防飞溅装置测试能力研究

吕仕爽 马伟 侯翠华 张超 曹祝

摘  要：大型汽车雨天高速运行时从轮胎两侧飞溅出来的泥浆和水雾，影响两侧车道其他车辆上驾驶员的视线及安全。防飞溅装置可有效地减少车辆运动时轮胎向上溅起的泥浆和水雾，有效地防止交通事故发生。GB34659-2017《汽车和挂车防飞溅系统性能要求和测量方法》中，规定了防飞溅装置的技术要求和测量方法。本文详细介绍了防飞溅装置的定义及一般结构型式、技术要求、测量方法、测试设备的研制。

关键词：防飞溅;技术要求;测量方法;测试设备

中图分类号：U467.3    文献标识码：A    文章编号：1005-2550（2019）04-0035-06

Abstract： The mud and water mist produced by the large vehicles on the both sides during high speed driving affects the other driver's sight and safety . Spray-suppression devices will effectively reduce the mud and water mist while driving ， and prevent traffic accidents. GB34659-2017 “Requirements and test methods relating to the spray- suppression systems of motor vehicles and their trailers ” introduce the technical requirements and test methods of the spray-suppression devices. In this article， the definition， the general structural styles，the technical requirements， the test methods and the research and development of test devices of spray-suppression devices are summarized in detail.

引    言

随着我国高速公路和汽车保有量的快速发展，交通事故率越来越高，其中雨天引发的交通事故占有一定的比率，经过收集数据分析，一部分是由于个人技术问题，另一部分是由于高速运行的大型載货汽车及其挂车从轮胎两侧飞溅出来的泥浆和水雾，影响两侧车道其他车辆上驾驶员的视线，引发交通事故。防飞溅装置的安装，可有效降低飞溅物对道路使用者造成的不利影响。欧美等发达国家在上世纪70年代已开始对此问题展开研究，国内针对此问题的国家标准GB34659-2017《汽车和挂车防飞溅系统性能要求和测量方法》也已发布并实施。

本文详细介绍了防飞溅装置的定义及一般结构型式、技术要求及测量方法、测试设备的研制。

1    防飞溅装置概述

防飞溅装置包括两种类型：能量吸收型防飞溅装置和空气/水分离型防飞溅装置。

1.1   能量吸收型防飞溅装置的定义及一般结构型式

能量吸收型防飞溅装置是构成挡泥板、和/或外挡板、和/或雨帘的一部分，它能吸收水分喷射的能量，从而减少水雾溅射。

能量吸收型防飞溅装置的一般结构型式为，表面呈草皮状（图1）、花簇状（图2）。表面为草皮状和花簇状装置的基本工作原理是表皮鳞片可以吸收溅射水雾的能量，将水雾大部分吸收并保留在该装置的结构内。

1.2  空气/水分离型防飞溅装置的定义及一般结构型式

空气/水分离型防飞溅装置是构成外挡板、和/或雨帘的一部分，它可让空气通过，同时减少水雾溅射。

空气/水分离型防飞溅装置的一般结构型式分为两种，表面为凹槽孔状（图3）和毛刷状（图4）。其工作的物理原理均为可以让空气通过，吸收水分，减少水雾溅射。

2    防飞溅装置的技术要求及测量方法

2.1   能量吸收型防飞溅装置的技术要求及测量方法

2.1.1 能量吸收型防飞溅装置的技术要求

单轮试验结果的平均集水率应不小于70%;且单轮试验中单次试验的集水率最大值和最小值与平均集水率的差值不超过5%，否则应按要求重新进行试验。

2.1.2 能量吸收型防飞溅装置的测量方法

（1）试验目的与原理

通过一系列喷嘴将去离子水喷向防飞溅装置，模拟轮胎表面从地面带起的水雾的流量和速度，模拟出实车的工作状态，从而定量地测量防飞溅装置捕集水雾的能力。

（2）  试验条件

试验应在无风的封闭空间进行;环境温度和样件温度应保持在（21±3）℃;试验应使用去离子水;每次试验所用的试验样件应预先浸湿。

（3）试验过程

试验样件尺寸为宽          mm，高750 mm，垂直固定在试验设备的垂直框架上，将喷射流量设置为（0.675±0.01） L/s，向样件喷射至少90 L，最多120 L的去离子水，试验时，喷水孔距离试验样件的水平距离为（500±2） mm（见图5）;通过集水器，计算集水率。

2.2   空气/水分离型防飞溅装置的技术要求及测量方法

2.2.1 空气/水分离型防飞溅装置的技术要求

单轮试验结果的平均集水率不得小于85%;并且单轮试验中单次试验的集水率最大值和最小值与平均集水率的差值不超过5%，否则应按要求重新进行试验。

2.2.2 空气/水分离型防飞溅装置的测量方法

（1）试验目的与原理

模拟材料的使用环境，即为轮胎产生的水雾喷射的流量和速度，从而测定多孔材料收集水分的有效性。

（2）试验条件

试验应在无风的封闭空间进行;环境温度和样件温度应保持在（21±3）℃;试验应使用去离子水;每次试验所用的试验样件应预先浸湿。

（3）试验过程

将305×100mm的试件垂直固定在试验台架上（如图3.2）。将（1±0.115）L的去离子水 ，以水雾形式，从喷嘴喷出。让水从样件流入集水器，测量收集水量，计算集水率。在每次测量之前，检查并确保托盘、喷雾器罐和测量容器是干燥的。

3    防飞溅装置测试设备的研制

3.1   能量吸收型防飞溅装置测试设备的研制

3.1.1 测试设备的基本原理

测试设备的设计原理如图7所示。系统启动时，稳流盖板处于关闭状态，喷管喷射的水全部被挡住;流量稳定系统由高压泵、比例流量阀、流量计、蓄能器、比例减压阀组成。水泵为高精密高压柱塞泵，系统实际需要675ml/s，通过调整比例流量阀的开度，改变管路整体背压状态，最终通过流量计的实时监控并与控制器进行比对，达到675ml/s时，稳定比例流量阀的开度，系统进入稳定状态。蓄能器在调节过程中起到滤除压力冲击波的作用，便于系统闭合控制，快速进入流量稳定状态。

3.1.2 测试设备的工作流程

整个测试工作流程如图8所示，电机泵启动后，调整比例电流量阀开度，蓄能器蓄能，流量传感器检测流速，调整比例流量阀开度，使得流量达到设定值;电磁气阀开启，稳流挡板落下;流量传感器计时并进行积分运算，得到累计喷射水量;当累计喷射水量≥设定值，电机泵停止，电磁气阀反向，稳流盖板升起，等待收集60S后，控制器计算出收集水量，并计算本次试验回收率（百分比）;循环5次，得出5次试验回收率，计算均值;收集箱底部放水电磁阀开启，水流回主水箱，即可进行下一轮试验。

3.1.3 测试设备的关键技术

（1）流量精准调节及稳定输出

流量稳定系统由高压电机泵、比例减压阀、流量计、储能器、比例流量阀组成。测试设备中水泵为高精密高压柱塞泵，系统实际需要675ml/s，通过调整比例流量阀的开度，改变管路整体背压状态，最终通过流量计的实时监控，达到675ml/s时，稳定比例流量阀的开度，系统进入稳定状态，蓄能器在调节过程中起到滤除压力冲击波的作用，便于系统闭合控制，快速进入流量稳定状态。

（2）测试精度高

通过稳流盖板提高测试精度。在流量稳定前稳流盖板升起挡住水柱不喷向试件，流量稳定后稳流盖板自动降下，此时水柱才能喷向试验样件，开始计算喷水量，从而提高测试精度。

（3）去离子水循环使用

测试设备为封闭装置，收集箱下部设有用于测量所收集的水量的测量箱，测量箱经回水开关与主水箱相连。收集的水流向测量箱，由回水开关控制流回主水箱，未吸收的水通过防护装置收集由回收管路流回主水箱，实现去离子水循环使用。

3.2   空气/水分离型防飞溅装置测试设备的研制

3.2.1 测试设备的基本原理

测试设备的设计原理如图9所示，系统分为雾化喷射部分、电控注水系统、喷射气调节系统，控制—显示系统。雾化喷射部分将采用电控截流/截止开关，控制喷射水的开闭，在调试阶段对流量进行调解标定，获得准确的流速控制;电动注水部分可根据实验需要注入一定量的水到喷灌中，采用电动注射器形式，相当于单柱塞水泵，由两个单向阀，一个注射缸，一个电动推杆组成。通过控制电动推杆行程来控制注水量并显示;回收水量由一个液位传感器进行测量;喷射气调节部分主要件为电控减压阀，通过控制该减压阀输出压力，调节喷头处压力;控制器采用微型一体式控制器，输入/显示系统采用小型触摸屏。

3.2.2 测试设备的工作流程

整个测试工作流程如图10所示，启动计量泵，流量恒定在1L/min±5s，计量泵在到达设定的流量值后，喷气电磁阀开启，调节气压减压阀，压缩空气气压传感器检测喷口压力，压力=5bar（+10%，-0%），喷水阀开启后，控制器控制计量泵喷水量为1L，在喷水阀、喷气电磁阀关闭，计量泵停止后，等待60S，控制器通过收集箱上的液位值计算出收集箱的水量。控制器对收集水总量与累计喷射水量比较，得到本次试验回收百分比，重复5次试验，计算平均回收百分比及每次试验回收百分比与平均回收百分比的偏差百分比并将数据传输到显示屏上。收集箱底部放水电磁阀开启，水流回儲水箱，即可进行下一轮试验。

3.2.3 测试设备的关键技术

（1）混合水雾形成

如图11所示，通过锥形喷嘴、压缩空气调压阀、压力传感器等组件达到标准要求的雾化效果。锥形喷嘴按照1：3的锥度制作，直径5mm，形成雾化空腔，从而实现在距离喷嘴前200mm处形成直径为50mm的喷雾形状的技术要求;通过控制该调压阀输出压力，使得喷头处压力保持0.5Mpa;0.5MPa 的气体和流量为1L/min水完全混合形成直径为50mm的水雾喷射。

（2）去离子水循环使用

测试设备为封闭装置。收集的水流向测量箱，由回水开关控制流回主水箱，未吸收的水通过防护装置收集由回收管路流回主水箱，实现去离子水循环使用。

（3）自动循环试验

程序可控制自动完成5次测试;并自动计算单轮试验平均回收百分比和本轮试验中单次试验的偏差百分比，并由软件自动整理成实验报表输出，操作简便。

4    结束语

能量吸收型和空气/水分离型两种防飞溅装置的区别在于其对飞溅物的物理作用型式不同，因此技术要求，检测方法等也不相同。防飞溅装置的材料、结构型式对其性能影响较大，后续需要进行深入研究。本文从防飞溅装置的定义和一般结构型式出发，对其技术要求及测量方法进行研究，完成检测能力开发，对于产品性能的验证，促进产品性能提升具有显著意义。

参考文献：

[1]马伟，侯翠华，柳立志. 汽车防飞溅装置综述[J].装备维修技术，2013年第3-4期合刊.

[2]张明君，孔令超，黄传义.汽车防飞溅装置试验方法及试验设备[J].汽车与配件，2016-07-11.

[3]National Highway Traffic Safety Administration. “Update on the Status of Splash and Spray Suppression Technology for Large Trucks”.NHTSA，2000.

[4]Society-of-Automotive-Engineers.“Recommended Practice foe Splash and Spray Evaluation J2245.”SAE，1994.

[5]European-Economic-Community.“Community Legislation in Force： Council Directive 91/226/EEC of 27 March on the approximation of the laws of the Member States relating to the spray-suppression systems of certain categories of motor vehicles and their trailers.”. EEC， 1991.