基于底盤測(cè)功機(jī)的汽車風(fēng)阻系數(shù)測(cè)試方法研究

惠周朋

摘 要：在多次行業(yè)內(nèi)油耗限值研討會(huì)議上 各主機(jī)廠提出了諸多優(yōu)化燃油經(jīng)濟(jì)性的措施 其中優(yōu)化汽車空氣動(dòng)力學(xué)性能是最重要的措施之一。風(fēng)阻系數(shù)是計(jì)算汽車風(fēng)阻的一個(gè)重要系數(shù) 也是評(píng)價(jià)整車空氣動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)劣的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。目前 國內(nèi)外測(cè)試車輛風(fēng)阻系數(shù)的方法主要有兩種：滑行法和風(fēng)洞法。文章提出了一種基于底盤測(cè)功機(jī)的汽車風(fēng)阻系數(shù)測(cè)試方法 闡述了底盤測(cè)功機(jī)在整車測(cè)試風(fēng)阻系數(shù)研究上的應(yīng)用 以解決目前風(fēng)阻系數(shù)的測(cè)試方法數(shù)據(jù)精度不高、結(jié)果不可靠或成本巨大、周期漫長的弊端。通過實(shí)車測(cè)試 其試驗(yàn)結(jié)果表明該方法的可行性和有效性 為整車空氣動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)化仿真提供了有效的驗(yàn)證手段。

關(guān)鍵詞：空氣動(dòng)力學(xué);風(fēng)阻系數(shù);滑行法;風(fēng)洞法;底盤測(cè)功機(jī)

中圖分類號(hào)：U467? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）18-128-03

Abstract： In many seminars on fuel consumption limit in the industry， various main engine plants have put forward many measures to optimize fuel economy， among which the optimization of automobile aerodynamics performance is one of the most important measures. The wind drag coefficient is an important factor to calculate the automobile wind drag， and is also a key index to evaluate the aerodynamic performance of the whole vehicle. At present， there are two main methods to test the vehicle wind resistance coefficient at home and abroad： taxi method and wind tunnel method. Is proposed in this paper a kind of automobile wind resistance coefficient based on chassis dynamometer test method， this paper expounds the chassis dynamometer in the vehicle application on a study to test the wind resistance coefficient， in order to solve the current wind Ming coefficient test method of the data accuracy is not high， the result is not reliable or cost， the disadvantages of long cycle， through the real car test， the test results show that the feasibility and effectiveness of the method， performance of a vehicle air dynamics optimization simulation provides an effective means of validation.

Keywords： Aerodynamics; Wind drag coefficient; Sliding method; Wind tunnel method; Chassis dynamometer

CLC NO.： U467? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）18-128-03

1 引言

風(fēng)阻是車輛行駛時(shí)來自空氣的阻力 也是汽車行駛總阻力的重要組成部分。以某款轎車為例 在120km/h時(shí)風(fēng)阻約占總阻力的72%。在多次行業(yè)內(nèi)油耗限值研討會(huì)議上 各主機(jī)廠提出了諸多降低燃油經(jīng)濟(jì)性的措施 其中優(yōu)化汽車空氣動(dòng)力學(xué)性能是最重要的措施之一。

目前 國內(nèi)外測(cè)試風(fēng)阻系數(shù)的方法主要有兩種：滑行法和風(fēng)洞法。風(fēng)洞法即是建造風(fēng)洞試驗(yàn)室測(cè)試風(fēng)阻系數(shù) 其優(yōu)點(diǎn)是可以保證測(cè)試精度 然而建造風(fēng)洞的費(fèi)用很高 而且試驗(yàn)周期較長 導(dǎo)致需耗費(fèi)大量人力和物力?；蟹词峭ㄟ^專用的試驗(yàn)場(chǎng)地 模擬道路滑行工況 滑行結(jié)果使用最小二乘法進(jìn)行擬合并計(jì)算風(fēng)阻系數(shù) 然而該測(cè)試方法受環(huán)境溫度、場(chǎng)地長度等限制 且這種滑行測(cè)試假定滾阻和傳動(dòng)系內(nèi)阻是定值 這與實(shí)際工況不符 如果僅憑現(xiàn)有的滑行法測(cè)試 會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)數(shù)據(jù)表征不準(zhǔn)確 精度不高。以某車型試驗(yàn)為例 結(jié)果見表1所示 其風(fēng)阻系數(shù)誤差高達(dá)11.6%。

2 測(cè)試原理

汽車滑行能力的好壞是通過滑行阻力大小來表征 一般通過道路滑行試驗(yàn)來測(cè)定汽車的滑行阻力?；凶枇煞纸鉃閭鲃?dòng)系內(nèi)阻、輪胎滾動(dòng)阻力、空氣阻力、坡度阻力和加速阻力 其中傳動(dòng)系內(nèi)阻、輪胎滾動(dòng)阻力、空氣阻力是在任何行駛條件下都存在的 坡度阻力和加速阻力僅在一定條件下存在 在水平道路上空擋滑行時(shí)就不存在坡度阻力和加速阻力 故滑行阻力由傳動(dòng)系內(nèi)阻、輪胎滾動(dòng)阻力、空氣阻力三部分構(gòu)成[1-3]。

3 測(cè)試方法

3.1 滑行阻力測(cè)試

首先開展道路滑行試驗(yàn) 滑行速度區(qū)間130km/h-5km/h 每間隔5km/h 記錄滑行時(shí)間和車速 滑行往返次數(shù)不少于8次 根據(jù)公式（1）計(jì)算得到道路滑行阻力。

3.2 汽車車輪慣量測(cè)試

設(shè)置底盤測(cè)功機(jī)預(yù)加載阻力和模擬慣量 進(jìn)行校核滑行 滑行速度區(qū)間130km/h-10km/h 每間隔10km/h 得出滑行平均減速度 根據(jù)公式（2）計(jì)算得到車輪慣量[4]。

3.3 底盤阻力測(cè)試

開展底盤測(cè)功機(jī)校核滑行試驗(yàn) 預(yù)加載同類車型加載阻力 轉(zhuǎn)轂設(shè)置為前輪驅(qū)動(dòng) 后輪隨動(dòng)。用車帶滾筒的形式（模擬整車狀態(tài) 保障變速箱油溫與道路接近）進(jìn)行加速 滑行速度區(qū)間為130km/h-10km/h 通過校核滑行得到校核滑行后的總阻力 減去預(yù)加載阻力 得到前輪底盤阻力。同理前輪靜止 使用底盤測(cè)功機(jī)帶后輪校核滑行得到后輪底盤阻力 根據(jù)公式（3）計(jì)算得到底盤總阻力。

3.4 風(fēng)阻系數(shù)計(jì)算

滑行阻力減去底盤阻力得到風(fēng)阻 根據(jù)公式（4）計(jì)算得到風(fēng)阻系數(shù)。

4 試驗(yàn)分析及舉例

以某公司生產(chǎn)的某款緊湊型前驅(qū)轎車為例 在同一臺(tái)車輛上完成兩種狀態(tài)的風(fēng)阻系數(shù)測(cè)試 其試驗(yàn)質(zhì)量為整備質(zhì)量加150kg 試驗(yàn)方法如第3節(jié)所述 以研究該車在兩種狀態(tài)下的空氣動(dòng)力學(xué)性能的優(yōu)劣及測(cè)試方法的可行性。

4.1 滑行阻力

完成狀態(tài)1（原車未做任何改動(dòng)）和狀態(tài)2（原車基礎(chǔ)上封部分格柵、封發(fā)艙兩側(cè)底部、增加發(fā)動(dòng)機(jī)下護(hù)板等）道路滑行試驗(yàn) 根據(jù)公式（1）得出車速和滑行阻力的對(duì)應(yīng)關(guān)系 如下表2所示。

由表2可以看出 狀態(tài)2在高速段滑行阻力略優(yōu)于狀態(tài)1。由圖1可以看出 在滑行試驗(yàn)過程控制氣象條件 選擇合適道路 增加試驗(yàn)次數(shù)可以有效提高滑行試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)精度。

4.2 底盤阻力

在底盤測(cè)功機(jī)完成其底盤阻力測(cè)試 由于輪胎在地面上和轉(zhuǎn)鼓上的摩擦介質(zhì)不同 導(dǎo)致底盤阻力不同 因此使用低速道路滑行阻力來修正轉(zhuǎn)轂上底盤阻力（5km/h以下近似認(rèn)為風(fēng)阻為0） 得出車速和底盤阻力的對(duì)應(yīng)關(guān)系 兩次平均統(tǒng)計(jì)精度可控制在1%以內(nèi) 見表3所示。

4.3 風(fēng)阻系數(shù)計(jì)算

計(jì)算風(fēng)阻時(shí)使用的車速要求一般取值60-130km/h 低速時(shí)風(fēng)阻比例較小 根據(jù)公式（4）計(jì)算得出風(fēng)阻系數(shù)。

5 結(jié)論

本文提出了一種利用底盤測(cè)功機(jī)測(cè)試汽車風(fēng)阻系數(shù)的方法 能夠較為真實(shí)地反映車輛空氣動(dòng)力學(xué)性能 解決了現(xiàn)有滑行測(cè)試數(shù)據(jù)表征不準(zhǔn)確、精度不高的問題 且成本遠(yuǎn)低于風(fēng)洞 并與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果有較高的一致性 可以通過該方法替代部分風(fēng)洞試驗(yàn) 這樣既能滿足風(fēng)阻系數(shù)測(cè)試任務(wù)需求 又能縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期 其所帶來的經(jīng)濟(jì)效益十分顯著 還可以拓展適用在計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析、風(fēng)阻調(diào)校等領(lǐng)域 對(duì)產(chǎn)品精細(xì)開發(fā)具有較強(qiáng)的借鑒及指導(dǎo)意義。

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