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法如三维激光扫描在风洞内汽车车门系统静态变形量应用

发布时间:2020-06-29 访问量:

1、 技术简介


风洞内汽车车门系统静态变形量(也称偏移量)测试是一种稳态测试,是指在风洞流场内(in flow),在某一稳定的风速和偏角下对汽车车门系统的变形偏移量进行的量化测试。目前,中国汽研汽车风洞中心是国内第一座引进应用并掌握该测试技术的风洞,旨在更好的应用推广风洞先进前沿测试技术,更好的为国内汽车行业提供服务。


汽车在风速大小和偏角均稳定的气流中测试时,其车门系统会受到稳定气流的作用和激励,此时车门会有一定的变形偏移量,偏移量的大小主要受两侧车门系统刚度和模态的影响。此外,由于在迎风侧和背风侧时车门外的气流压力不同,使两侧车门的变形偏移量大小和方向也会有所不同。总的来说,由于车门与车身之间位置和相对运动不同而引起的变形偏移量会严重影响车门密封条的压缩量和车门系统的动态密封。


如果车门系统动态密封不好,则会严重影响车内噪声控制,特别是影响车内风噪水平和车内声品质。严重的动态密封问题会使车外的声音直接传递到车内,特别在高速行驶时会形成巨大的车内噪声;不严重的动态密封问题,比如细小的缝隙,虽然不会带来车内声音大小的改变,但是会严重影响到车内的声品质,这些细小的缝隙产生的气吸噪声与泄漏噪声虽然不会太大的改变车内声压级,但是会严重降低车内的语音清晰度。


所以风洞内汽车车门系统静态变形量(也称偏移量)测试对了解车门系统的刚度模态,车门系统的动态密封,车门密封胶条的压缩量,车门与车身间位置和相运动及提升改善车内风噪性能和声品质有着至关重要的指导意义和作用。


2、测试软硬件介绍

测试软件介绍


中国汽研汽车风洞中心进行车门静态变形量测试的软件名为Car Model Scan 3D,由德国GFai公司自主开发而成,专门用于测试计算风洞内汽车车门系统静态变形偏移量。提前扫描好的汽车三维模型Point Cloud数据和Surface Mesh Model数据均可以导入该软件进行静态变形偏移量测试计算,该软件仅支持以上两种数据的.cnk格式文件的导入,测试软件界面如下图1所示。

 图1   Car Model Scan 3D测试软件界面展示



测试硬件介绍

整个测试系统硬件部分包括风洞高精度移动测量系统和FARO Laser Scanner Focus高精度激光扫描仪Focus S70A两部分(见图2-4所示)。


此处着重介绍一下法如Focus S70A,该高精度激光扫描仪能够快速、直接和极为精确地测量各种物体或建筑物。它能够记录建筑立面、复杂结构、生产和供应设施、事故现场和大型部件,提供栩栩如生和细节逼真的扫描结果,每次扫描的距离为70m。内置800万像素HDR相机不仅能够捕捉详细的图像,还能对在亮度急剧变化条件下捕捉的扫描数据进行自然的颜色叠加。许多令人熟悉的特征(例如:重量轻、尺寸小、一次充电可工作4.5小时)使Focus S型号激光扫描仪实现真正的移动性,以便进行快速、安全和可靠的扫描。


图2   风洞高精度移动测量系统


图3   法如Faro Focus S70A高精度激光扫描

图4   移动测量系统与激光扫描仪配合使用


3、 测试现场展示


本文以一款SUV_Hyundai ix35在风洞内车门系统静态变形量测试为例介绍展示测试现场,如下图5所示。


图5   风洞车门静态变形量测试现场展示


测试前,需要在正投影扫描试验室对待测车辆进行整车3D数模扫描,获取待测车辆的3D模型point cloud数据,扫描结果文件以.cnk文件输出,然后需要对所关心的车门系统测试区域位置进行喷粉处理,喷粉的目的是为了在测试过程中提升扫描仪的扫描精度和扫描质量,更精确的扫描到变形量结果。


此次测试的主要位置为车身左右两侧车门系统位置1和位置2区域,如下图6所示。


图6   左侧车门系统测试区域位置


4、 测试结果展示


同样以该款SUV_Hyundai ix35为例,展示其车门系统关键区域位置的静态变形偏移量测试结果,此处主要展示位置2的两个工况的测试结果(变形量矢量方向定义如下:朝向车身外侧的变形偏移为+,朝向车身内测的变形偏移为-)。

在迎风侧时@120km/h_+10度风速下


车身左侧位置2在迎风侧时@120km/h_+10度风速下的静态变形量测试结果见图7-8。


图7  车身左侧位置2迎风侧@120km/h_+10度风速下测试结果展示



图8  车身左侧位置2迎风侧@120km/h_+10度风速下静态变形量测试结果


从测试结果可以看到,在迎风侧时车身左侧门系统位置2处的变形量均为负方向变形(即朝车内方向变形和偏移),且其最大变形偏移量为-1.0mm左右,表示此时车门与车身间隙会变小,处在车门与车身之间的密封胶条处于压缩状态,车门系统的动态密封性能会提升。这个测试结果与理论和实际上车在迎风侧时车门会被风的激励力压得更紧会向车内方向变形偏移是一致的。

在背风侧时@120km/h_+10度风速下

车身右侧位置2在背风侧时@120km/h_+10度风速下的静态变形量测试结果见图9-10。


图9   车身右侧位置2背风侧@120km/h_+10度风速下测试结果展示



图10  车身右侧位置2背风侧@120km/h_+10度风速下静态变形量测试结果


从测试结果可以看到,在背风侧时车身右侧门系统位置2处的变形量均为正方向变形(即朝车外方向变形和偏移),且其最大变形偏移量为+1.0mm左右,表示此时车门与车身间隙会变大,处在车门与车身之间的密封胶条处于非压缩状态或者压缩量会减小,车门系统的动态密封性能会变差。这个测试结果与理论和实际上车在背风侧时车门会因为车内压力高于车外压力而表现出关门密封压紧力降低,导致车门会向车外方向变形偏移是一致的。

5、 总结


中国汽研风洞中心已熟练掌握和应用风洞内汽车车门系统静态变形量(偏移量)测试技术,经验证其测试精度高达0.1mm,这样的测试精度对处在风洞气流中受气流激励作用的车门系统变形偏移量来说完全满足,而且测试结果与理论和实际都相吻合,精确可信。这项测试技术对车门系统的动态密封,车内风噪和声品质的控制均有着极为重要的作用,欢迎业内同行咨询合作。

原创:张东兴 

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