一種基于風(fēng)洞試驗(yàn)的賽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性指標(biāo)評(píng)價(jià)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于風(fēng)洞試驗(yàn)的賽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性指標(biāo)評(píng)價(jià)方法，包括如下步驟：步驟一、將賽車置于風(fēng)洞試驗(yàn)室內(nèi)的可繞垂直軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，使用四個(gè)支撐桿通過(guò)車輪外側(cè)面的中心將賽車支撐起來(lái)，并且在支撐桿與車輪支撐處設(shè)置有六分力傳感器，用于測(cè)量試驗(yàn)參數(shù)；步驟二、在多種工況下進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)；步驟三、使用六分力傳感器測(cè)量每個(gè)工況下的側(cè)向位移，橫擺角速度，側(cè)向加速度；步驟四、根據(jù)每組工況下測(cè)量得到的側(cè)向位移si、橫擺角速度ωi、側(cè)向加速度ai，使用如下公式計(jì)算該組工況下的側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)ψi；步驟五、對(duì)n組工況下計(jì)算得到側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)ψi進(jìn)行加權(quán)，得到最終的側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)ψ。
【專利說(shuō)明】
-種基于風(fēng)洞試驗(yàn)的賽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性指標(biāo)評(píng)價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及汽車風(fēng)桐試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于風(fēng)桐試驗(yàn)的賽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性 指標(biāo)評(píng)價(jià)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在側(cè)風(fēng)作用下汽車操縱穩(wěn)定性研究中，W往國(guó)內(nèi)的研究主要集中在轎車、貨車等 民用車輛，而在賽車領(lǐng)域研究較少。然而對(duì)于賽車而言，優(yōu)異的操縱穩(wěn)定性能至關(guān)重要。在 高速行駛過(guò)程中賽車經(jīng)常受不穩(wěn)定風(fēng)干擾，導(dǎo)致其操縱穩(wěn)定性變差，甚至發(fā)生安全事故。
[0003] 傳統(tǒng)的汽車操縱穩(wěn)定性研究只是單獨(dú)地考慮汽車不同空氣動(dòng)力學(xué)特性或者系統(tǒng) 動(dòng)力學(xué)特性對(duì)其穩(wěn)定性的影響，而并沒有將兩者有機(jī)結(jié)合。通常是從汽車受力分析出發(fā)，利 用數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)進(jìn)而建立汽車各自由度模型；另一種是利用ADMAS軟件建立汽車模型并設(shè) 置初始條件，利用該軟件求解。運(yùn)使得傳統(tǒng)研究存在諸多局限性，具體體現(xiàn)在W下方面：
[0004] (1)在計(jì)算側(cè)滑角與氣動(dòng)六分力系數(shù)關(guān)系時(shí)，傳統(tǒng)研究往往取某一側(cè)滑角下氣動(dòng) 六分力系數(shù)數(shù)值，并將其推算至整個(gè)側(cè)滑角范圍。然而研究表明氣動(dòng)六分力系數(shù)與側(cè)滑角 并非一直保持線性關(guān)系，運(yùn)就導(dǎo)致研究結(jié)果與實(shí)際情況有所出入。
[0005] (2)傳統(tǒng)研究方法計(jì)算繁雜，為了簡(jiǎn)化運(yùn)算通常將風(fēng)壓中屯、固定在車身對(duì)稱平面 上，且將其簡(jiǎn)化到靜止車體質(zhì)屯、上。但研究表明風(fēng)壓中屯、并不在固定位置上，而是隨外界條 件和自身行駛狀態(tài)不斷變化。
[0006] (3)另外傳統(tǒng)研究方法將氣動(dòng)力作用點(diǎn)直接定義在風(fēng)壓中屯、上，運(yùn)就導(dǎo)致只考慮 了氣動(dòng)側(cè)向力而忽略了其它氣動(dòng)力和氣動(dòng)力矩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明設(shè)計(jì)開發(fā)了一種基于風(fēng)桐試驗(yàn)的賽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性指標(biāo)評(píng)價(jià)方法，克服了現(xiàn) 有技術(shù)中適應(yīng)差、準(zhǔn)確性低的缺陷，能夠高效、準(zhǔn)確的確定賽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)。
[000引本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：
[0009] -種基于風(fēng)桐試驗(yàn)的賽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性指標(biāo)評(píng)價(jià)方法，包括如下步驟：
[0010] 步驟一、將賽車置于風(fēng)桐試驗(yàn)室內(nèi)的可繞垂直軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，使用四個(gè) 支撐桿通過(guò)車輪外側(cè)面的中屯、將賽車支撐起來(lái)，并且在支撐桿與車輪支撐處設(shè)置有六分力 傳感器，用于測(cè)量試驗(yàn)參數(shù)；
[00川步驟二在多種工況下進(jìn)行風(fēng)桐試驗(yàn)，調(diào)整旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的角度M赴的范圍在-e0~e0 之間，每隔A 0進(jìn)行一組試驗(yàn)，同時(shí)調(diào)整風(fēng)桐入口處氣流速度V，使賽車在靜止空氣中行駛速 度V保持固定值；
[001^ 步驟S、使用六分力傳感器現(xiàn)慢每個(gè)工況下的側(cè)向位移SI, A，Si，A，Sn，橫擺角速 度《1，A，COi, A，COn,側(cè)向加速度曰1，A，ai，A，an，其中n為工況的數(shù)量；
[001引步驟四、根據(jù)每組工況下測(cè)量得到的側(cè)向位移si、橫擺角速度CO 1、側(cè)向加速度曰1， 使用如下公式計(jì)算該組工況下的側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)如：
[0014]
[0015] 其中，d為賽車寬度，Omax為賽車橫擺角速度闊值，a"ax為側(cè)向加速度闊值；
[0016] 步驟五、對(duì)n組工況下計(jì)算得到側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)如進(jìn)行加權(quán)，得到最終的 側(cè)風(fēng)穩(wěn)定忡綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)4
[0017]
[0018] 優(yōu)選的是，步驟一和步驟二之間還包括如下步驟:在賽車內(nèi)放置配重塊。
[0019] 優(yōu)選的是，步驟二中，如勺范圍在-15~15deg，每3deg進(jìn)行一組試驗(yàn)。
[0020] 優(yōu)選的是，步驟二中，使賽車在靜止空氣中行駛速度V保持在60km/h。
[0021] 優(yōu)選的是，步驟二中，使賽車在靜止空氣中行駛速度V保持在120km/h。
[0022] 優(yōu)選的是，步驟二中，風(fēng)桐入口處氣流速度V滿足
[0023]
[0024] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明不同于傳統(tǒng)方法，本發(fā)明將空氣動(dòng)力學(xué)參考點(diǎn)定義 在前后輪軸屯、的中間位置，將氣動(dòng)力由風(fēng)壓中屯、平移至前后輪軸屯、的中間位置時(shí)便會(huì)產(chǎn)生 氣動(dòng)力矩，更符合實(shí)際情況。在空氣動(dòng)力特性方面利用風(fēng)桐試驗(yàn)獲得側(cè)滑角-15~15deg下 氣動(dòng)六風(fēng)力系數(shù)隨側(cè)滑角變化情況，利用風(fēng)桐試驗(yàn)測(cè)出了氣動(dòng)六分力隨側(cè)滑角變化的具體 數(shù)值，因此不需要考慮風(fēng)壓中屯、的具體位置，避免了模型中風(fēng)壓中屯、位置與實(shí)際情況不符 的情況。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1為本發(fā)明所述的賽車擺放位置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，W令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說(shuō)明書文 字能夠據(jù)W實(shí)施。
[0027] 本發(fā)明提供了一種基于風(fēng)桐試驗(yàn)的賽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性指標(biāo)評(píng)價(jià)方法，具體步驟如 下：
[002引步驟一：
[0029] 將賽車置于風(fēng)桐試驗(yàn)室內(nèi)，在風(fēng)桐試驗(yàn)室內(nèi)設(shè)置有可繞垂直軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)平 臺(tái)。在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上設(shè)置有四個(gè)支撐桿，分別位移賽車四個(gè)車輪的外側(cè)，并且四個(gè)支撐桿能夠 進(jìn)行前后左右位置的調(diào)節(jié)。根據(jù)賽車輪距和軸距，調(diào)節(jié)四個(gè)支撐桿的位置，使支撐桿通過(guò)車 輪外側(cè)面的中屯、將賽車支撐起來(lái)。在支撐桿與車輪支撐處設(shè)置有六分力傳感器，用于測(cè)量 氣動(dòng)阻力、側(cè)向力、升力、側(cè)傾力矩、俯仰力矩和橫擺力矩。
[0030] 風(fēng)桐試驗(yàn)指在風(fēng)桐中安置賽車模型，研究氣體流動(dòng)及其與賽車的相互作用，W了 解賽車的空氣動(dòng)力學(xué)特性的一種空氣動(dòng)力試驗(yàn)方法。
[0031] 本發(fā)明所采用的風(fēng)桐的主要技術(shù)參數(shù)為：
[0032] 試驗(yàn)段尺寸:8m(長(zhǎng))x4m(寬）x2.2m(高）；
[0033] 最大風(fēng)速:60m/s;
[0034] 收縮比：5.17;
[0035] 主電機(jī)功率:1000 kw。
[0036] 為使賽車在風(fēng)桐試驗(yàn)中能真實(shí)模擬出其在實(shí)際行駛過(guò)程中空氣流動(dòng)的變化狀態(tài)， 得到真實(shí)可靠的汽車氣動(dòng)特性數(shù)據(jù)，進(jìn)行汽車風(fēng)桐試驗(yàn)必須遵守W下準(zhǔn)則與規(guī)范
[0037] 1、足夠的均勻流楊
[003引風(fēng)桐應(yīng)產(chǎn)生足夠的均勻流楊，具體包括氣流的主流縱向、側(cè)向速度和流向的均勻 分布，端流度極低和能模擬真是路面的邊界層厚度。
[0039] 經(jīng)過(guò)測(cè)定:吉林大學(xué)汽車專用風(fēng)桐試驗(yàn)流場(chǎng)是滿足需求的。
[0040] 2、雷諾數(shù)模擬
[0041] 雷諾數(shù)主要影響模型表面的邊界層狀態(tài)，即影響邊界層的層流、端流、轉(zhuǎn)折點(diǎn)的位 置及分離點(diǎn)的位置。對(duì)于汽車風(fēng)桐試驗(yàn)，化Cho W.H建議臨界雷諾數(shù)不小于2X106。
[0042] 雷諾數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為
[0043] 式中，P-流體密度;V-相對(duì)速度;1--流體特征長(zhǎng)度;y-流體動(dòng)力粘度系數(shù)。
[0044] 本發(fā)明中，空氣密度P = I.2250kg/m3,最小的相對(duì)速度為最小氣流合成速度V = 25m/s，特征長(zhǎng)度為賽車總長(zhǎng)1 = 2.412m，空氣粘度ii= 1.7894 X IO-5N ? S/V，則對(duì)應(yīng)的雷諾 數(shù)為
。
[0045] 故可知，賽車的實(shí)車風(fēng)桐試驗(yàn)滿足風(fēng)桐試驗(yàn)雷諾數(shù)相似的要求。
[0046] 步驟二：進(jìn)行汽車風(fēng)桐試驗(yàn)。側(cè)風(fēng)作用下風(fēng)桐試驗(yàn)方法，一般可W分為橫擺模型 法、引入側(cè)風(fēng)法和牽引模型法。本發(fā)明采用橫擺模型法進(jìn)行試驗(yàn)。
[0047] 橫擺模型法是汽車側(cè)風(fēng)風(fēng)桐試驗(yàn)研究的常規(guī)方法。將汽車或模型固定放置在風(fēng)桐 試驗(yàn)段中，使用風(fēng)桐轉(zhuǎn)盤來(lái)實(shí)現(xiàn)一系列橫擺角e，根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，用車身斜前方來(lái)流的 兩個(gè)分量分別模擬車身的運(yùn)動(dòng)和車身受到的側(cè)風(fēng)作用，賽車擺放位置如圖1所示。此方法實(shí) 現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，只需基本的風(fēng)桐試驗(yàn)測(cè)試設(shè)備，可W方便的進(jìn)行定性與定量試驗(yàn)，屬于較 常規(guī)的汽車風(fēng)桐試驗(yàn)項(xiàng)目。
[004引試驗(yàn)前在賽車內(nèi)防止配重塊，用于模擬賽車駕駛員。
[0049]本發(fā)明在進(jìn)行進(jìn)行賽車風(fēng)桐試驗(yàn)時(shí)，調(diào)整旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的角度，使賽車中軸線的方向 與風(fēng)桐出口的方向的夾角即側(cè)滑角e呈特定的角度，同時(shí)開啟風(fēng)桐，并使桐入口處氣流速度 V和e角滿田?
[(K)加]
[0051 ]其中，Vw為側(cè)風(fēng)風(fēng)速，V為賽車在靜止空氣中行駛速度。
[0052]本發(fā)明中，將賽車在靜止空氣中行駛速度V設(shè)定為60km/h和120km/h兩種車速情 況，將側(cè)滑角的受定為-15~15deg，每3deg進(jìn)行一組試驗(yàn)，桐入口處氣流速度V和側(cè)風(fēng)風(fēng)速Vw 的大小如表1和表2所示。
[0化3] 表1 [0化4]
[0057] 依照W上參數(shù)進(jìn)行風(fēng)桐試驗(yàn)，共進(jìn)行了 22組試驗(yàn)。
[005引步驟使用六分力傳感器測(cè)量試驗(yàn)過(guò)程中賽車的側(cè)向位移、橫擺角速度和側(cè)向 加速度。
[0059] 側(cè)向位移是汽車在側(cè)風(fēng)作用下，偏離行駛方向的側(cè)滑量的大小，是評(píng)價(jià)汽車的側(cè) 風(fēng)穩(wěn)定性能的常用指標(biāo)。側(cè)向位移可W通過(guò)對(duì)側(cè)向加速度兩次積分得到。如果側(cè)向位移很 大，說(shuō)明賽車的側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性很差;如果側(cè)向位移很小，則說(shuō)明賽車的側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性很好。而如 果賽車的側(cè)向位移達(dá)到或超過(guò)一個(gè)限值時(shí)，賽車會(huì)處于失控狀態(tài)，容易偏離出行駛賽道而 發(fā)生事故。
[0060] 除了側(cè)向位移W外，橫擺角速度也是判斷汽車的側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性能的重要指標(biāo)。如果 橫擺角速度很大，說(shuō)明賽車的側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性很差;如果橫擺角速度很小，則說(shuō)明賽車的側(cè)風(fēng)穩(wěn) 定性很好。如果橫擺角速度達(dá)到一個(gè)闊值，說(shuō)明汽車發(fā)生測(cè)滑或者甩尾等危險(xiǎn)工況。
[0061 ] 側(cè)向加速度影響著賽車手對(duì)賽車的操控響應(yīng)時(shí)間，如果側(cè)向加速度很大，賽車很 可能沒有足夠的時(shí)間來(lái)對(duì)賽車的方向來(lái)進(jìn)行修正，因此側(cè)向加速度也直接影響著賽車的穩(wěn) 定性。
[0062] 步驟二中共進(jìn)行了 22組工況下的試驗(yàn)，使用六分力傳感器測(cè)量得到22組工況下的 側(cè)向位移SI, A ,Si, A，S22,22組工況下的橫擺角速度O 1，A，Oi, A，《 22,22組工況下的側(cè) 向加速度曰1，A ,ai, A ,曰22。
[0063] 步驟四：根據(jù)每組工況下測(cè)量得到的側(cè)向位移si、橫擺角速度CO 1、側(cè)向加速度曰1， 了管巧巧X瓜了的伽Il ra芭吿化掉會(huì)^巫俗賠末品、.
[0064
[0065] 其中，d為賽車寬度，COmax為賽車橫擺角速度闊值，amax為側(cè)向加速度闊值。
[0066] 每組工況下測(cè)量得到的側(cè)向位移Si均不能大于賽車的寬度d，若大于賽車的寬度 d，則賽車已經(jīng)發(fā)生了嚴(yán)重側(cè)滑，可直接判斷賽車的側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性很差。
[0067]步驟五、對(duì)22組工況下計(jì)算得到側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)扣進(jìn)行加權(quán)，得到最終 的側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)4
[006引
[0069] 對(duì)上述側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)4進(jìn)行分析，若4G [0，0.3)，則賽車的側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性 良好;若4￡[0.3,0.6)，則賽車的側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性中；若4￡ [0.6,1]，則賽車的側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性差。
[0070] 盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說(shuō)明書和實(shí)施方式中所列 運(yùn)用，它完全可W被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地 實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限 于特定的細(xì)節(jié)和運(yùn)里示出與描述的圖例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于風(fēng)洞試驗(yàn)的賽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性指標(biāo)評(píng)價(jià)方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟一、將賽車置于風(fēng)洞試驗(yàn)室內(nèi)的可繞垂直軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，使用四個(gè)支撐 桿通過(guò)車輪外側(cè)面的中心將賽車支撐起來(lái)，并且在支撐桿與車輪支撐處設(shè)置有六分力傳感 器，用于測(cè)量試驗(yàn)參數(shù)； 步驟二、在進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，調(diào)整旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的角度β，使β的范圍在~之間，每隔Α β進(jìn) 行一組試驗(yàn)，同時(shí)調(diào)整風(fēng)洞入口處氣流速度V，使賽車在靜止空氣中相對(duì)行駛速度ν保持固 定值； 步驟三、使用六分力傳感器測(cè)量每個(gè)工況下的側(cè)向位移S1，Λ，Sl，Λ，Sn，橫擺角速度 ωι，Λ，c〇i，Λ，ωη，側(cè)向加速度ai, Λ，ai, Λ，an，其中η為工況的數(shù)直； 步驟四、根據(jù)每組工況下測(cè)量得到的側(cè)向位移Sl、橫擺角速度ωι、側(cè)向加速度ai，使用 如下公式計(jì)算該組工況下的側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)φ1:其中，d為賽車寬度，ω max為賽車橫擺角速度閾值，amax為側(cè)向加速度閾值； 步驟五、對(duì)η組工況下計(jì)算得到側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)隊(duì)進(jìn)行加權(quán)，得到最終的側(cè)風(fēng) 穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)Φ2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)洞試驗(yàn)的賽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性指標(biāo)評(píng)價(jià)方法，其特征在于， 步驟一和步驟二之間還包括如下步驟:在賽車內(nèi)放置配重塊。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)洞試驗(yàn)的賽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性指標(biāo)評(píng)價(jià)方法，其特征在于， 步驟二中，β的范圍在-15~15deg，每3deg進(jìn)行一組試驗(yàn)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)洞試驗(yàn)的賽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性指標(biāo)評(píng)價(jià)方法，其特征在于， 步驟二中，使賽車在靜止空氣中行駛速度ν保持在60km/h。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)洞試驗(yàn)的賽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性指標(biāo)評(píng)價(jià)方法，其特征在于， 步驟二中，使賽車在靜止空氣中行駛速度ν保持在120km/h。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)洞試驗(yàn)的賽車側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性指標(biāo)評(píng)價(jià)方法，其特征在于， 步驟二中，風(fēng)洞入口處氣流速度V滿足
【文檔編號(hào)】G01M9/00GK105953998SQ201610264741
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年4月25日
【發(fā)明人】鄭利民
【申請(qǐng)人】遼寧工業(yè)大學(xué)