客車尾翼對經濟性能影響研究

陳為煜

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客車尾翼對經濟性能影響研究

陳為煜

（廈門金龍聯合汽車工業有限公司，福建 廈門 361023）

研究一種客車尾翼對整車風阻系數的影響，通過比較滑行阻力測量、經濟性試驗結果驗證CAE仿真計算的正確性。

客車；尾翼；經濟性試驗；滑行阻力測量

前言

整車燃油經濟對汽車的重要性不言而喻。隨著汽車工業的發展，用戶對車輛動力經濟性要求越來越高，各國對碳排放標準和能耗的要求也日益嚴格［1］。提高整車燃油經濟性可以降低車輛使用費用，提高商用車輛的經濟效益。從宏觀層面來講，車輛燃油經濟性的提高可以減少國家對進口石油的依賴性，節省石油資源，減少車輛尾氣排放，減少對環境的污染。如何提高車輛燃油經濟性能是汽車設計應該關注的話題。

本文從改善某客車風阻性能角度出發，提出一種改善整車風阻的客車尾翼造型。對整車進行外流場分析，分析對比整車阻力系數，并對實車進行滑行和油耗對比試驗以評價尾翼對經濟性能影響。

1 整車外流場分析

對原車型建立外流場分析模型，包括車身外造型、后視鏡、空調罩、天窗和底盤所有較大、重要的部件模型。

圖1 尾翼造型照片

通過HyperMesh、CCM+對模型進行幾何處理，形成封閉空間，建立一個長方體的計算域。車前為3倍車長，車后為4倍車長，寬度為5倍車高。采用STAR-CCM+的切面體網格模型（Trimer）生成體網格。

計算參數設置，湍流模型：SST K-Omega 湍流模型來模擬客車車身表面及其周圍空氣流動的情況。初始條件：在100km/h的速度下，空氣從前方流過客車外表面，湍流參數設置如表1；邊界條件：進口為速度入口邊界，出口為壓力出口邊界，湍流參數設置如表1。壁面邊界：地面為無滑移和移動壁面邊界條件，速度為100km/h，方向與入口來流速度方向相同，其他設為無滑移邊界條件。

圖2 某車型外流場分析幾何模型

表1 湍流參數設置

通過CAE仿真分析整車外流場整車阻力系數結果如表2所示。

表2 湍流參數設置

由表2可知，通過加裝尾翼造型，整車阻力參數相比原基礎車型減小了18.66%，后車尾翼造型對整車阻力參數改善效果明顯。

2 整車滑行試驗驗證

表3 某客車客車速行駛阻力測試結果

按照GB27840-2011規定的滑行試驗方法，對整車兩種狀態進行行駛阻力測定。試驗過程中特別注意試驗車對車輛按標準規定的熱車方法進行熱車，以減小試驗誤差，得到更準確的行駛阻力參數。

如圖2所示，在低速區間，樣車兩個狀態行駛阻力差異不大，在低速區間，汽車尾翼對整車行駛阻力改善不明顯。車速達到80km/h以后，兩個狀態的差異比較明顯。

式中CD為空氣阻力系數，ρ為空氣密度，A為迎風面積，即汽車行駛方向的投影面積，Vr為相對速度，在無風是即汽車的行駛速度［2］。在高速區間，汽車風阻隨著汽車車速的增加增加明顯，汽車風阻占比汽車行駛阻力的比重也不斷增加，由汽車尾翼引起的改善汽車風阻的作用也較明顯。這與汽車理論相吻合。改善汽車行駛阻力的最終目的是為了提高汽車的經濟性能，實際車輛的節油效果如何，還需要通過油耗試驗來進一步驗證。

圖3 不同車輛狀態行駛阻力對比

3 整車經濟性試驗驗證

整車經濟性試驗采用GBT 12545.2-2001《商用車燃料消耗量試驗方法》規定的等速行駛燃料消耗量試驗進行試驗驗證。實際試驗過程中對試驗方法進行了修正。原標準規定的試驗路段為長直線500米，實際試驗過程發現數據重復性較差。實際試驗過程將試驗路段調整為高環環道，行駛距離為5300米。經過大量經濟性試驗發現該方法得到數據重復性較好。測量結果如表4。

表4 某客車經濟性測試試驗結果

由表4試驗結果可知在低速區間，兩個狀態經濟性能相當。在60-120km/h的速度區間，帶尾翼狀態車輛有一定節油效果。110km/h的節油效果最為明顯達6.99%。車速越高，尾翼造型的節油效果越明顯，這與滑行行駛阻力測試結果結論一致。JTT 1094-2016《營運客車安全技術條件》4.1.10規定最大設計車速大于100km/h的營運客車應具有限速功能，且最大車速不得超過100km/h［3］。國內營運車輛最大車速不能超過100km/h，車速超過100km/h的速度區間不具有現實意義。因此對于速度大于100km/h的節油效果不再作討論。

為評價車輛實際使用用的節油效果，按JTT711-2016《營運客車燃料消耗量限值及測量方法》5.5計算等速工況燃料消耗量。計算結果如表5所示，等速工況綜合節油效率為1.21%。客車尾翼造型對改善整車經濟性能效果明顯。

表5 某客車等速工況燃料消耗量

4 結束語

中國汽車技術研究中心主辦的《2019年新能源汽車藍皮書編寫啟動會暨傳統內燃機汽車與新能源汽車協同發展》確立了2021-2035年中國傳統內燃機汽車與新能源汽車協同發展的產業戰略。可以預見至2035年內燃機汽車與新能源汽車將得到平等對待。不斷提高傳統內燃機車型的燃油經濟性具有重大意義。通過優化整車造型，改善整車外流場分布，減小整車行駛的阻力值，從而提高整車經濟性能是優化整車經濟性能的一個方向。

[1] 張風利,唐麗君,侯曉光,楊靜,某汽車風阻性能開發.中國汽車工程學會年會論文集,2018.

[2] 余志生,汽車理論[M].北京機械工業出版社,2000.

[3] JTT 1094-2016.《營運客車安全技術條件》[S].

Study On The Effect Of Coach Empennage On Fuel Economy

Chen Weiyu

（Xiamen King-Long United Automotive Industry Co., Ltd, Fujian Xiamen 361023 )

Study on the effect of coach empennage on fuel economy.Compare the results of the economy test and the sliding resistance test to verify the correctness of the CAE Simulation.

Coach; Empennage; Economy Test; Test method of sliding resistance

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.10.036

U467

A

1671-7988(2019)10-100-03

U467

B

1671-7988(2019)10-103-03

陳為煜 (1985-)，男，本科，道路試驗工程師，就職于廈門金龍聯合汽車工業有公司，主要從事整車性能及可靠試驗及整車性能分析。