一种汽车环境风洞阳光模拟安全运营系统及方法与流程

本发明涉及风洞安全运行，具体涉及一种汽车环境风洞阳光模拟安全运营系统及方法。

背景技术：

1、汽车环境风洞是汽车研发中十分重要的试验室，风洞内部可模拟外界真实的气候环境，其温度可模拟-40—60℃，湿度可模拟相对湿度5—95％，风速可模拟0—200km/h，并进行下雨、下雪模拟，进行阳光模拟等，以对风洞内的汽车进行极端环境试验，如高温热平衡/热害试验、空调降温/采暖试验、低温冷启动试验、雨雪试验等。同时，风洞地面设置的转鼓能使汽车于风洞内进行道路行驶状态模拟，并确保汽车在转鼓上行驶时所受阻力与行驶在真实道路上所受阻力一致。

2、阳光模拟设备是风洞中至关重要的一套系统，安装于风洞驻室的上方，其对自然界光照强度、光谱波段、均匀性、实时性的精确模拟是高温及常温试验必不可少的重要环境参数。阳光模拟整套设备造价昂贵，一般在400万左右，一套阳光模拟设备的灯组数量在20—40个，而每个灯组中的灯管是耗材，使用寿命通常为2000小时，一个灯管的价格约3000元，一旦损坏需立刻更换，以保证风洞进行阳光模拟试验时光照均匀性及光照强度。阳光模拟设备的工作环境较差，风洞内部温度在-40—60℃交变、湿度在5—95％交变，且阳光模拟设备开启后的使用温度通常在25℃以上；当风洞内部试验工况由低温转高温，阳光模拟灯组玻璃灯罩的表面极易凝水，在附着有凝水的状态下开光照，则易出现阳光模拟灯组及玻璃灯罩炸裂的情况，这不仅严重影响设备的使用寿命，也存在一定安全风险。

3、目前，为了避免阳光模拟设备在低温转高温过程中发生玻璃炸裂事故，安全的做法是低温转高温过程中一直保持阳光模拟关闭，并在升温过程中不开加湿、控制湿度。例如：风洞由-20℃工况改做40℃、相对湿度为50％的工况时，在风洞的准备阶段只进行升温，将风洞内部温度由-20℃上升为40℃，这个过程中一直不进行加湿，往往当风洞内部主流空气上升至40℃后，还需继续等待1h以上，观察阳光模拟玻璃灯罩的表面才会没有凝水，再确定玻璃灯罩表面无凝水后才可以预开启阳光模拟设备，预开启阳光模拟的目的是让灯组发热，通常在开启5min后再关掉；最后，再开始通过新风控湿系统进行加湿，以使风洞内部的相对湿度达到试验设定的50％。整个准备阶段会浪费2h时间，进而导致风洞试验效率大大降低。

技术实现思路

1、本发明意在提供一种汽车环境风洞阳光模拟安全运营系统及方法，以解决现有风洞低温转高温工况时，准备阶段耗时长，导致风洞试验效率低的问题。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种汽车环境风洞阳光模拟安全运营系统，包括控制系统、温控系统、新风控湿系统和设置在风洞内部的阳光模拟设备、主风机、喷口和收集口，喷口与收集口之间形成主气流，阳光模拟设备位于主气流上方，喷口设有怠速风门，喷口上方设有旁路风道，旁路风道内设有旁路风门，且旁路风道与收集口之间形成有旁路气流，阳光模拟设备位于旁路气流中。

3、本方案的有益效果为：通过在风洞低温转高温的准备阶段创新地提出同时开启主气流和旁路气流两路风，在正常进行准备调试的同时，利用旁路气流吹扫阳光模拟设备使其快速升温，进而大大缩短准备时间，实现提高风洞运行效率的目的。

4、优选的，风洞内部设有风道，风道内设有风洞温度传感器和风洞湿度传感器，风洞温度传感器和风洞湿度传感器分别获取风洞温度实际值和风洞湿度实际值；阳关模拟设备上设有阳光模拟温度传感器，旁路气流中设有旁路气流温度传感器和旁路气流湿度传感器，阳光模拟温度传感器获取阳光模拟设备表面温度，旁路气流温度传感器和旁路气流湿度传感器分别获取旁路气流温度实际值和旁路气流湿度实际值；风洞温度传感器、风洞湿度传感器、阳光模拟温度传感器、旁路气流温度传感器和旁路气流湿度传感器均与控制系统连接。

5、优选的，还包括一种汽车环境风洞阳光模拟安全运营方法，基于上述汽车环境风洞阳光模拟安全运营系统，判断风洞是否处于准备模式；

6、若风洞处于准备模式，则判断准备模式是否为低温转高温状态；

7、若风洞为低温转高温状态，且试验需开阳光模拟设备，则控制旁路风门和怠速风门开启，旁路气流吹扫阳光模拟设备；

8、在旁路气流吹扫过程中，进一步判断阳光模拟设备表面温度是否大于风洞试验设定条件下的风洞试验设定露点温度；

9、若阳光模拟设备表面温度大于风洞试验设定露点温度，则开启阳光模拟设备。

10、本方案的有益效果为：在正常进行准备调试的同时，利用旁路气流吹扫阳光模拟设备使其快速升温，进而大大缩短准备时间，实现提高风洞运行效率的目的；同时再对阳光模拟设备开机时机作进一步判断选取，以在确保安全的情况下及时开启阳光模拟设备，进一步缩短准备阶段所需时间。另外，在汽车环境风洞的实际运行中，试验阶段下，主风机的运行速率比较高，而在准备阶段，环境风洞进行控温控湿准备，车辆不启动、转鼓不启动，主风机、阳光模拟系统、温控系统、新风控湿系统工作的状态下，主风机运行后主气流最大风速也低于30kph，因此，即便在准备阶段开启了旁路气流，主风机的运行功率有所增加，但其总功率依旧较低，能确保主风机运行的安全性。

11、优选的，判断准备模式是否为低温转高温状态的具体方法为：

12、确定风洞温度实际值小于第一阈值，且风洞温度设定值大于风洞温度实际值；

13、同时，确定风洞湿度设定值大于第二阈值。

14、优选的，判断风洞是否处于准备模式的具体方法为：

15、确定主风机、温控系统和新风控湿系统均处于运动状态。

16、优选的，当开启阳关模拟设备后，控制怠速风门关闭，为准备阶段结束后的风洞试验阶段作准备。

17、优选的，在风洞准备阶段，还包括升温加湿控制策略，具体为：

18、基于阳光模拟湿度设定值和阳光模拟湿度实际值，确定阳光模拟湿度偏差值；

19、基于阳光模拟湿度偏差值确定风洞湿度设定值；

20、根据风洞湿度设定值和风洞湿度实际值，确定新风控湿系统中湿度喷枪的开度。

21、本方案的有益效果为：升温加湿控制策略包括外环控制回路和内环控制回路，内环控制回路基于风洞内部湿度的实际值和风洞内部湿度的设定值，实现对新风控湿系统中湿度喷枪开度的粗调；外环控制回路基于阳光模拟设备所处环境的旁路气流湿度的实际值和设定值，实现对新风控湿系统中湿度喷枪开度的粗调，进而快速且精准地调整新风控湿系统中湿度喷枪的开度，以在准备阶段同时开启风洞加湿、并通过控制旁路气流的露点温度始终小于阳光模拟表面温度实际值，实现避免阳光模拟设备表面凝水、炸裂的目的。

22、优选的，在确定湿度喷枪的开度时，还包括：

23、基于风洞湿度设定值和风洞湿度实际值，确定风洞湿度偏差值；

24、根据风洞湿度偏差值，计算得到湿度喷枪的开度。

25、优选的，在确定阳光模拟湿度设定值时，具体方法为：

26、基于旁路气流温度实际值和旁路气流湿度实际值，确定旁路气流露点温度；

27、基于旁路气流露点温度和阳光模拟设备表面温度，计算得到阳光模拟湿度设定值。

28、优选的，计算阳光模拟湿度设定值的公式为：

29、

30、式中：tsetdewpoint为旁路气流露点温度，tsun为旁路气流温度实际值。