一种模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验系统及方法与流程

1.本发明属于汽车环境实验室测试技术领域，尤其是涉及一种模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验系统及方法。


背景技术：

2.随着汽车技术的发展，各种大气环境要素（如温、湿、压、风、雨、雪、云、雾、冰、霜、闪、雷、雹、霾、光照、地面辐射等）对车辆使用(包括运行、停放、保养等)和车辆性能(包括安全、可靠、寿命等)的影响，逐渐引起了人们的重视。为了研究车辆的环境适应性，人们建立了车辆环境实验室，包括环境风洞、高低温环境舱、淋雨实验室、风雨耦合实验室、结冰结霜实验室、除霜除雾实验室、盐雾腐蚀实验室以及阳光模拟实验室、风沙模拟实验室、高原环境模拟实验室、自然灾害实验室等等。在实验室中模拟自然界的环境条件，就需要有适合的环境条件模拟系统，比如风系统、雨系统、雪系统、加热升温系统、制冷降温系统、阳光模拟系统、风沙模拟系统、气压控制系统等等。其中，雨系统是为了模拟自然界中的雨环境。
3.就雨水模拟喷淋方面，人们开发了各种各样的喷淋系统：专利cn 110044805 a公开了一种淋雨试验箱技术，该淋雨试验箱的喷淋系统由过滤板、喷淋组件（包含矩阵分布的喷淋头）、漏板、进水口等组成；专利cn 106092452 b公开了一种帐蓬防雨性能试验装置，该试验装置包含有一组模拟雨水喷淋装置，模拟雨水喷淋装置包括有四个定位架、喷淋架、连接流量调节计的25个均布喷头、升降电动葫芦等；专利cn 106546840 b公开了一种输电设备电气试验用模拟雨水喷淋系统，该系统由供水装置、喷淋装置、角度调节机构等组成，其喷淋装置由支撑机构、主水管、分水管和喷淋头组成。然而，这些雨水模拟喷淋系统，都无法模拟风雨对行驶中车辆的影响，更无法模拟行驶中的车辆飞溅雨水对车辆自身污染状况。
4.在环境风洞中模拟车轮飞溅雨水，也需要有相应的喷水装置。现有雨水模拟喷淋系统，要么是追求喷水雾化效果，要么是拿水龙头直接淋水，喷水系统设计不合理，无法形成均匀的能够模拟雨水堆积的理想水膜，也不清楚喷水的确切位置和喷水量，因而无法真实地模拟车轮飞溅雨水的情况，无法有效地完成雨水飞溅模拟试验。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明旨在提出一种模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验系统及方法，以解决现有的雨水模拟喷淋系统，无法模拟风雨对行驶中车辆的影响，更无法模拟行驶中的车辆飞溅雨水对车辆自身污染状况的影响的问题。
6.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一方面，本技术提出一种模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验系统，包括供水装置、加料装置、喷射装置、供风装置、整车运行底盘测功机，所述供水装置出水端与加料装置出料端通过混合阀混合；所述喷射装置包括混合管道、总管道、分支管路、开度调节阀、扁平口喷嘴，所述混合管道一端与混合阀出口端连接，所述混合管道另一端与总管道连接，所述总管道还设置
有多个分支管路，每个分支管路中部设置开度调节阀，每个分支管路远离总管道一端设置扁平口喷嘴；扁平口喷嘴的喷水端设置为扁平开口部，每个扁平口喷嘴的扁平开口部对应一个轮毂设置；供风装置向待测车辆正前方施加设定风速的风，待测车辆根据设定的车速在整车运行底盘测功机的转毂上运行。
7.进一步的，所述供水装置包括自来水进水管道一、储水罐、出水管道一、水压调节阀，所述自来水进水管道一一端连接自来水，另一端与储水罐入口连通，所述储水罐出口与混合阀入口通过出水管道一连接，所述出水管道一中部还设置有水泵及水压调节阀；所述加料装置包括自来水进水管道二、混料罐、出料管道一，所述自来水进水管道二一端连接自来水，另一端与混料罐入口连接，所述混料罐出口通过出料管道一与混合阀入口连接，混料罐内的物质包括泥浆、显影观测用的荧光剂；所述总管道上还连接有排水管路，所述排水管路远离总管道的一端与自来水连接，所述混合管道和排水管路上均设置有电动开关阀。
8.进一步的，所述扁平口喷嘴中部设置有多行与水流方向相交的水流分散结构，所述水流分散结构包括等间隔设置的多个导流柱；相邻两行的导流柱中，一行的导流柱与另一行的导流柱之间间隙对应。
9.进一步的，所述水流分散结构设置2-4行，每行水流分散结构的形状包括尖角形、抛物线形、圆弧形。
10.进一步的，所述扁平口喷嘴的扁平开口部与水流分散结构之间设置有水流溢流结构，所述水流溢流结构为低于扁平开口部下底面的凹槽；水流溢流结构的最大深度为水流溢流结构下外壳壳体底面到转毂距离大于扁平开口部距离转毂的最小距离e，所述最小距离e取值范围：转毂最大振幅 5mm≤e≤转毂最大振幅 45mm且e＜50mm。
11.进一步的，所述水流溢流结构为圆弧型，所述水流溢流结构上顶面与扁平开口部下底面相切；所述扁平开口部为扁平矩形筒，所述扁平开口部内部沿水流方向等距设置多个立筋；所述扁平开口部宽度与车轮宽度对应，所述扁平开口部内部高度为1mm
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2mm。
12.另一方面，本技术基于上述的一种模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验系统提出一种模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验方法，对待测车辆建立供风环境，将扁平口喷嘴对应轮毂设定位置，并将扁平口喷嘴与轮毂间隔设定的距离，对轮毂进行设定喷水量的喷射。
13.进一步的，对待测车辆建立供风环境，具体方法为：供风方向为向车辆正前方向供风，供风风速范围为1/2～2/3的车速。
14.进一步的，将扁平口喷嘴对应轮毂设定位置，具体方法为：所述扁平口喷嘴的扁平开口部水平设置，所述扁平口喷嘴的扁平开口部下平面与过转毂顶点的切平面距离2mm～2.5mm；将扁平口喷嘴与轮毂间隔设定的距离，具体方法为：将扁平口喷嘴前端平面与转毂中心线过转毂顶点的平行线间隔距离|cd|，所述|cd|的计算方法：
其中，r为转毂半径，mm；h为扁平口喷嘴前端平面下底面距转毂顶点切线的垂直距离，mm；e为扁平口喷嘴距离转毂的最小距离，mm。
15.喷水量的计算公式：qw=(ww 60)*hw*v/60，其中，ww为车轮宽度，mm；(ww 60)为扁平开口部宽度，mm；v 为车速，km/h；hw为水膜厚度，mm，当，，当， 。
16.相对于现有技术，本发明所述的一种模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验系统及方法具有以下有益效果：（1）本发明所述的一种模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验系统，供水装置提供压力可控、流量可调的水源；加料装置完成荧光剂或者泥浆的均匀搅拌并向供水装置混合，方便进行后期试验的观察；通过扁平口喷嘴对应车辆轮毂的设置，实现均匀稳定的模拟雨水喷溅，保证后期试验数据可控性。
17.（2）本发明所述的一种模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验系统，每行水流分散结构使得水流沿水流的垂直方向分散，将水流均匀的分开分布在喷嘴面上，均匀的流出；同时也控制流速，水流从喷水端流出时，速度尽可能小，不能因为水撞击转毂而产生飞溅，产生混淆车轮引起的飞溅的因素，影响本检测车轮引起的飞溅给车辆行驶带来影响的判断；水流溢流结构上顶面与扁平口喷嘴下底面相切有利于平滑的导流水流进入扁平口喷嘴。
18.（3）本发明所述的一种模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验方法，能够模拟任意溅水量，可均匀分布水膜厚度、形状、喷射位置，可控的雨水均匀堆积的理想水膜，能够反映溅水量与车速的关系，能够模拟空气相对流动对行车溅水的影响效果，实现在汽车环境风洞中模拟车轮飞溅雨水合适喷水状态，从而有效地完成雨水飞溅模拟试验。
附图说明
19.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1为本发明实施例所述的一种模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验系统示意图；图2为本发明实施例所述的扁平口喷嘴内部结构示意图；图3为本发明实施例所述的扁平口喷嘴对应轮毂位置示意图；图4为本发明实施例所述的小流量时喷淋俯视效果示意图；图5为本发明实施例所述的小流量时喷淋侧视效果示意图；
图6为本发明实施例所述的中流量时喷淋俯视效果示意图；图7为本发明实施例所述的中流量时喷淋侧视效果示意图；图8为本发明实施例所述的大流量时喷淋俯视效果示意图；图9为本发明实施例所述的大流量时喷淋侧视效果示意图。
20.附图标记说明：1-供水装置；11-进水管道一；12-储水罐；13-出水管道一；14-水压调节阀；15-水泵；2-加料装置；21-进水管道二；22-混料罐；23-出料管道一；24-混合阀；3-喷射装置；31-混合管道；32-总管道；33-排水管路；34-分支管路；341-开度调节阀；35-电动开关阀；4-供风装置；5-扁平口喷嘴；51-扁平开口部；511-立筋；52-水流分散结构；521-导流柱；53-水流溢流结构；6-轮毂。
具体实施方式
21.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
22.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
23.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
25.如图1所示，一方面，本技术提出一种模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验系统，包括供水装置1、加料装置2、喷射装置3、供风装置4、整车运行底盘测功机，所述供水装置1出水端与加料装置2出料端通过混合阀24混合；所述喷射装置3包括混合管道31、总管道32、分支管路34、开度调节阀341、扁平口喷嘴5，所述混合管道31一端与混合阀24出口端连接，所述混合管道31另一端与总管道32连接，所述总管道32还设置有多个分支管路34，每个分支管路34中部设置开度调节阀341，每个分支管路34远离总管道32一端设置扁平口喷嘴5；扁平口喷嘴5的喷水端设置为扁平开口部51，每个扁平口喷嘴5的扁平开口部51对应一个轮毂6设置；供风装置4向待测车辆正前方施加设定风速的风，待测车辆根据设定的车速在整车运行底盘测功机的转毂上运行。
26.所述供风装置4为汽车环境风洞。
27.如图1所示，所述供水装置1包括自来水进水管道一11、储水罐12、出水管道一13、水压调节阀14，所述自来水进水管道一11一端连接自来水，另一端与储水罐12入口连通，所述储水罐12出口与混合阀24入口通过出水管道一13连接，所述出水管道一13中部还设置有水泵15及水压调节阀14；所述加料装置2包括自来水进水管道二21、混料罐22、出料管道一23，所述自来水进水管道二21一端连接自来水，另一端与混料罐22入口连接，所述混料罐22出口通过出料管道一23与混合阀24入口连接，混料罐22内的物质包括泥浆、显影观测用的荧光剂；所述总管道32上还连接有排水管路33，所述排水管路33远离总管道32的一端与自来水连接，所述混合管道31和排水管路33上均设置有电动开关阀35。
28.所述排水管路是用于将管路里还没有喷出的多余的水排走的管路。
29.混合阀、开度调节阀、供水装置的水泵及水压调节阀、混合管道及排水管路上的电动开关阀均可通过手动开启关闭，也可通过现有的plc控制技术进行开启控制或关闭。
30.所述混料罐22内设置有搅拌棒，所述搅拌棒可以通过减速电机控制搅拌混料罐内的物质，也可进行人工搅拌。
31.如图2至图9所示，所述扁平口喷嘴5中部设置有多行与水流方向相交的水流分散结构52，所述水流分散结构52包括等间距设置的多个导流柱521；相邻两行的导流柱521中，一行的导流柱521与另一行的导流柱521之间间隙对应。
32.如图2至图9所示，所述水流分散结构52设置2-4行，每行水流分散结构52的形状包括尖角形、抛物线形、圆弧形。
33.如图2所示，水流分散结构朝向进水一侧隆起。
34.在一水平面内，每行水流分散结构52使得水流沿水流的垂直方向分散，将水流均匀的分开分布在喷嘴面上，均匀的流出；同时也控制流速，水流从喷水端流出时，速度尽可能小，不能因为水撞击转毂而产生飞溅，如果产生飞溅，那就容易混淆车轮引起的飞溅，影响本检测车轮引起的飞溅给车辆行驶带来影响例如，检测飞溅到后视镜上可能带来驾乘体验影响甚至造成驾驶危险的情况的判断。
35.如图2至图9所示，所述扁平口喷嘴5的扁平开口部51与水流分散结构52之间设置有水流溢流结构53，所述水流溢流结构53为低于扁平开口部51下底面的凹槽；水流溢流结构53的最大深度为水流溢流结构53下外壳壳体底面到转毂距离大于扁平开口部51距离转毂的最小距离e，所述最小距离e取值范围：转毂最大振幅 5mm≤e≤转毂最大振幅 45mm且e＜50mm。
36.如图2至图9所示，所述水流溢流结构53为圆弧型，所述水流溢流结构53上顶面与扁平开口部51下底面相切；所述扁平开口部51为扁平矩形筒，所述扁平开口部51内部沿水流方向等距设置多个立筋511；所述扁平开口部51宽度与车轮宽度对应，所述扁平开口部51内部高度为2mm。
37.所述水流溢流结构53上顶面与扁平口喷嘴5下底面相切有利于平滑的导流水流进入扁平口喷嘴5；扁平开口部51为内部高度2mm，宽度320mm的扁平矩形口。
38.如图2、图4所示，另一方面，本技术根据上述的一种模拟雨中行车车轮溅水的喷水
试验系统提出一种拟雨中行车车轮溅水的喷水试验方法，对待测车辆建立供风环境，将扁平口喷嘴5对应轮毂6设定位置，并将扁平口喷嘴5与轮毂6间隔设定的距离，对轮毂6进行设定喷水量的喷射。
39.模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验环境。
40.对待测车辆建立供风环境，具体方法为：供风方向为向车辆正前方向供风，供风风速范围为三分之一到三分之二的车速，优选最佳值为1/2车速。
41.如图2、图4所示，将扁平口喷嘴5对应轮毂6设定位置，具体方法为：所述扁平口喷嘴5的扁平开口部51水平设置，所述扁平口喷嘴的扁平开口部下平面与过转毂顶点的切平面距离2mm～2.5mm；将扁平口喷嘴5与轮毂6间隔设定的距离，具体方法为：将扁平口喷嘴5前端平面与转毂中心线过转毂顶点的平行线间隔距离|cd|，所述|cd|的计算方法：其中，r为转毂半径，mm；h为扁平口喷嘴5前端平面下底面距转毂顶点切线的垂直距离，mm；e为扁平口喷嘴5距离转毂的最小距离，mm。
42.喷水量的计算公式：qw=(ww 60)*hw*v/60，其中，ww为车轮宽度，mm；(ww 60)为扁平开口部宽度，mm；v 为车速，km/h；hw为水膜厚度，mm，当，，当， 。
43.hw为水膜厚度，一般取值范围为0.2mm～2mm。
44.依照实施方案喷水量计算公式，最佳给定喷水量如下表所示：
工作过程：如图1至图9所示，待测车辆根据设定的车速在整车运行底盘测功机的转毂上运行；供水装置1提供压力可控、流量可调的水源，水源的源头可以直接连接自来水水源；加料装置2完成荧光剂或者泥浆的均匀搅拌并向供水装置1混合；通过扁平口喷嘴5构建喷射装置3，实现均匀稳定的模拟雨水喷溅；供风装置4为测试提供一定量稳定的风，以便是模拟雨水飞溅的运动情况接近真实道路上的相对运动情形，为后期检测飞溅到后视镜等处的液体对驾驶人员的影响做好准备。
45.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验系统，其特征在于：包括供水装置（1）、加料装置（2）、喷射装置（3）、供风装置（4）、整车运行底盘测功机，所述供水装置（1）出水端与加料装置（2）出料端通过混合阀（24）混合；所述喷射装置（3）包括混合管道（31）、总管道（32）、扁平口喷嘴（5）、开度调节阀（341），所述混合管道（31）一端与混合阀（24）出口端连接，所述混合管道（31）另一端与总管道（32）连接，所述总管道（32）还设置有多个分支管路（34），每个分支管路（34）中部设置开度调节阀（341），每个分支管路（34）远离总管道（32）一端设置扁平口喷嘴（5）；扁平口喷嘴（5）的喷水端设置为扁平开口部（51），每个扁平口喷嘴（5）的扁平开口部（51）对应一个轮毂（6）设置；供风装置（4）向待测车辆正前方施加设定风速的风，待测车辆根据设定的车速在整车运行底盘测功机的转毂上运行。2.根据权利要求1所述的一种模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验系统，其特征在于：所述供水装置（1）包括自来水进水管道一（11）、储水罐（12）、出水管道一（13）、水压调节阀（14），所述自来水进水管道一（11）一端连接自来水，另一端与储水罐（12）入口连通，所述储水罐（12）出口与混合阀（24）入口通过出水管道一（13）连接，所述出水管道一（13）中部还设置有水泵（15）及水压调节阀（14）；所述加料装置（2）包括自来水进水管道二（21）、混料罐（22）、出料管道一（23），所述自来水进水管道二（21）一端连接自来水，另一端与混料罐（22）入口连接，所述混料罐（22）出口通过出料管道一（23）与混合阀（24）入口连接，混料罐（22）内的物质包括泥浆、显影观测用的荧光剂；所述总管道（32）上还连接有排水管路（33），所述排水管路（33）远离总管道（32）的一端与自来水连接，所述混合管道（31）和排水管路（33）上均设置有电动开关阀（35）。3.根据权利要求1所述的一种模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验系统，其特征在于：所述扁平口喷嘴（5）中部设置有多行与水流方向相交的水流分散结构（52），所述水流分散结构（52）包括等间距设置的多个导流柱（521）；相邻两行的导流柱（521）中，一行的导流柱（521）与另一行的导流柱（521）之间间隙对应。4.根据权利要求3所述的一种模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验系统，其特征在于：所述水流分散结构（52）设置2-4行，每行水流分散结构（52）的形状包括尖角形、抛物线形、圆弧形。5.根据权利要求3所述的一种模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验系统，其特征在于：所述扁平口喷嘴（5）的扁平开口部（51）与水流分散结构（52）之间设置有水流溢流结构（53），所述水流溢流结构（53）为低于扁平开口部（51）下底面的凹槽；水流溢流结构（53）的最大深度为水流溢流结构（53）下外壳壳体底面到转毂距离大于扁平开口部（51）距离转毂的最小距离e，所述最小距离e取值范围：转毂最大振幅 5mm≤e≤转毂最大振幅 45mm且e＜50mm。6.根据权利要求5所述的一种模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验系统，其特征在于：所述水流溢流结构（53）为圆弧型，所述水流溢流结构（53）上顶面与扁平开口部（51）下底面相切；
所述扁平开口部（51）为扁平矩形筒，所述扁平开口部（51）内部沿水流方向等距设置多个立筋（511）；所述扁平开口部（51）宽度与车轮宽度对应，所述扁平开口部（51）内部高度为1mm～2mm。7.基于权利要求1-6任一所述的一种模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验系统的一种模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验方法，其特征在于：对待测车辆建立供风环境，将扁平口喷嘴（5）对应轮毂（6）设定位置，并将扁平口喷嘴（5）与轮毂（6）间隔设定的距离，对轮毂（6）进行设定喷水量的喷水。8.根据权利要求7所述的一种模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验方法，其特征在于：对待测车辆建立供风环境，具体方法为：供风方向为向车辆正前方向供风，供风风速范围为三分之一到三分之二的车速。9.根据权利要求7所述的一种模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验方法，其特征在于：将扁平口喷嘴（5）对应轮毂（6）设定位置，具体方法为：所述扁平口喷嘴（5）的扁平开口部（51）水平设置，所述扁平口喷嘴（5）的扁平开口部（51）下平面与过转毂顶点的切平面相距2mm～2.5mm；将扁平口喷嘴（5）与轮毂（6）间隔设定的距离，具体方法为：将扁平口喷嘴（5）前端平面与转毂中心线过转毂顶点的平行线间隔距离|cd|，所述|cd|的计算方法：其中，r为转毂半径，mm；h为扁平口喷嘴（5）前端平面下底面距转毂顶点切线的垂直距离，mm；e为扁平口喷嘴（5）距离转毂的最小距离，mm。10.根据权利要求7所述的一种模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验方法，其特征在于：喷水量的计算公式：q
w
=(w
w
60)*h
w
*v/60，其中，w
w
为车轮宽度，mm；(w
w
60)为扁平开口部宽度，mm；v 为车速，km/h；h
w
为水膜厚度，mm，当，，当， 。

技术总结
本发明提供了一种模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验系统及方法，待测车辆根据设定的车速在整车运行底盘测功机的轮毂上运行；设置供水装置提供压力可控、流量可调的水源；设置加料装置完成荧光剂或者泥浆的均匀搅拌并与供水装置的水源混合；通过扁平口喷嘴实现均匀稳定的模拟雨水喷溅；供风装置为测试提供一定量稳定的风，以便模拟雨水飞溅的运动情况接近真实道路上的相对运动情形。本发明所述的一种模拟雨中行车车轮溅水的喷水试验系统及方法，实现在汽车环境风洞中模拟车轮飞溅雨水合适喷水状态，从而有效地完成雨水飞溅模拟试验，为后期检测飞溅到后视镜等处的液体对驾驶人员的影响以及飞溅到车身处的液体对车身的影响等观测做好准备。等观测做好准备。等观测做好准备。


技术研发人员：于镒隆 牟连嵩 刘学龙 张艺伦 王远 赵丰 陈向阳 许翔 王丹 伊虎城 徐俊芳
受保护的技术使用者：中国汽车技术研究中心有限公司
技术研发日：2022.04.22
技术公布日：2022/5/25