基于風(fēng)阻優(yōu)化的卡車節(jié)能技術(shù)研究與應(yīng)用

王亮亮，王香廷，郁煥敬

（江淮汽車集團股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

前言

為了應(yīng)對日益嚴(yán)峻的環(huán)境問題和不斷嚴(yán)格的政策法規(guī)，節(jié)能減排已經(jīng)成為全球汽車企業(yè)的集體課題。目前載貨卡車主要通過提高動力系統(tǒng)工作效率，和降低行駛阻力兩方面來實現(xiàn)降低整車油耗目的。其中行駛阻力主要由輪胎與地面的摩擦阻力、車輛加速阻力和空氣阻力組成。而本文主要從空氣阻力方面，對某型卡車行駛阻力進行研究和分析，并制定相關(guān)風(fēng)阻優(yōu)化方案和進行分析驗證，最后針對驗證結(jié)果提出相關(guān)結(jié)論。

1 現(xiàn)有車輛結(jié)構(gòu)介紹

如圖1所示，為目前我國載貨車的基本結(jié)構(gòu)，其駕駛室基本以平頭造型為主，貨廂為矩形盒體結(jié)構(gòu)。從整體結(jié)構(gòu)上就決定整車在行駛時會受到較大阻力，而目前的主要解決措施是，通過在駕駛室頂部加裝導(dǎo)流罩，實現(xiàn)車輛前部風(fēng)阻的優(yōu)化。

圖1 車輛結(jié)構(gòu)示意圖

2 基于有限元分析的風(fēng)阻優(yōu)化設(shè)計

通過有限元分析，了解車輛行駛狀態(tài)下所受風(fēng)阻情況，找出風(fēng)阻影響關(guān)鍵點，有針對性的制定優(yōu)化方案，并進行驗證分析。并根據(jù)各優(yōu)化方案實施效果，最終確定有效優(yōu)化方案。

2.1 基礎(chǔ)車型分析

如圖2所示，通過對基礎(chǔ)車型分析發(fā)現(xiàn)，在行駛過程中低壓區(qū)域主要分布在，駕駛室與貨廂中間區(qū)域、車輛底部區(qū)域和車輛后部區(qū)域。因此可以得出這些區(qū)域是造成風(fēng)阻的關(guān)鍵位置，是風(fēng)阻優(yōu)化方案制定的重點方向。

圖2 基礎(chǔ)車型風(fēng)阻分析

2.2 風(fēng)阻優(yōu)化方案

如圖3所示，為了對車輛風(fēng)阻進行優(yōu)化，根據(jù)有限元分析結(jié)果制定了以下優(yōu)化方案：

a.駕駛室與貨廂中間區(qū)域：通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化使空氣可以直接流動通過該區(qū)域，避免低壓區(qū)域形成。具體措施一是對將導(dǎo)流罩向后延伸，減小導(dǎo)流罩與貨廂間隙；二是在駕駛室側(cè)圍后部增加擾流板，減小駕駛室與貨廂間間隙。

b.車輛底部區(qū)域：通過增加側(cè)裙板和將前保險杠向下延伸，阻止車輛兩側(cè)空氣進入車輛底部。

c.車輛后部區(qū)域：通過在貨廂后部上側(cè)增加尾翼，改善車輛后部空氣流動情況。

d.其他：為了改善貨廂表面空氣流動情況，將貨廂表面由瓦楞狀調(diào)整為光順面，同時對貨廂四周圓角進行加大。

圖3 風(fēng)阻優(yōu)化方案

2.3 方案效果驗證

圖4 風(fēng)阻優(yōu)化方案有限元分析

圖5 各方案優(yōu)化效果

為了驗證優(yōu)化方案效果，對優(yōu)化方案進行了有限元分析（如圖4所示），通過分析發(fā)現(xiàn)通過優(yōu)化方案的實施，相對于基礎(chǔ)車型整體風(fēng)阻情況得到了有效改善。 同時為準(zhǔn)確了解各優(yōu)化方案效果，分別對各優(yōu)化方案相對基礎(chǔ)車型進行了分析對比（如圖5所示），通過對比分析發(fā)現(xiàn)，在優(yōu)化方案中導(dǎo)流罩優(yōu)化、擾流板、側(cè)裙板和尾翼可以有效實現(xiàn)的降低風(fēng)阻的效果。

3 實物驗證分析

為了有效驗證風(fēng)阻優(yōu)化方案實際應(yīng)用效果，根據(jù)上述有限元分析確定驗證方案，進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計和試制樣件制造，并進行了實車裝配驗證。同時為了有效驗證和對比方案實施效果，對試驗車分別在無風(fēng)阻優(yōu)化、傳統(tǒng)風(fēng)阻優(yōu)化、風(fēng)阻優(yōu)化實施等三種狀態(tài)（如圖6所示），分別在70km/h、80km/h、90km/h、100km/h四種工況下百公里油耗進行了測量（測量環(huán)境：風(fēng)速1.1-1.7m/s，溫度35℃，路況高環(huán)）。

圖6 實物驗證方案

通過對各狀態(tài)在不同工況下測量數(shù)據(jù)（試驗數(shù)據(jù)僅供參考）進行統(tǒng)計和對比分析（如圖7所示），在實車狀態(tài)下風(fēng)阻優(yōu)化方案可以實現(xiàn)明顯的油耗降低，較目前傳統(tǒng)風(fēng)阻優(yōu)化狀態(tài)可實現(xiàn)油耗降低10%以上，而且降低效果與車輛速度成正比。對于進行長途運輸尤其是以高速為主的車輛，具有顯著的節(jié)能效果。

圖7 實物驗證效果

4 結(jié)論

本文以某款卡車為例，從空氣阻力方面對卡車節(jié)能技術(shù)進行了研究。通過風(fēng)阻優(yōu)化方案制定、分析與驗證，得出通過風(fēng)阻優(yōu)化可以顯著減低車輛油耗，對整車節(jié)能減排具有重要意義。雖然目前國內(nèi)卡車節(jié)能研究還是主要集中在車輛輕量化、發(fā)動機能效、傳動效率等方面，但隨著國家對節(jié)能減排要求的不斷提高，風(fēng)阻優(yōu)化技術(shù)將會得到越來越多的關(guān)注，并成為車輛開發(fā)中的一個關(guān)鍵指標(biāo)。