汽车动力总成冷却环境风洞试验方法

汽车动力总成冷却环境风洞试验方法

（本实验方法解读于中国汽车工程学会团体标准，仅供相关人员学习参考。） 1 定义

1.1 汽车动力总成 automotive powertrain

指汽车上生成动力并将其传递至路面的一系列零部件总成，由发动机、离合器、变速器、万向节、传动轴、主减速器、差速器和驱动轮等构成。

1.2 动力总成冷却系统 powertrain cooling system

包括发动机冷却系统、变速器冷却系统和进气增压冷却系统。

2 环境风洞要求 2.1 总则

环境风洞要求是指对风洞内空气温度、空气湿度、日照强度、车速、风速、边界层的要求。其中风洞内的空气温度、空气湿度、日照强度、车速、风速参数必须每年至少由国家认可的实验室计量标定一次，如有差异，可通过软件修正方式调整。 2.2 空气温度

空气温度也称为干球温度,其控制范围应为20℃至55℃，控制精度为±0.5℃。

在测试过程中，应该持续监测温度并将结果记录在试验报告中（见表A.1）。测量位置应位于风洞主热交换器后到出风口之间，使用精密温度探针或RTD（电阻式温度传感器）进行测量。 2.3 空气湿度

空气湿度的控制范围应为30%RH至85%RH，控制精度为±5%RH。

在测试过程中，应持续监测湿度并将结果记录在《试验报告》中（见表A.1）。测量位置应该靠近空气温度的测量位置并遵循相同位置标准，使用相对湿度计进行测量。 2.4 日照强度

用于阳光模拟的灯光系统应满足整体日照区域不小于2m*5m，高度不少于1米的可调节3%至5%以内。 范围，日照强度在600 W/m²至1200W/m²可调，控制精度在±

7.5%，为此每盏灯应可在日照范围内，基准面（25cm*25cm）上的强度均匀度不大于±独立控制与调节，以便于局部温度补偿。

光源推荐采用金属卤素灯。日照光谱应尽可能接近全光谱。如若不能满足要求，应在《风洞信息表》中（见表B.1）记录日照光源的类型和光谱。 2.5 车速

车速可通过底盘测功机进行控制，范围应为0 km/h至200 km/h，速度变化控制在±1 km/h。2.6 风速

风速范围应为0 km/h至200 km/h，风速变化控制在±1 km/h以内。

风速测量位置应在风洞的收缩段，通过测量不同截面处的压力计算得到。风速应匹配底盘测功机转速（车速），并尽量靠近瞬态条件。 2.7 边界层

风洞应配置边界层去除装置，且边界层风机转速必须与风速同步。该信息应记录在《风

洞信息表》中（见表B.1）。 3 试验准备 3.1 试验车辆

3.1.1 车辆状态

3.1.1.1确认车辆状态达到设计要求，并记录车辆基本信息在《车辆信息表》（见表C.1）中，包括整车、发动机、变速箱、冷却系统等相关信息。

3.1.1.2车辆若为新下线状态，车辆应按照GB/T 12534进行磨合，磨合里程至少为3000 km。特殊情况下，可以选择里程数超过1000 km的车辆。车辆若非新下线状态，需要检查车辆保养记录，最后一次保养后的行驶里程如超过5000 km需要更换冷却液、发动机机油、变速箱机油，其它零部件和油液更换应按照车辆使用说明书规定进行。

3.1.1.3车辆应安装前牌照或安装一个与前牌照尺寸相等的盖板。

3.1.1.4车辆轮胎冷充气压力应符合车辆使用说明书的规定，误差不超过10 kPa。 3.1.1.5试验辅料包括发动机冷却液、发动机润滑油、变速器润滑油及驱动桥润滑油，必须满足发动机、变速箱等设计要求，并按照车辆使用说明书进行加注。

3.1.1.6试验车辆应按车辆总质量（GVM）进行加载，加载后需要测量前后轮轮眉离地高度并记录在《车辆信息表》（见表C.1）中。

3.1.1.8试验前应按车辆使用说明书要求对车辆进行技术检查和保养，确定冷却系统的控制标定程序为最新状态。

3.1.1.9所有电气系统由车辆内部电源提供。试验时，开启车辆所有用电系统，包括全部车灯（大灯开启远光模式）、多媒体、座椅通风等。

3.1.2 车辆空调控制设定

试验前空调性能应满足整车泄漏量、加注量试验和蒸发器抗结霜试验的要求，试验中的空调设置如下：

——温度：温度调节置于全冷位置 ——鼓风机设定：风量调节置于最高档位置

——出风方向：出风置于吹面模式位置若干时间后切换方向

——进气模式：进气置于外循环位置。自动空调若初始状态为内循环模式，则可按照每次1ºC的方式提高设置温度，直到其转换为外循环模式；但若试验过程中自动空调自动转换成内循环则采用内循环 ——压缩机：开 3.2 试验仪器

试验仪器包括热电偶 、压力传感器、日光强度传感器、转速表或测速仪、多通道数据记录仪及显示仪等，仪器精度应满足表1要求。

表1 试验仪器

序号 1 2 名称 热电偶 压力传感器 精密度 ≤±1.5℃ ≤±2%

3 4 5 日光强度传感器 转速表 多通道数据采集器 ±25W/m2 ≤±1% ≤±1% 注：试验应使用标准中规定的仪器，不应使用车辆上的同类仪表代替。 3.3 传感器安装

根据车辆结构、原理，按照表D.1的规定选择测量点并安装传感器。 3.4 试验车辆安装

将车辆平稳驶上底盘测功机，水平放置车辆轮胎于转毂上并对中，轮胎轴线应与转毂轴线平行，安全固定车辆。 4 测试工况及流程 4.1 升温阶段

调节风洞内的热环境至第一个试验工况规定值：空气温度42±0.5ºC，空气湿度40±5%RH，待温度、湿度稳定后再开启日照，日照强度1000±45W/m2。 4.2 暖车阶段

以100±5km/h的车速运行车辆至少15分钟。 4.3 试验阶段

4.3.1 试验人员进入车内，按如下试验工况驾驶车辆，同时记录各测量点数据。 4.3.2 预处理及放置

每个试验工况开始前，应首先将环境风洞设置为该工况对应的空气温度、空气湿度及日照强度，并以100km/h的车速行驶10min以上。

每个试验工况完成后，应立即停车熄火，待冷却风扇停止运行，并且各测温点温度开始下降后，该工况试验终止。

4.3.3 试验工况

以下工况代表的是全国范围内，对汽车动力总成冷却性能要求最高的几条道路及对应气候环境。各单位在使用过程中可根据自身情况进行选取。

表2 试验工况

序号 1 2 3 4 5

空气 工况名称 温度 (ºC) 高速行驶 高速爬坡一 (吐鲁番三道岭) 高速爬坡二 (吐鲁番大河沿) 高原爬坡[3] (川西海子山) 低速爬坡一 42 42 42 28 42 空气 湿度(%RH) 40 10[2] 10[2] 30 40 日照 强度(w/m²) 1000 1000 1000 1200 1000 车速(km/h) 140[1] 130 100 60 42 爬坡度(%) 0 2.0 3.3 4.9 8.2 行驶 时间(min) 30 -- -- -- -- 行驶 距离(km) -- 18 19 19.1 3.8

(重庆南山) 6 7 8 9 低速爬坡二 (重庆黑山谷) 低速爬坡三 (重庆方斗山) 城市堵车一 (长沙市区) 城市堵车二 (重庆市区) 备注： [1] 在目前国内高速公路最高限速120km/h的前提下，高速行驶工况车速暂定为140km/h；如国内高速公路最高限速出现变化，各单位可根据实际情况调整该车速定义.

[2] 高速爬坡工况相对湿度10%是根据道路实际测试数据及气象统计数据给出的建议值，如环境风洞在实际使用中实现存在困难，可提高相对湿度的设定值。但需考虑相对湿度提高后空调热负荷增加对动力总成冷却性能的影响.

[3] 高原爬坡工况气压在0.5~0.6atm之间。目前环境风洞通常不能模拟气压的变化，因此试验时需注意气压降低对冷却系统性能的影响，并根据实际情况对结果进行修正。

4.3.4 变速器挡位选取

4.3.4.1 对于搭载手动变速器的车辆，以及搭载具备手动模式自动变速器的车辆： 应选择最可能满足车速要求的档位，在此基础上：

如果有两个档位均可能满足车速要求，则选择一般驾驶员更可能选择的档位； 如果这两个档位驾驶员选择的可能性相当，则在满足以发动机转速要求的前提下，选择性能更恶劣的档位。

表3 最大发动机转速

发动机最大功率及扭矩 <100kw且<200Nm >100kw或>200Nm >150kw或>250Nm 4.3.4.2 对于搭载自动变速器的车辆：

档位由变速器自动决定，但如果出现档位搜寻(即1km行驶路程中出现4次以上变档)，则手动将其锁定在较低档位。

4.3.5 车速设置

如果测试车辆最高车速小于175km/h，则可将高速行驶工况的车速设置为最高车速乘以0.8。

如果通过调整变速器档位仍不能满足工况中对于车速的要求，则允许车速降低至能够达到的稳定车速。

其中，对于搭载自动变速器的车辆，可以将车速上下调整10km/h以获得一个稳定的测试条件。

42 42 42 42 40 40 40 40 1000 1000 1000 1000 42 40 见表E.1 见表E.2 8.1 6.3 0 0 -- -- 15 18 8.2 14.5 -- -- 发动机转速要求 <4500rpm <4000rpm <3500rpm

7 记录

记录环境风洞的相关信息（见表B.1)； 记录试验车辆的相关信息（见表C.1）。 8 报告

试验报告应由试验负责人编写。 试验报告的内容见表A.1。

附录A （规范性附录） 试验报告样本 表A.1 试验报告样本

试验名称 试验对象 试验时间 试验人员 试验报告编制人员 试验报告校核人员 试验报告审核人员 试验目的 汽车环境风洞： 试验仪器、设备 测试仪器： 数据采集系统： 试验地点 空气温度（℃）： 试验环境 空气湿度（%RH）： 日照强度（W/m²）： 数据记录频率 1秒 试验标准 试验内容

试验结果 1、风险点汇总 工况 测点 测点1 测点2 …… 工况1 工况2 工况3 工况4 …… 限值 2、测点时间历程曲线图汇总 结果分析 报告附件 附件1：风洞信息表（见表B.1），包括空风洞照片及试验车辆安装在风洞中的实际照片 附件2：车辆信息表（见表C.1）

附录B （规范性附录） 风洞信息表 表B.1 风洞信息表

风洞名称 地点 基本参数 喷口面积（m2） 温度范围（℃） 湿度范围（%RH） 光源类型 是否使用侧边光源 日照强度范围（W/m²） 底盘测功机参数 驱动形式 速度范围（km/h） 驱动力范围 转毂直径（m） 风速范围（km/h） 温度均匀性 湿度均匀性 光源光谱 侧边光源位置 是否使用边界层去除装置 / 所属公司 启用时间 是否使用地面辐射装置

附录C （规范性附录） 车辆信息表 表C.1 车辆信息表

整车 样车名称 生产厂家 VIN码 样车颜色(内/外) 驾驶形式 玻璃类型 转向形式 驱动形式 车身形式 悬架形式 制动形式 座位数 空调系统总成 试验前已行驶里程 （km） 车辆加载后前后轮轮眉离地高度（m） 发动机 样车阶段 生产日期 整备质量（kg） 车辆长×宽×高(mm) 门的数量 玻璃贴膜 LF: RF: RL:

RR:

发动机型号（是否带增压） 发动机排量（L） 机油型号 冷却液型号/用量（L） 缸数 气门数 额定功率（kW） 最大扭矩（N·m） 发动机生产厂家 变速箱 变速箱型号 变速箱油型号/用量 （L） 变速箱类型 冷却系统 生产厂家 节温器 型号 初开、全开温度 （℃） 生产厂家 结构型式及尺寸 （mm） 换热量（kW） 冷凝器 生产厂家 散热器

结构型式及尺寸（mm） 换热量（kW） 生产厂家 结构型式及尺寸（mm） 换热量 （kW） 生产厂家 结构型式及尺寸（mm） 换热量（kW） 生产厂家 冷却风扇 风量（m³/h） 功率 （W） 中冷器 油冷器

附录D （规范性附录） 测点布置列表 表D.1 测点布置列表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 参数 环境温度 环境相对湿度 日照强度 主油道机油温度 油底壳机油温度a 发动机出水温度 发动机进水温度 变速器润滑油温度 驱动桥润滑油温度 助力转向润滑油温度 传感器安装位置 见4.2规定? 见4.3规定? 见4.4.1规定 机油标尺末端处 油底壳放油螺栓处 发动机出水管中心处 发动机进水管中心处 变速器进油管中心处b 驱动桥油底壳内c 位于助力转向润滑油储油罐内d 发动机前、后、左、右、上、下的中间位置及发动机舱说明 必测 必测 必测 必测 必测 必测 必测 必测 必测 必测 11 发动机舱空气温度 温度最高处（一般在排气歧管位置） 格栅处进气口空气温度 空滤器入口空气温度 空滤器出口空气温度 增压器出口空气温度 中冷器进口空气温度 位于管道中心 选测 12 13 14 15 16 必测 必测 必测 必测 必测

17 18 19 中冷器出口空气温度 节气门前进气温度 冷凝器进风温度 最少9点，位于冷凝器前面平均分配、正对进风方向 最少3点，位于中冷器前面平均分配、正对进风方向（风必测 必测 必测 20 中冷器进风温度 冷式） 必测 21 22 23 发动机散热器进风温度 发动机散热器出风温度 发动机排气温度（歧管） 发动机排气温度（尾最少9点，位于散热器前面平均分配、正对进风方向 最少9点，与散热器进风温度测点对应 / 必测 必测 选测 / 选测 24 管） 25 26 27 28 30 31 32 33 34 35 36

外循环空调进风温度 内循环空调进风温度 左侧仪表盘出气口温度 左中仪表盘出气口温度 右中仪表盘出气口温度 见QC/T 658-2000规定 右侧仪表盘出气口温度 左前方呼吸平面温度 右前方呼吸平面温度 左后方呼吸平面温度 右后方呼吸平面温度 压缩机排气压力 压缩机高压端加注口处 监测 监测 监测 监测 监测 监测 监测 监测 监测 监测 必测

37 38 39 40 41 42 43 压缩机吸气压力 压缩机离合器电压 发动机风扇电压 鼓风机电压 鼓风机电流 发动机转速 发动机冷却风扇转速 压缩机低压端加注口处 / / / / / / 必测 必测 必测 必测 必测 必测 必测 a 取主油道机油温度和油底壳机油温度中温度高者作为发动机机油温度。 b 有单独分动器的应在分动器内安装温度传感器，以变速器润滑油温度和分动器润滑油温度高者作为变速器润滑油温度。 c 根据总成结构、原理尽可能将传感器置于其温度最高处，试验时温度传感器应完全浸入润滑油中，在不碰到旋转部件的前提下远离壳体30mm以上。 d只针对液压助力的转向系统。

附录E （规范性附录） 城市堵车工况车速设置

城市堵车一（长沙市区）示意图和速度见图E.1和表E.1。

图E.1 城市堵车工况一（长沙市区）车速示意图 表E.1 城市堵车工况一（长沙市区）车速表

城市堵车二（重庆市区）示意图和速度见图E.2和表E.2。

图E.2城市堵车工况二（重庆市区）车速示意图 表E.2 城市堵车工况二（重庆市区）车速表