汽車噪聲振動(dòng)和安全技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
這個(gè)汽車實(shí)驗(yàn)室有“特異功能”
不但會(huì)刮風(fēng)下雨，還能“吃”聲音
走進(jìn)汽車噪聲振動(dòng)和安全技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，你會(huì)有一種科幻大片上演的感覺(jué)——它可能會(huì)刮一陣強(qiáng)風(fēng)，下一場(chǎng)“暴雨”，抑或讓你一天之內(nèi)感受四季變化。
你也許會(huì)看見(jiàn)一群“人”駕著車，無(wú)所畏懼地展開(kāi)速度與激情的碰撞;抑或置身于另類空間，除了自己的心跳聽(tīng)不見(jiàn)任何聲音。
4月26日，重慶日?qǐng)?bào)記者走進(jìn)中國(guó)汽車工程研究院股份有限公司(下稱中國(guó)汽研)，探訪這個(gè)有“特異功能”的國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。
能刮起最高時(shí)速250公里的超級(jí)大風(fēng)
還有504個(gè)麥克風(fēng)精心布陣“聽(tīng)風(fēng)”
歷時(shí)5年建造、耗資5.5億元的中國(guó)汽研汽車風(fēng)洞中心，2019年在重慶落成時(shí)，在業(yè)界引起轟動(dòng)。
這不僅是我國(guó)中西部地區(qū)第一座汽車風(fēng)洞，也被譽(yù)為亞洲最先進(jìn)的汽車風(fēng)洞之一，極大地彌補(bǔ)了我國(guó)在汽車空氣動(dòng)力學(xué)、熱管理、風(fēng)噪等領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)短板。
它究竟厲害在哪里?在工程師楊超的帶領(lǐng)下，記者走進(jìn)汽車風(fēng)洞中心，站在一個(gè)巨大的“黑洞”前方，立馬感受到一陣強(qiáng)風(fēng)撲面而來(lái)。
“汽車風(fēng)洞包括汽車空氣動(dòng)力學(xué)—聲學(xué)風(fēng)洞和汽車環(huán)境風(fēng)洞，你們現(xiàn)在看到的是汽車空氣動(dòng)力學(xué)—聲學(xué)風(fēng)洞。”楊超說(shuō)，這個(gè)風(fēng)洞其實(shí)并不是一個(gè)洞，而是一條管道，它能形成強(qiáng)勁的氣流。洞口所在位置專業(yè)術(shù)語(yǔ)稱作噴口，面積有28平方米，噴口越大，越能真實(shí)模擬外部道路環(huán)境。
氣動(dòng)噪聲現(xiàn)在已成為車輛在高速行駛中的主要噪聲源，影響汽車駕乘舒適性和安全性。這個(gè)風(fēng)洞就是要解決氣動(dòng)噪聲的問(wèn)題。
風(fēng)從哪里吹來(lái)?楊超介紹，“幕后英雄”就是具有世界一流水平的軸流式風(fēng)機(jī)系統(tǒng)。
作為動(dòng)力源的風(fēng)機(jī)，直徑9米、功率4000千瓦，可以讓實(shí)驗(yàn)室內(nèi)刮起最高時(shí)速250公里的超級(jí)大風(fēng)，是整個(gè)風(fēng)洞的核心。
實(shí)驗(yàn)室中間的大轉(zhuǎn)盤，是車輛測(cè)試時(shí)停放的位置，被稱作“測(cè)力天平”。在它的底下，有一套龐大且精度極高的系統(tǒng)，甚至可以測(cè)出一個(gè)雞蛋的重量。
“天平上有五帶移動(dòng)系統(tǒng)，可以讓車輛跑起來(lái)，就像‘站’在跑步機(jī)上一樣，模擬車輛在真實(shí)道路上的行駛狀態(tài)。”楊超說(shuō)。
要解決氣動(dòng)噪聲問(wèn)題，自然要測(cè)聲音。對(duì)此，汽車風(fēng)洞中心配備了最先進(jìn)的聲學(xué)測(cè)試設(shè)備——三維麥克風(fēng)陣列系統(tǒng)。
記者看到，麥克風(fēng)陣列系統(tǒng)由左側(cè)、右側(cè)和頂部三塊陣列組成，每塊陣列上都是密密麻麻的黑色麥克風(fēng)，經(jīng)過(guò)精心“排陣”，時(shí)刻準(zhǔn)備“聽(tīng)風(fēng)”。
“每塊陣列有168個(gè)麥克風(fēng)，總共504個(gè)。”楊超說(shuō)，麥克風(fēng)陣列俗稱聲學(xué)照相機(jī)，是通過(guò)采集聲音信號(hào)傳播到不同位置麥克風(fēng)的時(shí)間延時(shí)，對(duì)聲源進(jìn)行識(shí)別和定位，并將聲源以照片的形式呈現(xiàn)，非常直觀地展示汽車外表面聲源的分布。“車身表面哪里噪聲大，通過(guò)圖像呈現(xiàn)出來(lái)一目了然，而且麥克風(fēng)對(duì)聲源識(shí)別的定位精度誤差小于1厘米，可以為氣動(dòng)噪聲優(yōu)化提供精準(zhǔn)參考。”
汽車環(huán)境風(fēng)洞則是對(duì)測(cè)試環(huán)境進(jìn)行精準(zhǔn)模擬，可以完成雨天、晴天、陰天等多種天氣的切換，最大程度還原真實(shí)用車環(huán)境。
有了汽車風(fēng)洞中心，車企不用去戈壁、雪地等極限環(huán)境，也能進(jìn)行車輛測(cè)試，同樣能準(zhǔn)確反映發(fā)動(dòng)機(jī)性能。
假人“大家庭”有成人有兒童還有嬰兒
最新型假人全身有140多個(gè)傳感器通道
有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，全世界每年因道路交通事故死亡人數(shù)約125萬(wàn)，不論是車內(nèi)駕乘人員安全，還是車外行人安全，都是汽車工程師關(guān)注的重點(diǎn)。
安全技術(shù)中心整車安全科室主任王國(guó)杰表示，實(shí)驗(yàn)室每年都要開(kāi)展大量汽車碰撞試驗(yàn)，以再現(xiàn)交通事故的方式，分析汽車在碰撞過(guò)程中車內(nèi)乘員與車輛相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、乘員及車輛傷害狀態(tài)等，從而根據(jù)分析結(jié)果改進(jìn)車輛結(jié)構(gòu)安全性設(shè)計(jì)和增設(shè)乘員保護(hù)裝置。
誰(shuí)來(lái)做汽車碰撞試驗(yàn)?汽車碰撞假人就是其中的主角。
在碰撞試驗(yàn)假人標(biāo)定實(shí)驗(yàn)室，記者看到幾名工程師正在反復(fù)對(duì)假人進(jìn)行調(diào)試和校準(zhǔn)，或給假人身上安裝傳感器。
王國(guó)杰介紹，碰撞假人由金屬骨架、硅膠皮膚以及大量精密儀器組成，各部分的尺寸和重量與人體相似，還具有復(fù)雜的脊椎、肋骨、關(guān)節(jié)、合成肌肉等，力求接近真實(shí)人體。他們會(huì)在假人身上加裝加速計(jì)、電位計(jì)、測(cè)力計(jì)等測(cè)試儀器，記錄假人在碰撞時(shí)受到的各種作用力。通過(guò)對(duì)假人身體各部位的作用力進(jìn)行分析，對(duì)其傷害程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。
在假人存儲(chǔ)室，一排排假人坐得整整齊齊，總共有近50個(gè)。他們中既有成年男女假人，還有兒童甚至嬰兒假人，仿真度很高，儼然一個(gè)假人“大家庭”。其中，有兩個(gè)棕色成年假人格外引人注意。
“它們的名字叫THOR，是目前全球最新型碰撞假人，一個(gè)身價(jià)就高達(dá)近千萬(wàn)元。”王國(guó)杰告訴記者，THOR全身上下有140多個(gè)傳感器通道，極大地提高了汽車碰撞試驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集能力與試驗(yàn)精度。
特殊“墻”面能夠把聲波全部“吃”進(jìn)去
電波暗室可消除外界電磁波信號(hào)干擾
在NVH(Noise、Vibration、Harshness，即噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度)技術(shù)中心，有一個(gè)被工程師們戲稱為“全重慶最安靜的地方”，那就是全消聲室。
一扇半米厚的大門打開(kāi)，當(dāng)記者一腳踩在顫巍巍的鋼絲網(wǎng)上，整個(gè)世界都安靜了。記者環(huán)顧一圈發(fā)現(xiàn)，消聲室六面都是鋼絲網(wǎng)，鋼絲網(wǎng)的背后是一個(gè)個(gè)排列整齊的幾何體，形成特殊的“墻”面。
“消聲室是能夠消除一切聲音的地方。走進(jìn)消聲室后，你聽(tīng)不到外界任何聲音，甚至能聽(tīng)見(jiàn)自己的心跳聲。”NVH開(kāi)發(fā)工程師楊望說(shuō)。
玄機(jī)就在于“墻”面。楊望介紹，消聲室的“墻”面都是吸聲材料，結(jié)構(gòu)特殊。在鋼絲網(wǎng)“地”面下方一兩米的地方，其實(shí)也是吸聲材料。在普通空間里，聲音接觸到墻面，聲波就會(huì)有反射。而在消聲室里，“墻”面的吸聲材料會(huì)像海綿吸水一樣，把聲波全部“吃”進(jìn)去，讓聲波消失得無(wú)影無(wú)蹤，不會(huì)有反射，從而達(dá)到消聲的效果，再通過(guò)聲學(xué)測(cè)試檢測(cè)車輛部件的異響。
“NVH性能是一個(gè)綜合性很強(qiáng)的性能指標(biāo)，是汽車品質(zhì)的體現(xiàn)，并且直接關(guān)系到用戶的駕乘感受。”楊望表示，為推動(dòng)我國(guó)自主品牌汽車品質(zhì)提升，實(shí)驗(yàn)室展開(kāi)了從整車到系統(tǒng)、部件、材料級(jí)的NVH性能測(cè)試分析與研究，完成了我國(guó)首個(gè)體系化的NVH異響性能開(kāi)發(fā)技術(shù)，并達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。相關(guān)成果推廣應(yīng)用到百款以上的汽車產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，在國(guó)內(nèi)多家車企得到系統(tǒng)而全面的應(yīng)用。
不僅是測(cè)試NVH性能，隨著汽車向智能化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展，以及“軟件定義汽車”概念的提出，整車的電子電氣架構(gòu)及EMC(電磁兼容)性能開(kāi)發(fā)、車載電器智能化測(cè)試評(píng)價(jià)、軟件和功能安全、網(wǎng)聯(lián)性能測(cè)試評(píng)價(jià)也有了更大需求。在中國(guó)汽研電子通信與軟件測(cè)評(píng)研究中心，還有檢測(cè)電磁波干擾的全電波暗室。
“我們開(kāi)發(fā)了基于暗室的智能網(wǎng)聯(lián)車電磁環(huán)境適應(yīng)性驗(yàn)證技術(shù)，形成了車輛電磁抗擾性能的測(cè)評(píng)規(guī)程。”電子通信與軟件測(cè)評(píng)研究中心整車架構(gòu)室主任陳立東表示。
走進(jìn)全電波暗室，記者看到實(shí)驗(yàn)臺(tái)上放置著車輛零部件，旁邊架著一根天線，用于模擬手機(jī)天線發(fā)射電磁波，測(cè)試驗(yàn)證手機(jī)電磁波是否會(huì)影響車輛零部件正常工作。暗室內(nèi)布滿了像拼圖方塊一樣的白色泡沫，“隱身”在其后的是起關(guān)鍵作用的吸波材料。
“電波暗室消除了外界電磁波信號(hào)對(duì)測(cè)試信號(hào)的干擾，同時(shí)吸波材料可以減小由于墻壁和天花板的反射對(duì)測(cè)試結(jié)果造成的影響，從而拿到更真實(shí)的測(cè)試結(jié)果。”陳立東介紹，通過(guò)牽頭制定行業(yè)首個(gè)智能網(wǎng)聯(lián)車輛EMC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)室已形成了智能網(wǎng)聯(lián)車輛的EMC設(shè)計(jì)體系，助力智能汽車發(fā)展。(記者 張亦筑)
