汽車道路滑行阻力的研究

2019-12-31 06:12:41 汽車科技 2019年6期

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羅雄 劉易斯

摘要:基于汽車道路滑行原理,建立汽車道路滑行阻力的計算模型,分別對車輛不同狀態進行道路滑行試驗,得到滑行阻力曲線,分析影響車輛滑行阻力的主要因素,對比了滑行法和標準查表法得到的阻力曲線,結果顯示滑行法得到的道路阻力更能真實反映車輛道路行駛實際情況。

關鍵詞:滑行;阻力系數;計算模型

中圖分類號:U471

文獻標識碼:A

文章編號:1005-2550(2019)06-0019-04

Research on Vehicle Road Coast Down Resistance

LUO?Xiong, LIU Yi-si

( Dongfeng Motor Corporation Technical Center, Wuhan 430058 China )

Abstract: Based on the principle of vehicle road coast down, the calculation model of?vehicle road coast down resistance is established. The road coast down resistance curves are?obtained through the road coast down tests of different vehicle states, and the main factors?affecting vehicle coast down resistance are analyzed. The resistance curves obtained by coast?down method and standard look-up table method are compared. The results show that the?road resistance obtained by taxing method can more truly reflect vehicle road driving.Physical truth.

Key Words: Coast Down; Resistance Coefficient; Calculation Model

羅雄

畢業于武漢理工大學碩士學位,現就職于東風汽車技術中心標準法規工程師,主要負責汽車油耗、雙積分政策等工作。

前言

近日,國家標準委員會發布了輕型汽車五階段(2021-2025年)油耗標準《乘用車燃料消耗量限值》,標準提出了我國乘用車平均燃料消耗在2025年下降至4L/100km的目標。汽車燃油消耗量測試一般都是在底盤測功機上進行測量,底盤測功機的測試需要輸人汽車滑行阻力系數,滑行阻力系數大小決定了底盤測功機的阻力系數設定,從而很大程度上影響整車油耗測試結果。目前各車企為體現車輛的真實燃料消耗量,大多采用滑行法進行油耗測試,因此,研究滑行法測量道路行駛阻力,分析汽車道路行駛過程中關鍵環節及影響因素對油耗測試結果的影響尤為重要。

本文根據汽車道路滑行試驗原理,建立滑行阻力曲線計算模型,分別對汽車前格柵密封與非.密封、低滾阻輪胎與非低滾阻輪胎、寬胎與窄胎三種不同狀態下進行道路滑行試驗,根據試驗數據,不同車輛狀態滑行阻力曲線對比,分析影響滑行阻力主要因素,并通過試驗數據對比滑行法:和查表法的區別。

1汽車道路滑行阻力計算模型:

車輛轉鼓阻力模擬

GB18352《輕型汽車污染物排放限值及測量方法》中關于道路滑行阻力測試方法中規定,汽車在底盤測功機上測試整車工況油耗時,需要在底盤測功機上模擬道路行駛阻力,輸人轉鼓阻力設定值,即道路阻力系數A、B、C值。車輛在道路上進行滑行試驗可以得到車輛的行駛阻力,再在底盤測功機上進行擬合,從而得到轉鼓的阻力設定值。無論車輛在轉鼓還是在道路上行駛,車輛內阻都是同樣存在的,因此需要在車輛擬合過程中,去除車輛的內阻,得到轉鼓設定值。

車輛滑行阻力主要包括空氣阻力、滾動阻力、傳動系阻力、制動拖滯力等,車輛在道路上滑行,得到的滑行數據使用阻力分段近似,并使用最小二乘法擬合成二次系數,從而獲取道路阻力系數A、B、C值,一般認為,汽車滑行阻力與車速滿足二次函數關系。

式中,V為車速,A為與速度無關的常數項阻力(如道路摩擦力等),B為一次項系數,與速度有關的阻力(如傳動系阻力)、C為二次系數,代表與速度二次項有關的阻力。

滑行變量的確定:

將車輛加速到比選定試驗車速V高出10km/h的車速,將變速器置于空擋位置,測量車輛從V,=V+△Vkm/h減速至V,=V-△Vkm/h所需的時間t,再在相反方向進行同樣的試驗,測得時間t,,其中△V≤5km/h,取時間t和t,的平均值t,重復試驗次數,使平均值

式中:t為給定的系數,s為標準偏差,n為試驗次數

計算車速V時的行駛阻力F:當△V≤5km/h,可以視車輛從v,滑行至v,的過程為勻減速運動,根據車輛受力、質量、速度和加速度關系:

根據滑行過程中一系列區間速度vi,Fi帶人上述方程,可以建立一系列參數A、B、C的三元一次方程,構成方程組,再使用最小二乘法,對F,進行二次函數擬合,得出Fi、vi數據點趨勢線,從而得到阻力方程F=A+Bv+Cv2

計算出參數A、B、C,即為底盤測功機提供精確的道路阻力模擬設定值。

2影響滑行阻力的因素:

汽車滑行阻力為油耗測試提供阻力依據,底盤測功機阻力設定值直接影響正常油耗的測試結果,因而減小阻力是個汽車制造商節能減排工作的重要手段之一。在公告試驗時,主機廠在進行道路滑行阻力測試時,都力爭獲得一條阻力較小的滑行阻力曲線。車輛正常行駛時,道路阻力包括坡道阻力,傳動系阻力,輪胎阻力,風阻,加速阻力,可以認為:

道路阻力Froad=F坡道+F傳動系+F輪胎+F風阻+F加速

汽車道路滑行試驗時,車輛在平直路面空擋滑行,試驗道路坡道角a很小,可以忽略坡道阻力影響,即認為坡道阻力和加速阻力可視為0,故滑行阻力包括傳動阻力,風阻阻力,輪胎阻力,滑行時阻力:Froad=F傳動系+F輪胎+F風阻

根據汽車動力學可知,傳動系阻力可以來自軸承、齒輪的摩擦阻力、制動拖滯阻力等,與底盤系統相關。輪胎阻力來自地面與輪胎接觸面的摩擦阻力,與輪胎結構相關。風阻來自空氣與車輛接觸面積,同車身形狀相關。下面分別對車輛不同狀態進行滑行試驗,得到不同狀態下阻力曲線:

某車型在前進氣格柵密封與不密封條件下得到的道路滑行阻力曲線見下圖1:

通過對同一車輛前格柵密封與不密封條件下,滑行阻力對比發現,前格柵密封狀態下的滑行阻力明顯低于不密封狀態的滑行阻力,前段差異不明顯,阻力在40km/h為轉折點,而且隨著速度增加,阻力差距明顯增大,后端阻力呈明顯遞增趨勢。根據空氣動力學原理,進氣格柵后為散熱器,較大的進氣面積會增大空氣動力阻力,因此前進氣格柵對空氣動力學有較大貢獻,故在設計條件允許條件下,一般會盡力減小進氣格柵面積提高整車的空氣動力性能。

某車型低滾阻輪胎和非低滾阻輪胎狀態下得到的道路滑行阻力曲線見下圖2:

通過對同一車輛低滾阻輪胎和非低滾阻輪胎滑行阻力曲線發現,在低速段,兩種規格輪胎的滑行阻力相差較大,隨著速度的增大,阻力差別逐漸減小,速度從20km/h增大到100km/h時,兩者之間的差距從33%減小到5%??梢鑰闖?,在車速較低時,空氣阻力較小,行駛阻力以滾動阻力為主,隨車速升高,空氣阻力明顯增大,輪胎滾阻對車輛影響逐漸減小。

某車型寬胎和窄胎狀態下得到的道路滑行阻力曲線如下圖3:

通過對同一車輛分別裝配寬度為205mm和195mm的輪胎滑行阻力曲線發現,可以看出,兩種輪胎狀態下,車輛滑行阻力整體差別不大,曲線較為集中,輪胎寬度的差異對車輛阻力影響較小。3車輛道路阻力查表法與滑行法:

依據GB/T18352《輕型汽車污染物排放限值及測量方法》,在底盤測功機上模擬汽車道路行駛進行油耗測量時,需要對轉鼓施加一部分阻力(Dyno?set),這部分阻力大小可由兩種方法獲得,一是通過道路滑行試驗阻力減去車輛損失阻力得到(滑行法),一種是標準中推薦阻力系數(查表法)。查表法中,汽車的基準質量為整備質量加100kg,根據基準質量查表確定測功機設定的當量慣量與道路阻力系數,即可得到轉鼓加載阻力:F=a+bv2

查表法標準阻力系數如下表1:

分別選取某款SUV車型和某款轎車進行道路滑行得到的阻力曲線和和根據基準質量進行查表法得到的阻力曲線對比結果如下圖4和圖5:

某款轎車查表法和滑行法轉鼓阻力設定對比:

通過對兩款車型分別用滑行法和查表法得到的阻力曲線可以看出,試驗車型滑行阻力在約40km/h-120km/h范圍內,查表法都要大于滑行法阻力,原因是查表法僅是通過基準質量查詢阻力系數,并不能真實反映風阻在整個阻力中的占比,滑行法阻力是對道路滑行阻力真實體現,更加符合整車實際情況。當然,由于數據有限,還需進一步驗證。

結論:

通過對車輛不同狀態下滑行阻力曲線分析,可以看出在汽車設計中對某些關鍵因素進行控制,能有效降低滑行阻力,從而得到更低的油耗。同時,通過查表法和滑行法阻力曲線對比對比發現,查表法和滑行法得到的阻力差異較為明顯,滑行法更能反應汽車道路真實情況,對油耗測試結果跟有利。對車輛滑行阻力的研究,對汽車動力經濟性能開發具有重要參考價值。

參考文獻:

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[6](德)R.巴斯懷森,燃油消耗[M],機械工業出版社,2012.

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黃小枚:

論文通過對車輛不同狀態下滑行阻力曲線分析的結果,可以對汽車動力經濟性進行優化,以有效降低滑行阻力,達到節能效果。且在認證試驗中也可以參考論文的結論選擇適合的花型阻力輸入方式。

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