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MPV也任性!参观长安欧尚风洞试验项目

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风洞及风阻系数测试介绍

  [汽车之家 技术体验]  一直以来我们都觉得风洞是个高深莫测并且极其烧钱的土豪项目,只有航空和军事领域,或是一线车企和超级跑车才会在设计时通过风洞来测试自己的产品,F1方程式则是我们最常听见的频繁运用风洞测试的造车领域之一,其烧钱程度人尽皆知。作为风洞的提供者,日进千斗易如反掌,也有厂家斥巨资自建风洞来降低未来的研发成本,都说好奇心害死猫,能有一次参观风洞测试的机会,我们自当万分珍惜,谁知幸福来的实在太快,这一次使用风洞的竟不是哪一位土豪高大上,而只是一台实实在在的家用MPV——长安欧尚,官方公布的120km/h等速风阻系数为0.334。

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■ 在哪里做风洞测试?风洞为何高大上?

  作为我国第一个也是最大的整车级风洞试验场,“上海地面交通工具风洞中心”并不是独立的建造在某个地方的独立运作机构,而是由同济大学于2009年耗资5亿元设计打造的拥有全部自主知识产权的风洞,其正是坐落在同济大学嘉定校区内。风洞中心包括两座汽车整车风洞-气动声学风洞、热环境风洞,和一个汽车造型、加工和设备维护中心。

长安汽车 欧尚 2015款 基本型

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  这其中,气动声学风洞喷口面积27㎡,试验风速可达250km/h,设有五带移动地面系统和六分量测试天平,测试段背景噪声在风速140公里/小时时为65分贝,将成为国际上同等大小汽车风洞中最安静的风洞。热环境风洞则设有7/14㎡可变大小喷口,对应试验最大风速200/100km/h,模拟温度及相对湿度范围分别为-20~+55℃和5~95%,并设有可变强度和角度的全光谱阳光模拟装置以及双轴驱动转毂系统,能模拟各种气候条件和车辆行驶工况。(此段数据来源于百度百科)

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  风洞中心能够进行包括轿车、客车、SUV、卡车在内的各类汽车整车和零部件、轨道车辆模型等系列试验,以优化造型,降低油耗。听起来很先进不是吗?然而,并不是所有厂家都会选择使用风洞来对自己的产品进行优化,原因很简单——价格昂贵!要知道,把产品放到风洞里单是吹1分钟就需要支付400元,这还不包括场地使用费以及各种软硬件使用和数据分析的费用,总体算下来根本就是天价。而长安欧尚要在这里进行3-4次风洞试验,每次间隔3-4个月用来调整产品,单次试验则需要8个小时,大家可以计算一下光是吹风的钱,长安汽车就要支付多少吧?

■ 长安汽车已经在这里做了多年的风洞测试?

  并不是所有的车企在开发一款新产品的时候都会选择风洞测试,特别是我们中国品牌的企业,因为之前说过,成本实在太高了。但即便如此,同济大学的这个风洞中心还是常年“客满”,接待我们的长安汽车工程师王俊告诉我们,这里不仅仅有长安汽车在做风洞测试,包括上海大众、上海通用等实力雄厚的汽车厂家还是会经常来测试自己的新车,只是项目做的多一点少一点,时间长一点短一点的差别而已。也正因为如此,要预定做风洞测试,厂家基本上都会提前1-2年就把场地给定好了。

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  长安欧尚并不是长安汽车旗下第一款来到同济大学风洞中心的产品,这几年我们都发现长安汽车的新车型在外观设计上进步显著,这不单单是因为他们请来了曾经的宝马传奇设计师克里斯·班戈,将设计的权重提升了不少,更是因为在这几年的产品的外观设计上,几乎都可以看到将风洞用作辅助设计的影子。不过王工告诉我们,欧尚是迄今为止品牌旗下在风洞测试时做过项目最多的车型,厂家对其所寄予的厚望可见一斑。

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『长安汽车的多款轿车之前也做过风洞测试』

  另外,考虑到成本的关系,长安汽车也会和其他厂家一样采用计算机仿真来模拟风洞试验的过程,费用会便宜很多,同样可以得出丰富的数据,而且调整起来非常的方便。不过王工的观点却认为计算机的准确性不够高,即便目前长安在计算机模拟风洞这块同样在国内处于顶尖的水准,要用作最终的产品输出,光使用计算机还是远远不够的,你永远不知道实车在风洞里会发生什么计算机模拟不出的状态来。

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  所以计算机模拟和真正的风洞测试其实是穿插着来的,前期开发时会运用计算机来设计车身和底盘等细节,至少在理论上保证能够达到设计标定的风阻系数目标值,之后再将油泥模型或者测试车带入真正的风洞实验室来帮助完善之前的设计。这个过程远远不是大家想象的几个月,或是一两年内可以完成的。

■ 言归正传,为何要做风洞测试?做哪些项目?

  根据官方提供的数据,当车速达到110km/h以上,不单单是风噪会成为最主要的噪音来源,风阻也会占到车辆总行驶阻力的70%以上,也就是说我们所加的燃油在发动机中被点燃所作的功,大部分都被用在了和风阻的对抗上。这样不仅仅是乘坐舒适性,油耗经济性也会受到大幅影响,据了解在120km/h时车辆的风阻系数每降低8%,百公里大概就能够降低0.25-0.3L油耗,而二氧化碳的排放量更是能减少5-8g。

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  从上述数据来看,不难了解汽车的外形设计对减少风阻、提升行驶舒适性和油耗经济性有那么多重要的意义,而要将这些都优化到最好,风洞是目前最有效的方法,这就是为什么大家一有钱就都要挤破脑袋来预定风洞中心的原因。对于长安欧尚来说,此次在同济大学风洞中心要做的实验主要分为风阻和风噪两个测试部分。

1/风阻系数测试

  在了解风阻是怎么测试的之前,您必须先要知道风阻系数是怎么得到的,这是个我们觉得既熟悉又陌生的词儿,但究竟是怎么计算出来的估计没几个人能说的出来。所以在这里我们首先要让大家知道这样一个计算公式:

风阻系数(Cd)=空气阻力×2/(车速²×空气密度×车辆迎风面积) 

  通过公式我们可以发现,实际上单个物品的风阻系数并不是一个固定值,厂家公布的车辆风阻系数实际上也是在某个特定的速度下得出的结果。那么长安欧尚的风阻系数是多少呢?厂家公布的数值是120km/h等速下为0.334,可别小看这个数字,要知道因为车辆造型的不同,两厢造型的汽车在风阻系数上要远高于三厢轿车,而在MPV里,长安欧尚的这个成绩也是相当优秀的了,甚至比一些合资品牌的产品做的还要好。

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  那么这样的成绩是如何做到的?这就是我们此次参观长安欧尚在同济大学做风洞测试的初衷。在这个目前全中国最先进的风洞中心里,目前可以做到最高约180km/h的风速。您或许会说这个速度不是已经超过中国高速公路的最高法定限速了吗?没错,所以我们看到欧尚公布的风阻系数刚好是在车速达到120km/h法定最高限速值上。但如果一台新车在做前期测试时只做到120km/h,而没有更多的冗余测试做保障,这显然是不合理的。

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  目前长安欧尚会在风洞中心做到最高140km/h的风速,测试时,车辆会被固定在测试台架的正中央。试验中,除了风洞本身会起风之外,车轮下的滚动带也会以同样的速度进行移动,这是为了让通过车底的空气流动情况尽可能的模拟真实路况。

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为了风阻系数欧尚做了什么优化

  为了尽可能的降低风阻系数,长安欧尚的设计师们可谓煞费苦心,在外观的细节设计上再三斟酌,既要保证美观,也要降低风阻,还得考虑成本控制。我们如今看到的已经是欧尚在同济风洞中心的最后一次测试,待数据得出之后,工程师们对一些细节可能还会有一些微调。通过烟流展示,我们可以很直观的看到气流是如何平滑的淌过这些经过优化的区域而不产生多余乱流的。

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  目前我们已经看到欧尚的外观设计上有了多处的降阻设计,比如发动机舱盖、前保险杠造型、A柱线条、进气格栅、车顶的弧度、后视镜罩、翼子板和轮眉、车窗扰流器、侧包围、后扰流板以及平整式轿车底盘布局等等。

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  当然我们知道真正行驶在路上时,车辆并不一定仅仅受到前方的空气阻力,也有可能会有一定的侧风从不同角度袭来。所以在测试的时候,台架本身也可以左右旋转,而工程师会对欧尚进行偏置10°到20°的风阻测试,以期能让车辆在各种情况下都尽可能的提升行驶稳定性。

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车外和车内风噪是怎么测试的

2/车外风噪声测试

  除了要得到优秀的风阻系数之外,风噪亦是新车开发时非常非常重要的项目之一,它是气流在车身表面产生了压力脉动而形成的。我们都知道汽车开发和设计过程中有一个特别重要的大类叫NVH,也就是噪声、振动和声振平顺性指标,风噪当然也是NVH中的一项。长安汽车在这个项目上拥有国内最顶尖的工程师团队,其领导者是国内NVH领域的泰斗级人物庞剑博士。

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庞剑长安汽车工程研究总院副院长和总工程师),曾任武汉船舶设计研究所工程师,Stewart and Stevenson公司高级工程师和技术专家。1999年加盟福特汽车公司,担任福特汽车公司汽车动力传递系统部门高级工程师、噪声与振动技术专家。


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  那么风洞实验室又分为环境风洞和空气动力学风洞,风噪测试一般要在做过声学处理的低风噪空气动力学风洞中进行,同济大学风洞中心则是国内唯一既能够提供环境风洞,又可以提供低风噪空气动力学风洞的测试中心。而测试车外风噪的主要目的在于识别车外风噪的噪声源,我们常见的车外风噪测量方法有三种,分别是声源识别测量、声学聚焦镜测量以及表面压力分布测量,另外也有激光测量等不常用的方法,长安欧尚只进行声源识别测量和表面压力分布测量。

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  声源识别测量时会运用到声学照相机这一设备,其原理就是将传声器阵列放置在远离流场的地方,声源的声波以平面波或者球形波的形式传递到阵列的每一个传声器上。声源与每个传声器的距离和相对位置不同,每个传声器接受到声波的时间不同。利用这种位置差异和时间差异,经过一定的计算,增加选定方向上的信号而衰减其它方向的信号,在传声器阵列中重建噪声信号,从而识别声源。

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  而后在计算时,应用波束形成算法“延迟求和”,对传声器陈列中各阵元上测量的信号进行加权、延时、求和等运算,使得各阵元由位置差异引起的信号延时得到补偿,形成具有空间指向性的结果,来指示声源的方位。

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  而在表面压力分布测量阶段,我们主要测试的就是车辆固定测试位置上的脉动压力,应用计算流体力学的软件来研究车辆表面的脉动压力和表面流态,这样就可以得出汽车表面的压力图以及侧窗位置上的压力曲线图,然后再把之前通过计算机模拟的数据和试验得到的数据进行对比分析。

长安汽车 欧尚 2015款 基本型

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  汽车表面的脉动压力和车辆的表面流态是成正比的,而A柱和前车窗附近的区域是脉动压力较大的部分,所以我们常会在一些密封不好的车辆上听到来自A柱的风噪,欧尚的表面压力分布测量也主要是对这个部位进行不断的实验和改进。测试时,工程团队同样要对不同风速、不同偏置角度下的车外风噪数据进行提取和分析。

3/车内风噪实验

  说完了车外风噪,那么对于驾驶者来说,真正传入车内的风噪有多少,对人的影响有多大,这才是最实际的,所以车内风噪的实验更是和乘坐舒适性息息相关,测量的目的在于识别车内风噪噪声源以及评估车内风噪水平。那么在车内风噪实验阶段,工程师们常会使用到球形阵列、人工头测量和传声器测量,当然也会亲身坐入车内进行主观评价。

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  因为我们都知道,人耳对于声音的敏感度虽然没有仪器那么高,但对于不同频率和声音,其通过耳朵进入大脑后所产生的感观是完全不同的。举个例子,高音量的音乐一定比低频的噪音要更容易让人接受,这很容易让人理解吧?所以车内风噪测试不单单是要保证风噪低,而是要让驾乘人员在乘坐时也不会对噪音感到恼人,这就是主观评价的重要性。

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  实际测量的时候,仪器的测量和人工主观评价会同步进行,其中球形阵列可以有效定位仪表台中间处的噪声声源,人工头和传声器用来模拟不同位置上驾乘人员可以接收到的一切声源,而工程师团队的“金耳朵”们则会被“关”在车内好几个小时来进行主观评价,这是一个非常痛苦和难熬的阶段,但也是一款车辆在用心开发过程中不可避免的阶段。

■ 编辑总结:

  在结束之前想说的是,由于所有的测试数据均为商业机密,所以我们无法通过结论数据来为大家进一步展现,实在抱歉。而通过风洞中心的反复测试,长安欧尚在开发过程中对自身产品也进行了不断的技术升级,其光是NVH这块就已经进行了20多项改进,其中更是有14个项目进行了重点突破,厂家对这台新车研发过程中的努力可谓是用心良苦。

  或许有的朋友会问,一台车的噪音表现如何,不是还要取决于车身组装品质、车内用料等方面吗?我们也就这个问题咨询了王工程师,对方告诉我们确实是这样的,而且也同样重要。不过既然来到了风洞,我们的目的就是把风阻系数和风噪两方面尽可能做到最好,车辆的开发毕竟是一个整体的工程,只有在单一项目上都尽力做到成本允许内的最佳水准,整车的水平才会有质的提升。正是这种全力以赴把产品做好的精神,让我们对欧尚这款车充满了期待,可以透露的是在测试现场我们仔细查看了这台已接近量产的测试车,确实非常的棒。新车将在8月份正式上市,厂家所作的努力到底会否转化为用户的满意度,到时就会揭晓。(文/图/摄 汽车之家 黄正桥)

扩展阅读——

借力无形间 图说概念之空气动力学设计
http://www.autohome.com.cn/tech/201503/863065.html

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  • 长安欧尚A600 2016款 1.5L 手动豪华型7座 阅读测试文章
    加速(0-100公里/小时) 刹车(100-0公里/小时) 油耗(100公里)
    11.93 40.66 8.22
    测试文章:我只能说它太值了 测试长安欧尚1.5L
    评测编辑-:

    在接触到这辆车之前原本没有什么期待,但是开过之后发现它的表现超乎我想像的好,底盘扎实、组装不错,再加上合理的售价,一切的一切都是如此的美好。虽然这样说好像有点夸张,但是6.49万元的裸车价,却有接近10万元车型的表现,实在没什么好挑剔的了。

    评测编辑-:

    1.价格只6万 2.驾驶感觉很好,底盘不松散,噪音和振动不大,整体轿车化的调校开起来非常顺手,油门、刹车、离合器和换挡感受都向10万元家用车看齐,完全不再有小面的廉价感,品质在这个价位中很出色 3.外观和内饰设计有两点,尤其内饰的造型在同级别中显得“浮夸” 以上,这台车足以得到高分。

    评测编辑-:

    我没想到一台6万元左右的7座家用MPV还能有如此好的驾驶感受,整套动力匹配感觉很默契,开起来异常顺手,底盘也没有任何松散的感觉。这可能是目前为止我开过的10万以内最好的MPV了,性价比颇高。

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