汽車改型對行駛阻力影響分析

呂吉徹，金 平

（一汽轎車股份有限公司，吉林 長春 130000）

現(xiàn)在汽車已經(jīng)成為人們生活中的重要交通工具，隨著汽車數(shù)量的不斷增加［1］，人們對汽車的燃油經(jīng)濟性和動力性要求也不斷提高。對汽車的燃油經(jīng)濟性、動力性或污染物排放進行仿真計算或運用底盤測功機進行測試均要確定汽車的行駛阻力［2］。因此，行駛阻力的測量以及影響因子特性分析就成為優(yōu)化行駛阻力的重要方法［3-4］。

汽車在道路上的行駛阻力對能耗排放等性能的研究具有重要意義。本文通過對試驗車輛不加裝任何零件、加裝底護板、加裝擾流板3種狀態(tài)分別進行行駛阻力測試。通過行駛阻力試驗數(shù)據(jù)處理，分別得出3種狀態(tài)下的汽車行駛阻力，通過比較判別各影響因子對汽車行駛阻力的影響大小［5-6］，從而為提高汽車的動力性和燃油經(jīng)濟性提供合適的方法。

1 汽車道路行駛阻力的求解過程

先通過計算汽車滑行功率，然后再計算汽車的滑行阻力［7-8］。

1.1 計算功率

式中：P——功率，kW；U——試驗車速，m/s；ΔU——速度偏差，5 m/s；M——基準質(zhì)量，kg；T——時間，s。

1.2 校正功率

在道路上測定的功率P按公式（2）、（3）、（4）校正至基準狀態(tài)下的功率。

式中：RR——速度U時的滾動阻力；R空氣——速度U時的空氣阻力；RT——總運行阻力=RR+R空氣；KR——滾動阻力的溫度修正系數(shù)，取8.64×10-3/℃，或者經(jīng)型式核準主管部門批準的制造廠給定的修正系數(shù)；t——道路試驗時大氣溫度，℃；t0—— 基準大氣溫度，為20 ℃；ρ——試驗條件下空氣密度；ρ0——基準狀態(tài)（20 ℃， 100 kPa）下空氣密度。

式中：M——車輛質(zhì)量，kg；a、b——各種速度下的系數(shù)，由表1給出。

表1 各種速度值的系數(shù)a、b數(shù)值

1.3 計算汽車的滑行阻力

式中：F——汽車的滑行阻力，N。

2 試驗條件

1） 氣象條件 試驗應(yīng)在大氣溫度為0～40℃時進行，不應(yīng)有霧、雨或雹，風(fēng)速不大于3 m/s，大氣壓力不低于91 kPa，相對濕度不大于95%。

2） 實際氣象條件 溫度為22℃，濕度為64.7%，風(fēng)速為0.6 m/s，氣壓為101.7 kPa。

3）道路條件 路面應(yīng)是清潔、干燥、平直的混泥土或瀝青（或相類似）路面，其縱向坡度不應(yīng)大于0.1%。

4）試驗設(shè)備 VBOX3i雙天線是Racelogic公司的GPS數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，如圖1所示。通過利用固定基線RTK裝備中的2個GPS發(fā)動機配置，能以100 Hz信號更新率更新所有GPS/GLONASS參數(shù)（例如：速度、航向角和方位），具備很高的測量精度和測試一致性［9］。

圖1 VBOX3i雙天線

采集數(shù)據(jù)后，通過對GPS載波信號進行多普勒頻移轉(zhuǎn)換計算，然后將數(shù)據(jù)存儲在Type I閃存卡中。數(shù)據(jù)以標準的電腦文件格式通過閃存讀卡器連接電腦進行數(shù)據(jù)傳輸，原理如圖2所示。

3 試驗結(jié)果計算分析

本公司某試驗車型的總質(zhì)量為1 484 kg，4×2 前輪驅(qū)動，輪胎型號為205/55 R16 91V 。按照GB/T 12534—1990《汽車道路試驗方法通則》和GB 18352.5—2013《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第五階段）》規(guī)定，在中汽中心鹽城汽車試驗場長直線性能路進行數(shù)據(jù)采樣。試驗分為高速試驗125～70 km/h 和低速試驗80～0 km/h，在直線性能路上往返滑行。

圖2 VBOX3i數(shù)據(jù)輸入/輸出原理

對汽車進行3種狀態(tài)的試驗，試驗完成后按照計算公式進行數(shù)據(jù)處理。第1種是汽車不加裝任何附屬設(shè)備，如圖3所示。第2種是汽車加裝底護板，如圖4所示。第3種是汽車加裝擾流板，如圖5所示。

圖3 整車行駛阻力曲線

圖4 整車安裝底護板行駛阻力曲線

將不加裝任何附屬裝備和加裝底護板進行數(shù)據(jù)比較，如圖6所示。將不加裝任何附屬裝備和加裝擾流板進行數(shù)據(jù)比較，如圖7所示。將加裝底護板和擾流板進行數(shù)據(jù)比較，如圖8所示。

圖5 整車安裝擾流板行駛阻力曲線

圖6 整車和安裝底護板行駛阻力曲線

圖7 整車和安裝擾流板行駛阻力曲線

圖8 整車安裝擾流板和底護板行駛阻力曲線

可以看出，加裝底護板和擾流板后汽車行駛阻力都小于不加裝任何設(shè)備，其中加裝底護板的效果好于加裝擾流板，而只加裝擾流板效果不是很明顯。如果為了減少車輛行駛阻力，提高車輛的動力性和燃油經(jīng)濟性，加裝底護板是一個比較好的措施。

4 結(jié)論

本方法的理論推導(dǎo)過程嚴密，選擇的試驗條件高于國家標準，數(shù)據(jù)處理方法符合要求。數(shù)據(jù)處理后得到的汽車行駛阻力試驗結(jié)果的可信度和精度比較高。通過對數(shù)據(jù)的處理、分析，得到了安裝不同零件后的汽車行駛阻力，為以后判別汽車改型和設(shè)計變更后對汽車行駛阻力的影響值提供了重要的依據(jù)和參考。

［1］ 韓宗奇，李亮.測定汽車滑行阻力系數(shù)的方法［J］. 汽車工程，2002，24（4）：364-366.

［2］ 余志生.汽車理論［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2000.

［3］ Rakha H， Lucicl. Vehicle Dynamics Model for Predicting Maximum Truck Acceleration Levels［J］.Journal of Transportation Engineering，2001，127（5）：418-425.

［4］ 嚴朝勇，譚擁軍，劉越琪.基于底盤測功機的汽車油耗研究［J］.交通運輸研究，2009（4）：65-68.

［5］ 張重文.汽車道路行駛阻力測量原理及測量方法［J］.廣東公路交通，1998，52（1）：53-57.

［6］ 周鋒，尹權(quán)，許愛民，等.功率平衡法測試汽車的滾動阻力系數(shù)［J］.華南理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），1999，27（7）：73-76.

［7］ GB 18352.3—2013，輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第五階段）［S］.

［8］ GB/T 12534—1990，汽車道路試驗方法通則［S］.

［9］ Racelogic Co.， Ltd..VBOX3i 100Hz GPS Data Logger User Guide［Z］.2010.