承的中心环形区用作形成真空区域。高压模组由空气压缩机、气罐、冷却干燥机、电控调压阀组成，可提供低温高压气体，实现通过真空预压空气轴承为中心带11提供上拉力和冷却的目的。负压模组由真空泵、真空调节阀等组成，通过真空预压空气轴承可实现对中心带11的抽吸，为中心带11提供下拉力。跳动位移传感器模组是非接触激光传感器，通过射出激光并接收反射光从而判断移动带的位置变化。在中心带11工作面下方均布多个激光位移传感器，在中心带11初始平整位置进行归零，当中心带11工作面表面各位置发生跳动时，根据各激光位移传感器所测中心带11位移变化，进行插值平滑处理后绘制三维表面形貌图，并根据中心带11位移变化，调整对应真空预压空气轴承的高压/负压，从而为不同区域的中心带11提供不同的支撑力，以保证中心带11的平整。温度传感器模组由四个温度传感器组成，可综合监测中心带的温度。当检测到中心带温度达到一定阈值时，控制冷干机输出温度更低的高压气体。

每个真空预压空气轴承都是单独控制的。中心带11高速运行时，当试验模型或实物调整姿态导致中心带11上表面受到的载荷变化时，由多个位移传感器监测各区域中心带11上表面的起伏状态。当检测到中心带11某区域上表面起伏超过一定阈值时，由控制单元控制该区域真空调节阀来输出不同的负压，以达到调节该区域中心带11上表面抗压抗拉能力的目的，进而保证中心带11上表面的平整。当中心带11上表面的起伏剧烈，通过调整负压大小无法满足时，由控制单元调整对应区域电控调压阀来控制输出气体的压力值，再配合负压调节，保证中心带11平整以应对恶劣工况。

如图1-22所示：

所述中心带机构2还包括主动辊轴承座16、主动辊轴承座调整块18、驱动伺服电机24和减速器25，主动辊15的两端均转动连接有主动辊轴承座16，两个主动辊轴承座16均通过螺栓固定在框架基体13上，两个主动辊轴承座调整块18均固定在框架基体13上，驱动伺服电机24固定在框架基体13内，驱动伺服电机24通过减速器25传动主动辊15转动，所述框架基体13靠近主动辊15端固定有速度传感器支架23，速度传感器支架23上固定有速度传感器22，用于实时监测中心带11的速度。

其中，主动辊15的一端固定有从动齿形带轮17，减速器25的输出轴上固定有主动齿形带轮20，从动齿形带轮17和主动齿形带轮20通过齿形带19传动连接，且在框架基体13上固定有防护罩21对传动部件进行遮盖保护；

当通过主动辊轴承座调整块18对主动辊轴承座16的位置进行微调时，转动螺纹安装在主动辊轴承座调整块18侧面的螺栓，对主动辊轴承座16进行顶动，从而形成对主动辊轴承座16位置的微调。

如图1-22所示：

所述中心带机构2还包括分别安装在从动辊26两端的两个张紧纠偏单元14，用于控制中心带11张紧程度及对中心带11进行纠偏，每个所述张紧纠偏单元14均包括光电开关27、偏移传感器28、偏移传感器支架29、液压缸30、从动辊轴承座31和轴承座滑动导轨32，从动辊轴承座31转动在从动辊26的端头处，从动辊轴承座31滑动在轴承座滑动导轨32上，轴承座滑动导轨32固定在框架基体13上，液压缸30固定在从动辊轴承座31与框架基体13之间，偏移传感器支架29安装在从动辊轴承座31上，偏移传感器28安装在偏移传感器支架29上，光电开关27安装在框架基体13上。

通过偏移传感器28监测到中心带11偏移时，对应侧液压缸30顶出，使其对应的从动辊轴承座31在轴承座滑动导轨32上滑动，从而使该侧中心带11张紧程度更高，从而达到纠偏的目的。通过速度传感器22实时监测中心带的速度，当发现中心带11打滑失速时，两侧液压缸30同时顶出，张紧中心带11使中心带11速度匹配；

当纠偏操作无法阻挡中心带11的偏移而触发光电开关27时，控制单元控制装置停止运行。

如图1-22所示：

所述边界层机构包括中心带预抽吸模块104、中心带切向吹风模块105、车轮带切向吹风模块106、分布式抽吸模块107，中心带预抽吸模块104、中心带切向吹风模块105、车轮带切向吹风模块106、分布式抽吸模块107均设置在上转台面1上。

其中，中心带预抽吸模块104和分布式抽吸模块107由布置在上转台面1上的多孔板和布置在上转台面1下方的抽风机组成。中心带切向吹风模块105、车轮带切向吹风模块106由引流通道，通过接引风洞来流实现。从而进一步优化车辆附近的边界层，使车辆的空气动力学模拟更加准确。

如图1-22所示：

每个所述车轮带机构3均包括车轮带57、驱动轴系58、主驱动电机59、驱动侧支撑轴承座60、驱动侧对侧支撑轴承座61、车轮带纠偏液压缸62、从动辊可调轴承座63、连接体70、车轮带从动辊66和车轮带驱动辊73，所述驱动侧支撑轴承座60和驱动侧对侧支撑轴承座61固定在平面位移部4的上端，连接体70的两端分别固定有驱动侧支撑轴承座60和驱动侧对侧支撑轴承座61，车轮带驱动辊73转动在驱动侧支撑轴承座60和驱动侧对侧支撑轴承座61之间，两个从动辊可调轴承座63分别转动在连接体70的两端，车轮带从动辊66转动在两个从动辊可调轴承座63之间，驱动侧支撑轴承座60和驱动侧对侧支撑轴承座61上均转动有车轮带纠偏液压缸62，两个车轮带纠偏液压缸62分别与两个从动辊可调轴承座63转动连接，主驱动电机59固定在驱动侧支撑轴承座60上，且通过驱动轴系58传动车轮带驱动辊73转动，车轮带57套设在车轮带驱动辊73和车轮带从动辊66上。

其中，从动辊可调轴承座63内并排设置有深沟球轴承71和圆锥滚子轴承72，用于与车轮带从动辊66的轴头安装；

在对车轮驱动时，启动主驱动电机59传动车轮带驱动辊73转动，继而带动车轮带57转动，从而通过摩擦力传动车轮转动，而且，通过两个车轮带纠偏液压缸62的伸缩，分别对两个从动辊可调轴承座63与车轮带驱动辊73中心线的间距进行调整，从而形成车轮带从动辊66两端对车轮带57张紧力的调节，达到对车轮带57进行纠偏的目的，继而保证对车轮的驱动，其中，一般情况下，两个车轮带纠偏液压缸62同时调节为张紧调节，两个车轮带纠偏液压缸62分别调节为纠偏调节；

此外，通过加大两侧车轮带纠偏液压缸62的伸出，可以使车轮驱动装置倾斜，从而模拟车轮爬坡或下坡时的空气动力学特性。

所述车轮带机构3还包括气浮轴承64和气浮轴承座65；气浮轴承座65的两端分别固定在驱动侧支撑轴承座60和驱动侧对侧支撑轴承座61上，所述气浮轴承64固定在气浮轴承座65上用于对车轮带57进行支撑。

通过定制的气浮轴承64可为车轮带57提供支撑，使车轮带57保持平整。

如图1-22所示：

每个所述车轮带机构3均还包括车轮带纠偏位移传感器67、拖拽力传感器68和垫座69，所述拖拽力传感器68固定在驱动侧支撑轴承座60和驱动侧对侧支撑轴承座61与垫座69之间，两个车轮带纠偏位移传感器67均安装在拖拽力传感器68上，用于对车轮带57的轴向位置进行检测。

通过拖拽力传感器68能够测定车轮在风洞模拟试验时的三向力；

其中连接体70与驱动侧支撑轴承座60和驱动侧对侧支撑轴承座61通过连接螺钉74和连接定位销轴75固定连接；驱动侧支撑轴承座60和驱动侧对侧支撑轴承座61与拖拽力传感器68通过基体连接螺钉76和基体连接定位销77固定连接。

通过车轮带纠偏位移传感器67能够实时监测纠偏：当车轮带57遮挡一侧车轮带纠偏位移传感器67的监测点时，即车轮带57偏移，在高速旋转下车轮带57偏移会导致车轮带57脱离辊子，该侧的车轮带纠偏液压缸62顶出一定距离，致使车轮带从动辊66倾斜，从而将车轮带57纠回原位。保证车轮带57在两辊之间稳定运行。

如图1-22所示：

还包括四个分别对试验汽车四角的裙边进行支撑和约束的约束支撑机构4。

约束支撑机构4包括支撑单元和锁紧单元；

所述支撑单元包括支撑立柱83、机器视觉相机84、纵向位移传感器85、电缸86和电缸支座87，电缸86固定在电缸支座87，支撑立柱83滑动在电缸86内，机器视觉相机84固定在电缸支座87上，纵向位移传感器85安装在电缸86上；

所述锁紧单元包括顶盖91、转盘轴承92、外齿壳93、内齿壳94、转盘轴承95、旋转电机座96、旋转电机97、传动齿轮98、驱动齿轮99、方形永磁体100、旋转磁铁辊101、插入式永磁体102和输出齿轮103；旋转电机座96固定在支撑立柱83上端，内齿壳94的下端通过转盘轴承95转动连接在旋转电机座96的上端，外齿壳93配合连接在内齿壳94内，外齿壳93的下端设有传动齿轮98，驱动齿轮99转动在旋转电机座96内且与传动齿轮98啮合传动，旋转电机97固定在旋转电机座96的侧端且传动驱动齿轮99，顶盖91通过转盘轴承92转动在外齿壳93的上端，顶盖91内孔上端设有方形永磁体100，顶盖91内孔横向转动有旋转磁铁辊101，旋转磁铁辊101内设有插入式永磁体102，输出齿轮78设置在旋转磁铁辊101的一端且与外齿壳93的上端传动连接。

在锁紧时，通过电缸86动作，控制支撑立柱83顶出，进而支撑立柱83顶着锁紧机构向上运动，使顶盖91贴近汽车裙边后，通过启动旋转电机97，通过驱动齿轮99、传动齿轮98带动外齿壳93旋转，进而通过输出齿轮103传动旋转磁铁辊101旋转180°，从而使旋转磁铁辊101内的插入式永磁体102与上方的方形永磁体100形成磁力吸盘，进而对汽车裙边进行固定，达到固定试验汽车1的目的。此种锁紧单元，是为了适应不同汽车的底部裙边。

支撑单元为锁紧单元提供纵向位移，从而达到支撑汽车的目的。此外，通过调整4套支撑单元的不同高度，可实现对汽车底盘高度、俯仰角度等多姿态的调整。高度由纵向位移传感器85监测，锁紧单元的顶盖91与汽车裙边的相对位置由机器视觉相机84获得。

如图1-22所示：

还包括安装在上天平组件7上，并用于对四个约束支撑机构4位置及四个车轮带机构3位置进行调整的位移调整机构。

所述位移调整机构包括支撑基座6、轮向位移模组和轴向位移模组，两个支撑基座6并排固定在上天平组件7的上端面，两个轮向位移模组分别连接在两个支撑基座6上，每个轮向位移模组上连接有四个轴向位移模组，四个电缸支座87分别固定在其中四个轴向位移模组上；四个垫座69分别固定在另四个轴向位移模组上；

每个所述轮向位移模组均包括轮向光栅37、轮向丝杠38、轮向导轨39、轮向滑块40、导轨支撑板41、轮向读数器连接块45、轮向读数器46、轮向螺母座47、轮向电机56；两个轮向导轨39平行固定在支撑基座6的上端，四个导轨支撑板41通过轮向滑块40滑动在两个轮向导轨39上，轮向丝杠38固定在支撑基座6上且与两个轮向导轨39平行，四个轮向螺母座47分别固定在四个导轨支撑板41的下端，四个轮向电机56分别固定在四个导轨支撑板41上分别对四个轮向螺母座47内的螺纹套进行传动，螺纹套螺纹连接在对应的轮向丝杠38上；轮向光栅37固定在支撑基座6上且与轮向导轨39平行，四个轮向读数器连接块45分别固定在四个导轨支撑板41的下端面，四个轮向读数器46固定在四个轮向读数器连接块45上，四个轮向读数器46与轮向光栅37对应。

通过轮向电机56传动轮向螺母座47内的螺纹套转动，使螺纹套与轮向丝杠38螺纹传动，从而能够使螺纹套通过轮向螺母座47带动导轨支撑板41移动，使导轨支撑板41通过轮向滑块40在轮向导轨39上滑动，继而形成约束支撑机构4进行轮向的位移。通过轮向光栅37与对应的两个轮向读数器46的配合，能够精准判定与该轮向光栅37对应的四个约束支撑机构4及四个车轮带机构3的轮向的位置。

每个轴向位移模组均包括电缸和垫座支撑板42、轴向滑块43、轴向导轨44、轴向螺母座48、轴向读数器49、轴向读数器连接块50、轴向丝杠51、轴向丝杠座52、轴向电机支座53、轴向电机54、轴向光栅55；

两个轴向导轨44固定在导轨支撑板41上，两个轴向丝杠座52固定在导轨支撑板41上，轴向丝杠51的两端转动在两个轴向丝杠座52上，轴向电机54通过轴向电机支座53固定在导轨支撑板24上，轴向电机54传动轴向丝杠51，电缸和垫座支撑板42通过轴向滑块43滑动在两个轴向导轨44上，轴向螺母座48固定在电缸和垫座支撑板42的下端，轴向螺母座48与轴向丝杠51螺纹连接。轴向光栅55固定在导轨支撑板41上与两个轴向导轨44平行，轴向读数器连接块50固定在电缸和垫座支撑板42的下端，轴向读数器49固定在轴向读数器连接块50上，轴向读数器49与轴向光栅55对应。

通过轴向电机54传动轴向丝杠51，继而螺纹传动轴向螺母座48带动电缸和垫座支撑板42移动，使电缸和垫座支撑板42通过轴向滑块43在轴向导轨44上滑动，继而形成电缸和垫座支撑板42带动约束支撑机构4进行轴向位移。通过轴向光栅55与轴向读数器49的配合，能够精准判定约束支撑机构4和车轮带机构3轴向的位置。

所述位移调整机构还包括轮向位移传感器78、轴向检测块79、轴向位移传感器80和轮向检测块81，轮向检测块81和轮向位移传感器78分别安装在同一轮向上两个电缸和垫座支撑板42上的，轴向检测块79和轴向位移传感器80分别安装在同一轴向上的四个电缸和垫座支撑板42上的。

通过同一轮向上的轮向检测块81和轮向位移传感器78的配合，能够对该轮向上的两个约束支撑机构4或两个车轮带机构3相对位置进行检测，通过同一轴向上的轴向检测块79和轴向位移传感器80的配合，能够对该轴向上的两个约束支撑机构4或两个车轮带机构3相对位置进行检测；以适应不同汽车的轴距、轮距、裙边距离。

如图1-22所示：

还包括用于更换中心带11的辅助换带单元，所述辅助换带单元包括操纵口33、夹持架34和电动缸35，所述框架基体13侧向贯穿设有多个操纵口33，夹持架34能够插入多个操纵口33内，框架基体13的四角处均安装有电动缸35，四个电动缸35固定在上天平组件7上。

其中，夹持架34一端是开口的相当于一个类似叉车的结构，换带步骤是：1.通过电动缸35顶出中心带机构2，直至操纵口33高于上转台面1；2.将夹持架34插入操纵口33，配合吊装设备进行吊装悬浮；3.将中心带机构2的液压缸30收回到最短，从而使中心带11彻底松弛；4.从夹持架34开口的一端进行换带；5.张紧新带。

如图1-22所示：

还包括地板转台机构，地板转台机构主要功能是调整试验车辆与风洞来流之间的夹角，以模拟偏航姿态下试验车辆的空气动力学负载。地板转台机构包括上转台单元、下转台单元10、转台驱动单元、举升单元组成。

所述上转台单元包括上转台面1、上转台轨道、多个上转台滑块、上转台支撑。其中上转台支撑安装在地面上，上转台轨道安装在上转台支撑上。多个上转台滑块安装在上转台面1上，并与上转台轨道配合。此外，上转台面1与上天平组件7通过连接板相连。

所述下转台单元10包括下转台基座、下转台轨道、多个上转台滑块、下转台连接件。其中下转台基座安装在地面上，下转台轨道安装在下转台基座上。多个下转台滑块安装在下转台连接件上，并与下转台轨道配合。此外，下转台连接件与天平机构通过螺栓相连。

所述转台驱动单元包括环形齿条117、转台驱动齿轮、转台驱动液压马达118。环形齿条117安装在下转台连接件上，转台驱动齿轮与转台驱动液压马达118配合，转台驱动液压马达固定在地面上。

所述举升单元5包括举升单元锁紧机构108、举升单元伸长位移传感器109、伸长液压缸110、举升液压缸111、举升单元旋转电机112、外齿轮113、举升单元转盘轴承114、举升单元驱动外齿轮115、举升单元旋转电机支座116。所述外齿轮113通过举升单元转盘轴承114转动在上天平组件7上，举升液压缸111固定在外齿轮113上，伸长液压缸110横向固定在举升液压缸111的上端，举升单元锁紧机构108固定在举升液压缸111的伸缩端，举升单元伸长位移传感器109固定在伸长液压缸110上，举升单元旋转电机112通过举升单元旋转电机支座116固定在上天平组件7上，举升单元旋转电机112通过举升单元驱动外齿轮115传动举升单元转盘轴承114转动。

当需要对汽车底部进行操作时，首先控制举升液压缸111升起到与车轮中心平齐的高度，随后控制举升单元旋转电机112转动，使举升单元锁紧机构108朝向车轮附近的裙边，然后伸长液压缸110顶出，当举升单元锁紧机构108移动到汽车裙边时，利用举升单元锁紧机构108锁紧裙边。最后，通过举升液压缸111举升汽车到合适位置。在此过程中，举升高度、伸长长度、转动角度分别通过举升位移传感器、举升单元伸长位移传感器109、角度传感器监测反馈；

其中，举升单元锁紧机构108为在端头处设置与汽车裙边相匹配的凹槽，再通过螺栓将汽车裙边顶紧在凹槽内，形成锁定。

所述控制单元采集所需信号，经自动处理后将执行信号向各个执行部件传输。同时，通过人机交互界面，操作员可以监测并主动控制装置的运行。

进一步的：

所述控制单元主要由6个部分组成，分别是：状态检测系统、驱动控制系统、张紧纠偏控制系统、气浮控制系统、冷却控制系统、边界层控制系统。通过状态检测系统采集所需信号，经主控单元自动处理后将执行信号向各子系统传输。同时，通过人机交互界面，操作员可以监测并主动控制五带移动路面系统的运行。

本装置的工作原理为：

当汽车在风洞中进行移动路面模拟时，以输入的试验汽车数据“轮距、轴距、裙边间距等”为准，通过位移调整机构和机器视觉相机84实时监测4套约束支撑机构的相对位置，并通过轴向电机54和轮向电机56调整每套约束支撑机构在平面内的位置，并利用光栅确定和反馈位移距离，最终调整到与汽车数据相对应。当4套约束支撑机构对准汽车裙边后，控制电缸86驱动支撑立柱83伸出，并利用纵向位移传感器85实时监测支撑立柱83上端顶盖顶出的高度。当顶盖91贴紧汽车裙边时，利用锁紧单元固定汽车车身。锁紧实现方法为：通过给旋转电机97信号，使其驱动内齿壳94旋转，进而带动旋转磁铁辊101旋转180°，从而与上方方形永磁体100形成磁力吸盘，进而对汽车裙边进行固定。此外，通过控制4套约束支撑机构顶出的高度，实时调整汽车的高度、俯仰角度等参数，从而模拟更多的汽车行驶姿态，此过程种支撑装置与汽车处于锁紧状态。

当车轮驱动机构3对准汽车车轮后，控制中心带机构驱动伺服电机24和主驱动电机59驱动中心带11和车轮带57转动。在此过程中，分别利用各自的纠偏位移传感器实时监测中心带11和车轮带57是否偏移。当中心带11和车轮带57偏移时，控制对应侧液压缸顶出，从而实现对中心带11和车轮带57的实时纠偏。利用速度传感器22实时监测中心带11和车轮带57是否失速，当中心带11失速时，控制两侧液压缸30同时顶出。两侧同时顶出相同距离，可以使从动辊26平移远离主动棍15，从而张紧中心带11。并在速度匹配时停止，当速度传感,22检测到的速度与驱动伺服电机24转速一样时，证明当前中心带11的张紧程度所提供的摩擦力足够，中心带11没有打滑，因此表明达到张紧要求，从而停止双侧液压缸30的顶出。并利用内置在吸浮冷却单元12的跳动位移传感器实时监测中心带11跳动量，并实时控制真空预压空气轴承的气压值，为中心带11提供平整表面。

当需要更换中心带11时，首先通过电动缸35顶出中心带机构，然后通过夹持架34插入操纵口33，并进行吊装，随后进行换带。夹持架34一端是开口的，从而可以进行中心带11的替换。

当需要对汽车底部进行操作时，首先控制举升液压缸111升起到与车轮中心平齐的高度，随后控制举升单元旋转电机112转动，使举升单元锁紧机构108朝向车轮附近的裙边，然后伸长液压缸110顶出，当举升单元锁紧机构108移动到汽车裙边时，利用举升单元锁紧机构108锁紧裙边。最后，通过控制举升液压缸111举升汽车到合适位置。在此过程中，举升高度、伸长长度、转动角度分别通过举升位移传感器、举升单元伸长位移传感器109、角度传感器监测反馈；

此外，通过边界层机构的抽吸模块和切向吹风模块进一步优化来流边界层。通过天平机构获得汽车的空气动力学参数。

Claims (10)

1.一种用于消除汽车风洞地面边界层的试验系统，其特征在于：包括用于承载试验汽车的上转台面(1)，及用于支撑上转台面(1)的天平机构，及设置在上转台面(1)中心的中心带机构(2)，及分布在中心带机构(2)两侧用于对四个车轮进行传动的车轮带机构(3)，及用于对试验汽车边界进行空气动力学模拟的边界层机构，及用于对整个装置进行控制的主控单元；所述中心带机构(2)包括框架基体(13)，及分别转动在框架基体(13)两端的主动辊(15)和从动辊(26)，及套设在主动辊(15)和从动辊(26)上的中心带(11)。

2.根据权利要求1所述的一种用于消除汽车风洞地面边界层的试验系统，其特征在于：所述天平机构包括用于支撑上转台面(1)的上天平组件(7)，及周向均匀固定在上天平组件(7)下端面的多个测力传感器(8)，及固定在多个测力传感器(8)下方的下天平组件(9)。

3.根据权利要求1所述的一种用于消除汽车风洞地面边界层的试验系统，其特征在于：所述中心带机构(2)还包括吸浮冷却单元(12)，所述吸浮冷却单元(12)包括真空预压空气轴承模组、高压模组、负压模组、跳动位移传感器模组、温度传感器模组，真空预压空气轴承模组包括多个真空预压空气轴承，多个真空预压空气轴承均匀安装在框架基体(13)的上端且位于中心带(11)工作面的下方，每个真空预压空气轴承均与高压模组和负压模组连接，跳动位移传感器模组安装在框架基体(13)上，用于判断中心带(11)的位置变化，温度传感器模组由四个温度传感器组成，综合监测中心带(11)的温度。

4.根据权利要求1所述的一种用于消除汽车风洞地面边界层的试验系统，其特征在于：所述中心带机构(2)还包括主动辊轴承座(16)、主动辊轴承座调整块(18)、驱动伺服电机(24)和减速器(25)，主动辊(15)的两端均转动连接有主动辊轴承座(16)，两个主动辊轴承座(16)均通过螺栓固定在框架基体(13)上，两个主动辊轴承座调整块(18)均固定在框架基体(13)上，驱动伺服电机(24)固定在框架基体(13)内，驱动伺服电机(24)通过减速器(25)传动主动辊(15)转动，所述框架基体(13)靠近主动辊(15)端固定有速度传感器支架(23)，速度传感器支架(23)上固定有速度传感器(22)，用于实时监测中心带(11)的速度。

5.根据权利要求1所述的一种用于消除汽车风洞地面边界层的试验系统，其特征在于：所述中心带机构(2)还包括分别安装在从动辊(26)两端的两个张紧纠偏单元(14)，用于控制中心带(11)张紧程度及对中心带(11)进行纠偏，每个所述张紧纠偏单元(14)均包括光电开关(27)、偏移传感器(28)、偏移传感器支架(29)、液压缸(30)、从动辊轴承座(31)和轴承座滑动导轨(32)，从动辊轴承座(31)转动在从动辊(26)的端头处，从动辊轴承座(31)滑动在轴承座滑动导轨(32)上，轴承座滑动导轨(32)固定在框架基体(13)上，液压缸(30)固定在从动辊轴承座(31)与框架基体(13)之间，偏移传感器支架(29)安装在从动辊轴承座(31)上，偏移传感器(28)安装在偏移传感器支架(29)上，光电开关(27)安装在框架基体(13)上。

6.根据权利要求1所述的一种用于消除汽车风洞地面边界层的试验系统，其特征在于：所述边界层机构包括中心带预抽吸模块(104)、中心带切向吹风模块(105)、车轮带切向吹风模块(106)、分布式抽吸模块(107)，中心带预抽吸模块(104)、中心带切向吹风模块(105)、车轮带切向吹风模块(106)、分布式抽吸模块(107)均设置在上转台面(1)上。

7.根据权利要求1所述的一种用于消除汽车风洞地面边界层的试验系统，其特征在于：每个所述车轮带机构(3)均包括车轮带(57)、驱动轴系(58)、主驱动电机(59)、驱动侧支撑轴承座(60)、驱动侧对侧支撑轴承座(61)、车轮带纠偏液压缸(62)、从动辊可调轴承座(63)、连接体(70)、车轮带从动辊(66)和车轮带驱动辊(73)，所述驱动侧支撑轴承座(60)和驱动侧对侧支撑轴承座(61)固定在平面位移部(4)的上端，连接体(70)的两端分别固定有驱动侧支撑轴承座(60)和驱动侧对侧支撑轴承座(61)，车轮带驱动辊(73)转动在驱动侧支撑轴承座(60)和驱动侧对侧支撑轴承座(61)之间，两个从动辊可调轴承座(63)分别转动在连接体(70)的两端，车轮带从动辊(66)转动在两个从动辊可调轴承座(63)之间，驱动侧支撑轴承座(60)和驱动侧对侧支撑轴承座(61)上均转动有车轮带纠偏液压缸(62)，两个车轮带纠偏液压缸(62)分别与两个从动辊可调轴承座(63)转动连接，主驱动电机(59)固定在驱动侧支撑轴承座(60)上，且通过驱动轴系(58)传动车轮带驱动辊(73)转动，车轮带(57)套设在车轮带驱动辊(73)和车轮带从动辊(66)上。

8.根据权利要求7所述的一种用于消除汽车风洞地面边界层的试验系统，其特征在于：每个所述车轮带机构(3)均还包括车轮带纠偏位移传感器(67)、拖拽力传感器(68)和垫座(69)，所述拖拽力传感器(68)固定在驱动侧支撑轴承座(60)和驱动侧对侧支撑轴承座(61)与垫座(69)之间，两个车轮带纠偏位移传感器(67)均安装在拖拽力传感器(68)上，用于对车轮带(57)的轴向位置进行检测。

9.根据权利要求1所述的一种用于消除汽车风洞地面边界层的试验系统，其特征在于：还包括四个分别对试验汽车四角的裙边进行支撑和约束的约束支撑机构(4)。

10.根据权利要求9所述的一种用于消除汽车风洞地面边界层的试验系统，其特征在于：还包括安装在上天平组件(7)上，并用于对四个约束支撑机构(4)位置及四个车轮带机构(3)位置进行调整的位移调整机构。