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[摘要]针对汽车操纵稳定性测试路面的喷水系统，提出几种方案进行讨论研究。关键词：操稳试验，循环利用，水膜厚度，自动化控制
中图分类号：C33 文献标识码：A 文章编号：
1操稳试验基本情况
随着汽车产业的飞速发展, 汽车驾驶的安全性越来越受到重视，再加上政府对各汽车公司研发基地及试车场建设的要求，因此各种路况、车况下试验测试种类更加多样化. 汽车操纵稳定性试验是整车性能试验中极其重要的一部分。在此同时对公用专业的要求也越加严格，以下对汽车操稳测试路面水膜要求的实施进行可行性方案讨论。
所谓操纵稳定性试验，就是汽车在各种测试道路上，依据蛇形试验、转向瞬态响应试验、稳态回转试验等测试方法，取得相应的试验数据，经过数据统计处理，来评价测试汽车的操纵稳定性，并加以改进。
2试验路面喷水要求
某项目中操稳测试路面要求路面上形成水膜。路面无纵坡，而且为了试验安全，道路上不允许有突起物。
3设计思路
因为试验路面区域较大，考虑到水资源的有效利用，故路面用水采用循环使用方式较为合理。在试验路面附近设置循环水池、循环泵组及过滤装置，配合供回水管路及喷洒装置完成路面水膜功能。基本流程如图1所示。
图1试验路面洒水系统流程图
4喷水装置设计
4.1单坡漫流
4.1.1设计原理
利用试验道路横坡，将测试路面假想为一条宽为200m长为21m的明渠均匀流理想模型，道路横坡为1.0%。为了布水均匀，在道路一侧设置一条通长的溢流槽，供水管隔一段距离与溢流槽相接，供水溢流出槽体，至试验路面形成水膜，如图2所示。
图2单坡漫流示意图
4.1.2理论计算
明渠均匀流计算公式:
式中：v—平均流速（m/s）；
Q—流量（m3/s）；
h—水膜厚度（m）；
L—道路长度（m）；
R—水力半径（m）；
i—河渠底坡；
C—谢才系数（m0.5/s）；
ω—过水断面（m2）；
n—糙率，光滑的混凝土护面为0.015；
4.1.3数据分析
假设当道路为光滑的混凝土路面（当道路铺有瓷砖或花岗岩时，糙率会有所不同），横坡为1%时，要达到5mm(0.005m)的水膜，求路面所需的供水量。
R=(0.005×200)/(200+0.005×2)=0.005
ω=0.005×200=1
i=0.01
Q=0.19×1=0.19 m3/s =684 m3/h
可以看出在2min（21m/0.19m/s=110s）内即可完成路面水膜。
同理可以算出1mm至10mm水膜厚度的用水量情况，如表1所示。
表1道路横坡1.0%时水膜厚度与用水量对照表
依据表1绘制出水膜厚度与单位长度流量对照图，如图3所示。水膜厚度由1mm增至5mm，用水量增加了13倍，而水膜厚度由1mm增至10mm，用水量增加了45倍。随着水膜厚度的增加，用水量增加程度要比其大的多。
同样，倘若当道路为光滑的混凝土路面，横坡为0.5%时，要达到1mm~10mm水膜厚度，绘制水膜厚度与用水量对照表，如表2所示。水膜厚度由1mm增至5mm，用水量增加了15倍，而水膜厚度由1mm增至10mm，用水量增加了49倍，这与道路横坡1.0%的情況基本相似。
比较表1和表2中的单位长度流量，如图4所示，可以看出，0.5%横坡路面的用水量约为1.0%横坡路面用水量的71%。若选用较小的道路横坡，则可以减小泵组、管路、供电系统的初投资，而且在今后的系统运行中，对于节能减排也有很大现实意义。
表2道路横坡0.5%时水膜厚度与用水量对照表
图3道路横坡1%时水膜厚度与单位长度流量对照图
图4不同道路横坡水膜厚度与单位长度流量对照图
4.1.4用水量影响要素
根据4.1.2节公式，可以推导出单位长度用水量公式如下：
（因为L约为h的1万倍，所以1+2h/L约等于1）
所以单位长度用水量,可以看出单位长度用水量只与水膜厚度、横坡、糙率有关，和道路宽度无关。
4.2双坡漫流
双坡漫流原理基本同单坡漫流，利用试验道路横坡，将测试路面假想为一条宽200m长10.5m的明渠均匀流排水。因为理论计算中没有坡长的参数，所以供水流量与坡长无关。但是溢流槽需要向两侧路面供水，因此双坡漫流的用水量是是单坡漫流用水量的两倍，所以该系统的供回水及加压系统都比较浪费，没有什么意义，不建议采用该种方式。
4.3双坡喷头洒水
4.3.1设计原理
利用洒水喷头将水喷射于试验路面上，将喷头布置在试验路面两侧，喷头采用升降喷头或隐蔽式喷头，使喷头与地面基本相平，使试验路面形成水膜，如图5所示。此时路面保持较小的设计坡度或保证道路无坡，且在试验路两边设置挡水沿，使水可以保持在试验道路上，再用洒水喷头来补充损失的水量。若横坡为1%，则用水量计算与双坡漫流计算相同，但意义不同。而且还会造成路中水膜较薄，路边较厚，差异较大，无法实现均匀水膜。
图5双坡喷头洒水示意图
4.3.2水量计算
假设保证路面水膜厚度5mm，则路面上的持水量为200m×21m×0.005m=21m3。若15min内完成道路初始喷水工作，则水泵供水量为21×4=84m3/h。（若2min内完成道路喷水工作，则水泵供水量为21×30=630m3/h，则与漫流给水方式基本相同。）
4.3.3方案特点
因为道路无横坡，想要保持一定的水膜厚度就需要在道路两侧设置挡水装置，由于挡水装置设置在道路两侧为保证安全必须有较高的强度，所以改变水膜厚度时需要拆除原有挡水装置并更换新的挡水装置。所以并不是很方便。但此种方式用水量较小，仅需要定时进行补水即可。
4.4单坡喷头洒水
4.4.1设计原理
在路面一边设置洒水喷头，在另一边设置收水沟，利用洒水喷头将水喷射于试验路面上，喷头可以采用大小喷头共同来完成，首先由大喷头洒水将路面快速打湿，再由小喷头均匀布水，来实现单坡漫流过程，使试验路面形成水膜，如图6所示。
图6单坡喷头洒水示意图
4.4.2水量计算
小喷头的流量计算与单坡漫流的水量一致，而为使试验路面上均匀布水，则可以采用增加喷头密度的方式，使喷头布水面相叠加，较均匀的喷洒在路面上。布置喷头时也无需无限的缩小喷头间距达到均匀的目的，喷头喷出水落在路面上若分布不是非常均匀，势必会产生水位差，随着水流向另一侧收水沟流动的同时，水流也会很快的均匀化。若仅利用小喷头来独立完成附着水膜的目的，还存在一定问题，因为路面各部位亲水性及高度会有微小差异，水总是沿着最理想的路径流淌，就会造成局部不能打湿，且打湿地面时间不容易掌握。因此可以再设置一些大流量大射程喷头，在试验开始前协助小喷头将试验路面喷湿，但是这些喷头喷射仰角和喷射高度都很大，所以不利于试验中操作，则大喷头仅在实验前工作，试验开始后就改为仅小喷头工作。分工协作，共同完成水膜形成的目的。
4.4.3喷头布置
对于大喷头来说，喷水半径最好能够覆盖整个试验路面宽度，大喷头采用旋转式洒水喷头，洒水覆盖面积最好能够覆盖85%的路面面积，这样最有利于迅速打湿路面。
对于小喷头来说，在试验中均匀的形成并保持水膜就是它的唯一任务，小喷头采用固定式散射喷头，小喷头布水后，水流沿着道路横坡向着收水沟流去，形成水膜。
5供水系统及其自动化控制
无论采用哪种方式来实现道路水膜，为了适应不同的喷水强度要求，在泵组选型上应该采用多台水泵并联运行方式，且水泵控制方式应采用变频器控制。一方面，可以實现路面各种工况的喷水要求，另一方面，可以利用变频控制方式达到节约能耗的目的。
为了实现系统的精确控制，需要在系统的一些部位安装监测、控制附件，实现系统的自动化控制。这样在远程即可以对系统的各个部位工作状况进行在线监测，了解系统的运行状况，及时发现问题，及时解决问题；其次，输入不同的喷水需要时，系统自动完成调节，无需人为参与，而且精确、迅速。
自动化控制系统需要监测仪表作为他的眼睛来获取有效数据：
水池中设置液位计——监测水池液位高低；
各个水泵的出口设置压力计——监测水泵的运行情况；
泵组出口设置压力计——监测泵房出口压力；
泵组出口设置流量计——监测泵组供水量；
管网末端管网设置压力计——监测系统末端压力；
路面上设置液位计——监测路面水膜厚度。
自动化控制系统还需要控制单元作为双手对系统进行调节：
PLC逻辑控制器——实现系统数据处理及监测，是自动化控制系统的大脑；
供水管路上设置电磁阀——控制供水管路开关；
供水管路上设置电动调节阀——控制系统供水流量。
系统安装后需要对系统的各种工况进行调试校正，测试各种工况下的压力、流量等信号，采集基础数据，在PLC中输入相应的信息。在使用中仅只要输入相应要求就能够完成系统的自动化调节。
6方案综合分析
由上述材料可以看出，路面横坡大小的对于路面给水系统有一定的影响，一定程度上可以降低系统能耗；漫流给水方式对系统末端压力要求则较小，对水质要求相对宽松；喷头洒水方式对系统压力要求则高一些，而且水中若存在较大颗粒物容易发生堵塞。另一方面，喷头喷射高度和喷射半径由喷头的自身特性所决定，设计时必须有成熟样本作为支持。如今洒水喷头的种类非常繁多（但大多是绿化喷头，专业的试验道路洒水喷头还较少），所以喷头供水的方案也比较多样化，如喷头的选型与布置形式、大小喷头搭配使用等，使喷头供水形式的使用更加灵活。
所以要形成最终的设计方案还需进行更详尽的数据计算比较，完成最优设计方案。
无论采用哪个方案，都需要供水泵组稳定的供水能力，配套设置变频设备，在需求变化时可在一定范围内进行调整。自动化控制系统在系统运行中也会发挥极其重要的作用，在线流量、压力监控能更好的实现系统调节功能，电动阀门的设置能更加方便的控制整个系统的运行。
7结论
上文列出了实现路面洒水的一些方法，分析其主要原理和特点，为进一步设计提供参考意见。经过分析，单坡漫流、单坡喷水及平坡补水的洒水形式可以在项目中根据项目特点进行选用，可行性较强；双坡漫流、双坡喷水的洒水形式虽然也可以实现洒水功能，但是实际意义不大，可能会应用在部分项目中，但缺乏普遍性。在进一步设计时，还需进一步了解使用人员进行测试时的使用方法及流程，以便更好的确定设计方案、实现设计意图。
参考文献
1给水排水设计手册（第5册）.第二版.中国建筑工业出版社：2004年.
2汽车操纵稳定性试验方法蛇行试验.GB/T6323.1-1994
3汽车操纵稳定性试验方法转向瞬态响应试验.GB/T6323.3-1994
中图分类号：C33 文献标识码：A 文章编号：
1操稳试验基本情况
随着汽车产业的飞速发展, 汽车驾驶的安全性越来越受到重视，再加上政府对各汽车公司研发基地及试车场建设的要求，因此各种路况、车况下试验测试种类更加多样化. 汽车操纵稳定性试验是整车性能试验中极其重要的一部分。在此同时对公用专业的要求也越加严格，以下对汽车操稳测试路面水膜要求的实施进行可行性方案讨论。
所谓操纵稳定性试验，就是汽车在各种测试道路上，依据蛇形试验、转向瞬态响应试验、稳态回转试验等测试方法，取得相应的试验数据，经过数据统计处理，来评价测试汽车的操纵稳定性，并加以改进。
2试验路面喷水要求
某项目中操稳测试路面要求路面上形成水膜。路面无纵坡，而且为了试验安全，道路上不允许有突起物。
3设计思路
因为试验路面区域较大，考虑到水资源的有效利用，故路面用水采用循环使用方式较为合理。在试验路面附近设置循环水池、循环泵组及过滤装置，配合供回水管路及喷洒装置完成路面水膜功能。基本流程如图1所示。
图1试验路面洒水系统流程图
4喷水装置设计
4.1单坡漫流
4.1.1设计原理
利用试验道路横坡，将测试路面假想为一条宽为200m长为21m的明渠均匀流理想模型，道路横坡为1.0%。为了布水均匀，在道路一侧设置一条通长的溢流槽，供水管隔一段距离与溢流槽相接，供水溢流出槽体，至试验路面形成水膜，如图2所示。
图2单坡漫流示意图
4.1.2理论计算
明渠均匀流计算公式:
式中：v—平均流速（m/s）；
Q—流量（m3/s）；
h—水膜厚度（m）；
L—道路长度（m）；
R—水力半径（m）；
i—河渠底坡；
C—谢才系数（m0.5/s）；
ω—过水断面（m2）；
n—糙率，光滑的混凝土护面为0.015；
4.1.3数据分析
假设当道路为光滑的混凝土路面（当道路铺有瓷砖或花岗岩时，糙率会有所不同），横坡为1%时，要达到5mm(0.005m)的水膜，求路面所需的供水量。
R=(0.005×200)/(200+0.005×2)=0.005
ω=0.005×200=1
i=0.01
Q=0.19×1=0.19 m3/s =684 m3/h
可以看出在2min（21m/0.19m/s=110s）内即可完成路面水膜。
同理可以算出1mm至10mm水膜厚度的用水量情况，如表1所示。
表1道路横坡1.0%时水膜厚度与用水量对照表
依据表1绘制出水膜厚度与单位长度流量对照图，如图3所示。水膜厚度由1mm增至5mm，用水量增加了13倍，而水膜厚度由1mm增至10mm，用水量增加了45倍。随着水膜厚度的增加，用水量增加程度要比其大的多。
同样，倘若当道路为光滑的混凝土路面，横坡为0.5%时，要达到1mm~10mm水膜厚度，绘制水膜厚度与用水量对照表，如表2所示。水膜厚度由1mm增至5mm，用水量增加了15倍，而水膜厚度由1mm增至10mm，用水量增加了49倍，这与道路横坡1.0%的情況基本相似。
比较表1和表2中的单位长度流量，如图4所示，可以看出，0.5%横坡路面的用水量约为1.0%横坡路面用水量的71%。若选用较小的道路横坡，则可以减小泵组、管路、供电系统的初投资，而且在今后的系统运行中，对于节能减排也有很大现实意义。
表2道路横坡0.5%时水膜厚度与用水量对照表
图3道路横坡1%时水膜厚度与单位长度流量对照图
图4不同道路横坡水膜厚度与单位长度流量对照图
4.1.4用水量影响要素
根据4.1.2节公式，可以推导出单位长度用水量公式如下：
（因为L约为h的1万倍，所以1+2h/L约等于1）
所以单位长度用水量,可以看出单位长度用水量只与水膜厚度、横坡、糙率有关，和道路宽度无关。
4.2双坡漫流
双坡漫流原理基本同单坡漫流，利用试验道路横坡，将测试路面假想为一条宽200m长10.5m的明渠均匀流排水。因为理论计算中没有坡长的参数，所以供水流量与坡长无关。但是溢流槽需要向两侧路面供水，因此双坡漫流的用水量是是单坡漫流用水量的两倍，所以该系统的供回水及加压系统都比较浪费，没有什么意义，不建议采用该种方式。
4.3双坡喷头洒水
4.3.1设计原理
利用洒水喷头将水喷射于试验路面上，将喷头布置在试验路面两侧，喷头采用升降喷头或隐蔽式喷头，使喷头与地面基本相平，使试验路面形成水膜，如图5所示。此时路面保持较小的设计坡度或保证道路无坡，且在试验路两边设置挡水沿，使水可以保持在试验道路上，再用洒水喷头来补充损失的水量。若横坡为1%，则用水量计算与双坡漫流计算相同，但意义不同。而且还会造成路中水膜较薄，路边较厚，差异较大，无法实现均匀水膜。
图5双坡喷头洒水示意图
4.3.2水量计算
假设保证路面水膜厚度5mm，则路面上的持水量为200m×21m×0.005m=21m3。若15min内完成道路初始喷水工作，则水泵供水量为21×4=84m3/h。（若2min内完成道路喷水工作，则水泵供水量为21×30=630m3/h，则与漫流给水方式基本相同。）
4.3.3方案特点
因为道路无横坡，想要保持一定的水膜厚度就需要在道路两侧设置挡水装置，由于挡水装置设置在道路两侧为保证安全必须有较高的强度，所以改变水膜厚度时需要拆除原有挡水装置并更换新的挡水装置。所以并不是很方便。但此种方式用水量较小，仅需要定时进行补水即可。
4.4单坡喷头洒水
4.4.1设计原理
在路面一边设置洒水喷头，在另一边设置收水沟，利用洒水喷头将水喷射于试验路面上，喷头可以采用大小喷头共同来完成，首先由大喷头洒水将路面快速打湿，再由小喷头均匀布水，来实现单坡漫流过程，使试验路面形成水膜，如图6所示。
图6单坡喷头洒水示意图
4.4.2水量计算
小喷头的流量计算与单坡漫流的水量一致，而为使试验路面上均匀布水，则可以采用增加喷头密度的方式，使喷头布水面相叠加，较均匀的喷洒在路面上。布置喷头时也无需无限的缩小喷头间距达到均匀的目的，喷头喷出水落在路面上若分布不是非常均匀，势必会产生水位差，随着水流向另一侧收水沟流动的同时，水流也会很快的均匀化。若仅利用小喷头来独立完成附着水膜的目的，还存在一定问题，因为路面各部位亲水性及高度会有微小差异，水总是沿着最理想的路径流淌，就会造成局部不能打湿，且打湿地面时间不容易掌握。因此可以再设置一些大流量大射程喷头，在试验开始前协助小喷头将试验路面喷湿，但是这些喷头喷射仰角和喷射高度都很大，所以不利于试验中操作，则大喷头仅在实验前工作，试验开始后就改为仅小喷头工作。分工协作，共同完成水膜形成的目的。
4.4.3喷头布置
对于大喷头来说，喷水半径最好能够覆盖整个试验路面宽度，大喷头采用旋转式洒水喷头，洒水覆盖面积最好能够覆盖85%的路面面积，这样最有利于迅速打湿路面。
对于小喷头来说，在试验中均匀的形成并保持水膜就是它的唯一任务，小喷头采用固定式散射喷头，小喷头布水后，水流沿着道路横坡向着收水沟流去，形成水膜。
5供水系统及其自动化控制
无论采用哪种方式来实现道路水膜，为了适应不同的喷水强度要求，在泵组选型上应该采用多台水泵并联运行方式，且水泵控制方式应采用变频器控制。一方面，可以實现路面各种工况的喷水要求，另一方面，可以利用变频控制方式达到节约能耗的目的。
为了实现系统的精确控制，需要在系统的一些部位安装监测、控制附件，实现系统的自动化控制。这样在远程即可以对系统的各个部位工作状况进行在线监测，了解系统的运行状况，及时发现问题，及时解决问题；其次，输入不同的喷水需要时，系统自动完成调节，无需人为参与，而且精确、迅速。
自动化控制系统需要监测仪表作为他的眼睛来获取有效数据：
水池中设置液位计——监测水池液位高低；
各个水泵的出口设置压力计——监测水泵的运行情况；
泵组出口设置压力计——监测泵房出口压力；
泵组出口设置流量计——监测泵组供水量；
管网末端管网设置压力计——监测系统末端压力；
路面上设置液位计——监测路面水膜厚度。
自动化控制系统还需要控制单元作为双手对系统进行调节：
PLC逻辑控制器——实现系统数据处理及监测，是自动化控制系统的大脑；
供水管路上设置电磁阀——控制供水管路开关；
供水管路上设置电动调节阀——控制系统供水流量。
系统安装后需要对系统的各种工况进行调试校正，测试各种工况下的压力、流量等信号，采集基础数据，在PLC中输入相应的信息。在使用中仅只要输入相应要求就能够完成系统的自动化调节。
6方案综合分析
由上述材料可以看出，路面横坡大小的对于路面给水系统有一定的影响，一定程度上可以降低系统能耗；漫流给水方式对系统末端压力要求则较小，对水质要求相对宽松；喷头洒水方式对系统压力要求则高一些，而且水中若存在较大颗粒物容易发生堵塞。另一方面，喷头喷射高度和喷射半径由喷头的自身特性所决定，设计时必须有成熟样本作为支持。如今洒水喷头的种类非常繁多（但大多是绿化喷头，专业的试验道路洒水喷头还较少），所以喷头供水的方案也比较多样化，如喷头的选型与布置形式、大小喷头搭配使用等，使喷头供水形式的使用更加灵活。
所以要形成最终的设计方案还需进行更详尽的数据计算比较，完成最优设计方案。
无论采用哪个方案，都需要供水泵组稳定的供水能力，配套设置变频设备，在需求变化时可在一定范围内进行调整。自动化控制系统在系统运行中也会发挥极其重要的作用，在线流量、压力监控能更好的实现系统调节功能，电动阀门的设置能更加方便的控制整个系统的运行。
7结论
上文列出了实现路面洒水的一些方法，分析其主要原理和特点，为进一步设计提供参考意见。经过分析，单坡漫流、单坡喷水及平坡补水的洒水形式可以在项目中根据项目特点进行选用，可行性较强；双坡漫流、双坡喷水的洒水形式虽然也可以实现洒水功能，但是实际意义不大，可能会应用在部分项目中，但缺乏普遍性。在进一步设计时，还需进一步了解使用人员进行测试时的使用方法及流程，以便更好的确定设计方案、实现设计意图。
参考文献
1给水排水设计手册（第5册）.第二版.中国建筑工业出版社：2004年.
2汽车操纵稳定性试验方法蛇行试验.GB/T6323.1-1994
3汽车操纵稳定性试验方法转向瞬态响应试验.GB/T6323.3-1994