CN114417498A - 整车风洞风速标定方法、装置、电子设备及介质 - Google Patents

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CN114417498A CN202111604213.1A CN202111604213A CN114417498A CN 114417498 A CN114417498 A CN 114417498A CN 202111604213 A CN202111604213 A CN 202111604213A CN 114417498 A CN114417498 A CN 114417498A
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黄炳修
王瑞祥
马利川
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Abstract

本申请公开了一种整车风洞风速标定方法、装置、电子设备及介质。该方法可以包括：在气流温度、相对湿度确定的情况下，进行标定数据采集；针对标定数据进行单系数拟合，获得单系数拟合曲线；根据单系数拟合曲线确定分割速度点；根据分割速度点对标定数据进行分段拟合，获得分段拟合公式；根据分段拟合公式进行风速标定。本发明通过分段线性标定方法，实现提高全速度域内的风速控制精度，提升风洞运行效率，有效降低重复标定等不必要的工作量，提升整车汽车风洞试验设备的风速控制精度可以有效满足如今不断提升的汽车研发需求。

Description

整车风洞风速标定方法、装置、电子设备及介质
技术领域
本发明涉及工程测量技术领域，更具体地，涉及一种整车风洞风速标定方法、装置、电子设备及介质。
背景技术
风速作为汽车环境风洞的重要参数，对其准确的控制和测量对于整车试验研发具有重要意义，风速的测量主要通过简化后的伯努利方程实现：
Figure BDA0003433114890000011
其中，Pdyn为动压，ρ为气流密度，v0为喷口出口速度。上式中，动压通过皮托管和差压传感器测量，对于湿空气而言，密度通过分压定律，测量当地大气压力，气流温度，湿度并计算得到，上述两个用于风速计算的物理量我们都可以通过提高仪器测试精度，规范测试过程来更准确的获得，但对于整车环境风洞而言，风速的控制主要靠控制风机转速实现，同时整车环境风洞阻塞比较大(一般在40％及以上)，由于如图1所示的阻塞效应的影响，风速的测量还需要通过风速标定来实现。
常规风速标定方法如下：
空风洞下使用风洞喷口皮托管测量得到风速作为参考风速；
通过不同转速下风口皮托管的风速测量，得到当前温湿度下风速和转速的对应关系：
v0＝kfan·nfan
其中，kfan为风速与风机转速系数，nfan为风机转速。
如图2a、图2b所示，在不同转速下使用喷口法或驻室法测量收缩段前后静压差，通过动压的修正系数得到近似动压：
ΔPp＝Psc-Pp＝kp·Pdyn
ΔPN＝Psc-PN＝kn·Pdyn
其中，ΔPp为驻室差压，Psc为稳定段静压，Pp为驻室静压，kp为驻室差压与动压系数，ΔPN为喷口差压，PN为喷口静压，kn为喷口差压与动压系数。
在环境风洞温度控制范围内取不同温度点重复上述标定工作，形成系数矩阵，放入风洞风速控制测量***，完成风速标定。
上述风机转速控制与风速测量方式在实际使用中存在如下问题：
工程上使用的计算方法认为风速-转速关系式还是喷口(驻室)差压-喷口动压关系是都只是核心区域流动的理论近似线性，但是考虑实际气体流动过程中的边界层和雷诺数效应，其系数K在不同的速度区间是由较大区别的。
由图3和图4可以看到，随着风机转速的不断提高，不管是风速与转速的Kfan系数还是使用差压方法得到的驻室差压与喷口动压的Kp系数都不是一个常数。参考某汽车整车环境风洞的标定结果，若继续使用最小二乘法得到的定常系数表示风速与转速、差压与动压的关系，将在不同速度区间，尤其是低速区域存在较大误差。
因此，有必要开发一种整车风洞风速标定方法、装置、电子设备及介质。
公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明提出了一种整车风洞风速标定方法、装置、电子设备及介质，其能够通过分段线性标定方法，实现提高全速度域内的风速控制精度，提升风洞运行效率，有效降低重复标定等不必要的工作量，提升整车汽车风洞试验设备的风速控制精度可以有效满足如今不断提升的汽车研发需求。
第一方面，本公开实施例提供了一种整车风洞风速标定方法，包括：
在气流温度、相对湿度确定的情况下，进行标定数据采集；
针对所述标定数据进行单系数拟合，获得单系数拟合曲线；
根据所述单系数拟合曲线确定分割速度点；
根据所述分割速度点对所述标定数据进行分段拟合，获得分段拟合公式；
根据所述分段拟合公式进行风速标定。
优选地，所述标定数据包括风机转速、喷口动压、驻室差压与风速。
优选地，根据所述单系数拟合曲线确定分割速度点包括：
根据所述单系数拟合曲线计算与实际风速的误差值；
根据所述误差值确定所述分割速度点。
优选地，根据所述单系数拟合曲线计算与实际风速的误差值包括：
根据输入风速通过所述单系数拟合曲线计算所述风机转速；
将风机调节至所述风机转速，稳定后采集所述实际风速；
根据所述输入风速与所述实际风速，计算所述误差值。
优选地，根据所述误差值确定所述分割速度点包括：
绘制风速-误差值曲线，以所述曲线的第一个拐点对应的风速为第一分割速度点；
对于第一分割速度点之后的数据进行单系数拟合，绘制风速-误差值曲线，以所述曲线的第一个拐点对应的风速为第二分割速度点；
重复上述步骤，直至搜索到的分割速度点满足需求。
作为本公开实施例的一种具体实现方式，
第二方面，本公开实施例还提供了一种整车风洞风速标定装置，包括：
采集模块，在气流温度、相对湿度确定的情况下，进行标定数据采集；
单系数拟合模块，针对所述标定数据进行单系数拟合，获得单系数拟合曲线；
分割速度点确定模块，根据所述单系数拟合曲线确定分割速度点；
分段拟合模块，根据所述分割速度点对所述标定数据进行分段拟合，获得分段拟合公式；
标定模块，根据所述分段拟合公式进行风速标定。
优选地，所述标定数据包括风机转速、喷口动压、驻室差压与风速。
优选地，根据所述单系数拟合曲线确定分割速度点包括：
根据所述单系数拟合曲线计算与实际风速的误差值；
根据所述误差值确定所述分割速度点。
优选地，根据所述单系数拟合曲线计算与实际风速的误差值包括：
根据输入风速通过所述单系数拟合曲线计算所述风机转速；
将风机调节至所述风机转速，稳定后采集所述实际风速；
根据所述输入风速与所述实际风速，计算所述误差值。
优选地，根据所述误差值确定所述分割速度点包括：
绘制风速-误差值曲线，以所述曲线的第一个拐点对应的风速为第一分割速度点；
对于第一分割速度点之后的数据进行单系数拟合，绘制风速-误差值曲线，以所述曲线的第一个拐点对应的风速为第二分割速度点；
重复上述步骤，直至搜索到的分割速度点满足需求。
第三方面，本公开实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括：
存储器，存储有可执行指令；
处理器，所述处理器运行所述存储器中的所述可执行指令，以实现所述的整车风洞风速标定方法。
第四方面，本公开实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的整车风洞风速标定方法。
其有益效果在于：本发明充分考虑真实气体在一维管道内的流动情况，同时低速时由于粘性和边界层产生的影响，使用分段线性标定方法提高全速度域内的风速控制精度，提升风洞运行效率，有效降低重复标定等不必要的工作量，提升整车汽车风洞试验设备的风速控制精度可以有效满足如今不断提升的汽车研发需求。
本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了汽车环境风洞阻塞效应的示意图。
图2a和图2b分别示出了喷口法与驻室法的示意图。
图3示出了kfan与风机转速关系的示意图。
图4示出了驻室差压与喷口动压系数Kp与风机转速关系的示意图。
图5示出了根据本发明的一个实施例的整车风洞风速标定方法的步骤的流程图。
图6示出了根据本发明的一个实施例单系数拟合曲线的示意图。
图7a、图7b、图7c分别示出了根据本发明的一个实施例的单系数拟合曲线在0-50km/h、80-120km/h、120-200km/h的偏离程度的示意图。
图8示出了根据本发明的一个实施例的单系数拟合与分段拟合的相对误差的对比示意图。
图9示出了根据本发明的一个实施例的一种整车风洞风速标定装置的框图。
附图标记说明：
201、采集模块；202、单系数拟合模块；203、分割速度点确定模块；204、分段拟合模块；205、标定模块。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出四个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。
实施例1
图5示出了根据本发明的一个实施例的整车风洞风速标定方法的步骤的流程图。
如图5所示，该整车风洞风速标定方法包括：步骤101，在气流温度、相对湿度确定的情况下，进行标定数据采集；步骤102，针对标定数据进行单系数拟合，获得单系数拟合曲线；步骤103，根据单系数拟合曲线确定分割速度点；步骤104，根据分割速度点对标定数据进行分段拟合，获得分段拟合公式；步骤105，根据分段拟合公式进行风速标定。
在一个示例中，标定数据包括风机转速、喷口动压、驻室差压与风速，喷口动压、驻室差压用于风速计算以及风速标定。
在一个示例中，根据单系数拟合曲线确定分割速度点包括：
根据单系数拟合曲线计算与实际风速的误差值；
根据误差值确定分割速度点。
在一个示例中，根据单系数拟合曲线计算与实际风速的误差值包括：
根据输入风速通过单系数拟合曲线计算风机转速；
将风机调节至风机转速，稳定后采集实际风速；
根据输入风速与实际风速，计算误差值。
在一个示例中，根据误差值确定分割速度点包括：
绘制风速-误差值曲线，以曲线的第一个拐点对应的风速为第一分割速度点；
对于第一分割速度点之后的数据进行单系数拟合，绘制风速-误差值曲线，以曲线的第一个拐点对应的风速为第二分割速度点；
重复上述步骤，直至搜索到的分割速度点满足需求。
具体地，以某整车汽车环境风洞为例，根据测试得到的真实数据阐述分段线性的标定方法，以及对比传统方法和本发明提出的分段线性方法在风速控制精度的区别。
在气流温度20℃，相对湿度50％条件下，以50rpm作为一个阶梯，逐步给风机加速，在对应气流温度，计算得到的风速稳定后，对风机转速、喷口动压、驻室差压、以及根据密度/大气压力/实时温度计算得到的速度进行采集，统计得到的10分钟内各物理量的平均值如表1所示。
表1
Figure BDA0003433114890000071
Figure BDA0003433114890000081
图6示出了根据本发明的一个实施例单系数拟合曲线的示意图。
使用传统最小二乘的单系数逼近风机转速和风速关系的结果为(x为风速(km/h)，y为风机转速(rpm))：
y＝2.7229x+15.935
其单系数拟合曲线如图6所示。
图7a、图7b、图7c分别示出了根据本发明的一个实施例的单系数拟合曲线在0-50km/h、80-120km/h、150-200km/h的偏离程度的示意图。
对拟合曲线进行局部方法可以发现风速在低速，中速，高速区域都有不同程度的偏离，如图7a-图7c所示。
使用单系数拟合曲线结果对全速度域的风速进行预测得到的结果和相对误差结果如表2所示。
表2
Figure BDA0003433114890000082
Figure BDA0003433114890000091
根据以上分析结果，在全速度域内，速度偏差最大可达2.2km/h，平均偏差保持在1km/h，随着汽车研发测试需求的不断提高，对风速精度的控制需求也越来越高，为此使用分段线性拟合可以简单高效的满足日益提升的整车风洞风速控制需求。
从表2可知，单系数拟合方法的全速度域中，在风速约为50km/h时有较小偏差，高于或低于该速度时，拟合结果都出现按一定程度的偏离，所以50km/h为第一个速度分割点；
选出速度大于50km/h以上的试验数据使用单系数方法重新拟合风速和转速的关系，拟合公式为：
y＝2.6759x+8.732
偏差分析如表3所示，可以看到，速度大于50km/h时，使用新的拟合曲线在风速约为120km/h时具有相对较小偏差，同时考虑全速度域范围为0-200km/h，因此设定120km/h为第二个速度分割点。
表3
Figure BDA0003433114890000092
Figure BDA0003433114890000101
同样使用气流温度20℃，湿度50％工况采集到的数据进行风机转速于风速的分段拟合，使用最小二乘法，获得的分段拟合公式为：
0-50km/h：y＝2.8975x+7.7973R2＝1
50km/h-120km/h：y＝2.7513x+16.138R2＝1
120km/h-200km/h：y＝2.6187x+33.587R2＝1
采用分段拟合公式进行风速标定，其误差分析结果如表4所示。
表4
Figure BDA0003433114890000102
在指定风速下，对比单系数拟合方法和本发明提出的分段拟合方法相对误差结果，如图8所示。可以看到，分段线性方法在不同速度下最大的正负偏差不大于0.26km/h，最大相对误差为0.59％，平均速度偏差提升了0.86km/h，平均相对误差提升了1.84％，使用分段线性的数据标定方法可以有效降低转速控制偏差，提升控制精度。
实施例2
图9示出了根据本发明的一个实施例的一种整车风洞风速标定装置的框图。
如图9所示，该整车风洞风速标定装置，包括：
采集模块201，在气流温度、相对湿度确定的情况下，进行标定数据采集；
单系数拟合模块202，针对标定数据进行单系数拟合，获得单系数拟合曲线；
分割速度点确定模块203，根据单系数拟合曲线确定分割速度点；
分段拟合模块204，根据分割速度点对标定数据进行分段拟合，获得分段拟合公式；
标定模块205，根据分段拟合公式进行风速标定。
作为可选方案，标定数据包括风机转速、喷口动压、驻室差压与风速。
作为可选方案，根据单系数拟合曲线确定分割速度点包括：
根据单系数拟合曲线计算与实际风速的误差值；
根据误差值确定分割速度点。
作为可选方案，根据单系数拟合曲线计算与实际风速的误差值包括：
根据输入风速通过单系数拟合曲线计算风机转速；
将风机调节至风机转速，稳定后采集实际风速；
根据输入风速与实际风速，计算误差值。
作为可选方案，根据误差值确定分割速度点包括：
绘制风速-误差值曲线，以曲线的第一个拐点对应的风速为第一分割速度点；
对于第一分割速度点之后的数据进行单系数拟合，绘制风速-误差值曲线，以曲线的第一个拐点对应的风速为第二分割速度点；
重复上述步骤，直至搜索到的分割速度点满足需求。
实施例3
本公开提供一种电子设备包括，该电子设备包括：存储器，存储有可执行指令；处理器，处理器运行存储器中的可执行指令，以实现上述整车风洞风速标定方法。
根据本公开实施例的电子设备包括存储器和处理器。
该存储器用于存储非暂时性计算机可读指令。具体地，存储器可以包括一个或多个计算机程序产品，该计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。该易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。该非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。
该处理器可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其它形式的处理单元，并且可以控制电子设备中的其它组件以执行期望的功能。在本公开的一个实施例中，该处理器用于运行该存储器中存储的该计算机可读指令。
本领域技术人员应能理解，为了解决如何获得良好用户体验效果的技术问题，本实施例中也可以包括诸如通信总线、接口等公知的结构，这些公知的结构也应包含在本公开的保护范围之内。
有关本实施例的详细说明可以参考前述各实施例中的相应说明，在此不再赘述。
实施例4
本公开实施例提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的整车风洞风速标定方法。
根据本公开实施例的计算机可读存储介质，其上存储有非暂时性计算机可读指令。当该非暂时性计算机可读指令由处理器运行时，执行前述的本公开各实施例方法的全部或部分步骤。
上述计算机可读存储介质包括但不限于：光存储介质(例如：CD－ROM和DVD)、磁光存储介质(例如：MO)、磁存储介质(例如：磁带或移动硬盘)、具有内置的可重写非易失性存储器的媒体(例如：存储卡)和具有内置ROM的媒体(例如：ROM盒)。
本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种整车风洞风速标定方法，其特征在于，包括：
在气流温度、相对湿度确定的情况下，进行标定数据采集；
针对所述标定数据进行单系数拟合，获得单系数拟合曲线；
根据所述单系数拟合曲线确定分割速度点；
根据所述分割速度点对所述标定数据进行分段拟合，获得分段拟合公式；
根据所述分段拟合公式进行风速标定。
2.根据权利要求1所述的整车风洞风速标定方法，其中，所述标定数据包括风机转速、喷口动压、驻室差压与风速。
3.根据权利要求2所述的整车风洞风速标定方法，其中，根据所述单系数拟合曲线确定分割速度点包括：
根据所述单系数拟合曲线计算与实际风速的误差值；
根据所述误差值确定所述分割速度点。
4.根据权利要求3所述的整车风洞风速标定方法，其中，根据所述单系数拟合曲线计算与实际风速的误差值包括：
根据输入风速通过所述单系数拟合曲线计算所述风机转速；
将风机调节至所述风机转速，稳定后采集所述实际风速；
根据所述输入风速与所述实际风速，计算所述误差值。
5.根据权利要求3所述的整车风洞风速标定方法，其中，根据所述误差值确定所述分割速度点包括：
绘制风速-误差值曲线，以所述曲线的第一个拐点对应的风速为第一分割速度点；
对于第一分割速度点之后的数据进行单系数拟合，绘制风速-误差值曲线，以所述曲线的第一个拐点对应的风速为第二分割速度点；
重复上述步骤，直至搜索到的分割速度点满足需求。
6.一种整车风洞风速标定装置，其特征在于，包括：
采集模块，在气流温度、相对湿度确定的情况下，进行标定数据采集；
单系数拟合模块，针对所述标定数据进行单系数拟合，获得单系数拟合曲线；
分割速度点确定模块，根据所述单系数拟合曲线确定分割速度点；
分段拟合模块，根据所述分割速度点对所述标定数据进行分段拟合，获得分段拟合公式；
标定模块，根据所述分段拟合公式进行风速标定。
7.根据权利要求6所述的整车风洞风速标定装置，其中，所述标定数据包括风机转速、喷口动压、驻室差压与风速。
8.根据权利要求7所述的整车风洞风速标定装置，其中，根据所述单系数拟合曲线确定分割速度点包括：
根据所述单系数拟合曲线计算与实际风速的误差值；
根据所述误差值确定所述分割速度点。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
存储器，存储有可执行指令；
处理器，所述处理器运行所述存储器中的所述可执行指令，以实现权利要求1-5中任一项所述的整车风洞风速标定方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5中任一项所述的整车风洞风速标定方法。
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