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長三角專業(yè)汽車制造、新能源、零部件展覽會

通用技術(shù)集團:突破重圍為汽車產(chǎn)業(yè)“造風”

中國汽研始建于1965年3月,系國家一類科研院所。擁有多個國家重點實驗室及科研平臺,如汽車噪聲振動和安全技術(shù)國家重點實驗室、我國中西部首座汽車風洞、我國首個國家氫能動力質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心、新能源汽車國家大數(shù)據(jù)聯(lián)盟西南分中心等。

在重慶,有這樣一個神秘的“洞”,內(nèi)部時而艷陽高照,時而雨雪傾盆,人間四季隨意切換。最令人稱奇的是,“洞”內(nèi)刮的風,一秒就值一歐元,被稱為“世界上最昂貴的風”。

如果不加以介紹,普羅大眾很難將其與當今炙手可熱的汽車制造業(yè)聯(lián)系起來,其實,這個“洞”就是“汽車風洞”。一輛汽車從開始設(shè)計,到制造完成,再到交付給消費者,需要經(jīng)歷無數(shù)次的實驗和測試。在“汽車風洞”環(huán)節(jié),巨大的人造風可模擬各種行車環(huán)境中遇到的空氣阻力、噪聲、熱力學狀態(tài),以及天氣環(huán)境甚至太陽輻射等,用以測試樣車的安全性和操縱穩(wěn)定性,最大限度地減少汽車在行駛中損失的動力,為設(shè)計更加節(jié)能、美觀的汽車提供條件。也正因如此,在這無數(shù)次的實驗和測試中,最燒錢的就是風洞測試。

據(jù)粗略計算,建造一個這樣規(guī)模的汽車風洞往往需要耗資數(shù)億美元,甚至10多億,而且每做一次汽車風洞試驗的費用也是相當大的。同時,世界上的實車風洞主要集中在日、美、德、法、意等國的大汽車公司,我國相關(guān)領(lǐng)域在很長一段時期幾乎處于空白狀態(tài)。

 

我國中西部首座空氣動力學-聲學風洞(AAWT)風機

不過,在2019年,中國風洞的誕生,打破了僵持已久的局面。2014年,通用技術(shù)集團中國汽研在五年內(nèi)總投資5.5億元人民幣,啟動“汽車整車風洞研發(fā)測試平臺開發(fā)及應用”項目,成功建成一座空氣動力學-聲學風洞,一座環(huán)境風洞,一座環(huán)境艙,以及高性能仿真計算平臺等,極大彌補了我國汽車風洞試驗研究資源的不足,成為國內(nèi)第一所具備歐六/WLTP和CNAS國六風洞法雙認證資質(zhì)的風洞機構(gòu),具備為國際主流車企提供技術(shù)服務的核心能力。

整車風洞“零”的突破

由汽車生產(chǎn)大國升級為真正的汽車強國,車身設(shè)計是必須跨越的一道坎。而設(shè)計研發(fā)汽車,風洞是極為重要的基礎(chǔ)實驗設(shè)備。一款汽車從概念創(chuàng)意、圖紙設(shè)計到最終定型,必須在風洞里“吹”上成百上千個小時:風洞模擬出汽車在各種行駛環(huán)境中遇到的空氣阻力、噪聲、熱力學狀態(tài)以及天氣環(huán)境,一次次測試樣車的安全性和操縱穩(wěn)定性。

然而,這樣的要求也意味著昂貴的成本。國際市場上,嘀嗒“吹風”一秒就是1歐元。在我國沒有自己的汽車整車風洞之前,國內(nèi)車企要做一次風洞實驗,只能漂洋過海去海外測試,一次實驗就是數(shù)個小時,不僅經(jīng)費和時間成本巨大,且只能做一次驗證實驗,一旦驗證有問題,整個項目就要推倒重來。



對于我國來說,風洞建設(shè)的初始投資巨大、技術(shù)難度很高,“沒有自己的汽車整車風洞”——長期以來是阻礙我國汽車工業(yè)發(fā)展的硬傷。我國汽車業(yè)要真正立足世界,必須實現(xiàn)整車風洞“零”的突破。

“2009年以前,我國只能依靠航空風洞改造進行汽車空氣動力學試驗,這大大制約了我國汽車工業(yè)的發(fā)展?!敝袊ㄓ眉夹g(shù)集團中國汽研相關(guān)負責人介紹,2009年后,盡管中國汽車風洞試驗條件實現(xiàn)了一定進步,但仍存在試驗室資源緊張、試驗周期長等問題。

為了改善這一現(xiàn)狀,2014年3月,中國通用技術(shù)集團中國汽研成立了汽車風洞中心,開始籌備建設(shè)技術(shù)指標國際一流、國內(nèi)領(lǐng)先的兩座汽車風洞——“汽車空氣動力學—聲學風洞”和“汽車環(huán)境風洞”。第二年,中國通用技術(shù)集團中國汽研與世界著名風洞設(shè)計商德國WBI公司以及國內(nèi)著名設(shè)計院上海機電院完成合作簽約,汽車風洞項目進入實質(zhì)性實施階段。

直至2019年,中西部首座汽車風洞終于落成。

風洞試驗是“造車”必不可少的環(huán)節(jié)

聽起來“高大上”、用起來“燒錢”的汽車風洞,有哪些現(xiàn)實價值?其實,汽車風洞可以直接地影響汽車的設(shè)計,從而提升國民生活品質(zhì)。

首先,風洞要求在管道內(nèi)營造一段氣流均勻流動的區(qū)域,利用運動的相對性原理來模擬汽車的行駛狀態(tài)。也就是說,在風洞內(nèi),風在動而汽車是靜止的。例如,一家車企做汽車研發(fā),對研發(fā)車輛進行風洞試驗,發(fā)現(xiàn)風阻較大會影響車輛的油耗或速度,就會決定重新優(yōu)化車倆的外形設(shè)計,重新設(shè)計風阻更小的外形。

同時,在風洞中,真實地再現(xiàn)典型的碰撞過程,是分析和評價汽車碰撞中乘員保護能力的基礎(chǔ)。在實車正面碰撞試驗過程中,車輛通過驅(qū)動電機帶動軌道中的鋼繩,通過鋼繩與車輛底部的副車架或發(fā)動機支架等部位相連接,實現(xiàn)牽引車輛達到相應的碰撞速度。在車輛前排的駕駛員和乘員側(cè)分別放置身體各部位帶有測量用傳感器的假人,通過傳感器測得在試驗中假人的傷害值,從而對車輛的被動安全保護性能進行評判。

所以,在汽車外形設(shè)計、整車熱管理開發(fā)過程中,風洞試驗是必不可少的環(huán)節(jié)。同時,風洞試驗也是發(fā)現(xiàn)新的流動現(xiàn)象、驗證數(shù)值模擬和開展理論研究的重要手段。

“人造的風”為汽車研發(fā)吹起“人間煙火”

一款新車的開發(fā),需要滿足哪些條件?如何適應風霜雨雪多變的氣候,估計春假秋冬的四季輪回?這成為了“造車”企業(yè)最頭疼的問題,也是汽車風洞誕生的初衷之一。在通用技術(shù)集團中國汽研建設(shè)的汽車環(huán)境風洞中,車輛的熱力學測試不用再“看老天爺?shù)哪樕保荒?2個月都可以充分利用模擬的環(huán)境對整車開發(fā)進行調(diào)試,從而更好地控制研發(fā)成本和時間。



空氣動力學-聲學風洞風機葉片

為了在風洞中實現(xiàn)陽光模擬,中國通用技術(shù)集團中國汽研汽車環(huán)境風洞測試段頂部配置了一套全光譜的陽光模擬系統(tǒng),每個燈源都有獨立的電源和控制系統(tǒng),以實現(xiàn)光照的精準控制;同時,在每個獨立燈源上集成有網(wǎng)狀擋板和遮光擋板,用于模擬車輛在烏云條件下低照射強度環(huán)境和通過隧道時的無照射環(huán)境。

這個風洞還能“下雨”。為了在風洞中實現(xiàn)降雨模擬,中國通用技術(shù)集團中國汽研汽車環(huán)境風洞的噴口安裝了噴槍,根據(jù)不同雨量大小設(shè)定,噴槍會噴出相應大小的雨滴,雨滴隨噴口氣流吹向測試車輛從而形成降雨,小雨、中雨、暴雨等不同級別的真實降雨都可模擬。

不僅如此,“下雪”也是它的技能之一。風洞的噴口安置了噴槍,這一噴槍能夠根據(jù)所需雪量的大小噴出夾帶水滴的高壓氣體,在風洞流道內(nèi)溫度達到-10℃以下時凝結(jié)成冰粒,從而在試驗車輛前方形成了降雪,雪量大小、降雪時間都可自由控制。

簡言之,風洞就是一個人工造風的管道。而通常風洞內(nèi)都有一個巨大的風扇,可以產(chǎn)生巨大的人造風,根據(jù)不同風洞類型與功能,分別可實現(xiàn)模擬各種行車環(huán)境中遇到的空氣阻力、噪聲、熱力學狀態(tài)等,用以測試樣車的風阻、風噪、操縱穩(wěn)定性、熱管理性等,最大限度地減少汽車在行駛中損失的動力,為設(shè)計更加節(jié)能、美觀、安全、舒適的汽車提供條件。

讓汽車更穩(wěn)定更低碳的奧秘

在我國汽車空氣動力學試驗研究資源極度匱乏的背景下,通用技術(shù)集團中國汽研“汽車風洞”運行,極大地彌補了該領(lǐng)域的不足,改變我國汽車工業(yè)核心資源與技術(shù)受制于人的局面,其服務能力、輻射作用、持續(xù)影響力,都為中西部汽車制造乃至我國汽車工業(yè)做出巨大貢獻。

汽車風洞環(huán)境倉

作為汽車共性技術(shù)研發(fā)平臺,汽車風洞可以模擬汽車在真實路面行駛狀態(tài),而我國汽車風洞的成功建成,對中國汽車技術(shù)進步、核心產(chǎn)品升級具有重要意義。尤其是在今天電動化、低碳化的倡導下,人們對車輛的動力性能、舒適性能和安全性能產(chǎn)生了更高的關(guān)注,汽車空氣動力學作為決定汽車造型設(shè)計、風噪性能、燃油經(jīng)濟性、高速行駛穩(wěn)定性的關(guān)鍵指標越來越被車企所重視。

“汽車整車風洞研發(fā)測試平臺開發(fā)及應用”項目除成功建設(shè)汽車風洞以外,還通過了歐洲最新排放法規(guī)和全球輕型車測試程序(WLTP)風洞法認證,成為國內(nèi)第一所具備歐六/WLTP和CNAS國六風洞法雙認證資質(zhì)的風洞機構(gòu)。

專家認為,中國汽研汽車風洞具備汽車空氣動力學領(lǐng)域相關(guān)實驗與仿真開發(fā)能力,通過對車輛空氣動力學性能的優(yōu)化,可以降低汽車行駛在道路的空氣阻力,從而能夠降低相關(guān)能耗,因此汽車風洞也是當前“雙碳”戰(zhàn)略發(fā)展下的重要基礎(chǔ)裝備平臺。

目前,這一技術(shù)已服務于國內(nèi)外50余家主機廠,合作完成近百車型的空氣動力學開發(fā),其中開發(fā)的智己L7純電轎車風阻系數(shù)達到0.21,躋身量產(chǎn)車全球前三,國內(nèi)第一。

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