道路滑行阻力在整車開發中的應用簡述

劉中擁　劉耀華　楊亮　王郡烽

摘 要：在整車開發過程中道路阻力的優化對單車及企業節能減排都有重要的意義。本文簡述了道路滑行阻力的定義，組成部分，并詳述了道路滑行阻力的應用場景和主要優化方向。對整車項目開發中整車的動力性、經濟性、制動性或排放性能的開發具有一定的指導意義。

關鍵詞：道路滑行系數；空氣阻力；滾動阻力；機械阻力

1 引言

道路滑行阻力是通過滑行法計算所得的車輛道路載荷。在整車開發中道路滑行阻力主要用于對汽車燃油經濟性、動力性進行仿真計算或利用汽車底盤測功機進行汽車動力性、經濟性、或排放污染物測試[1]。

2 道路滑行阻力的構成及測試方法

2.1 道路滑行阻力的構成

道路滑行阻力反映了整車在水平道路上勻速行駛過程中需要克服的阻力，包括空氣阻力，滾動阻力和機械阻力。

空氣阻力：Fw=CD*A*u2a/21.5[2]

式中CD為空氣阻力系數，A為迎風面積，ua為汽車行駛速度

滾動阻力：Ff=G*f

式中G為整車行駛過程中所受重力，f為滾動阻力系數。

道路滑行阻力：F=FW+Ff+Ft=CD*A*u2a/21.5+Gf+Ft

式中，Ft為傳動系機械阻力（此處傳動系包括變速箱，傳動軸，制動卡鉗和軸承）

2.2 道路滑行阻力的測量方法

道路滑行法測量滑行阻力分為固定式風速儀滑行法和車載風速儀滑行法。目前大多數主機廠采用的是固定式風速儀滑行法。試驗過程主要是，車輛行駛至規定車速，變速箱置于空擋開始滑行，滑行過程中連續記錄滑行時間t和對應車速V，通過記錄的數據計算出滑行過程中所受阻力。其原理為牛頓第二定律公式

F=ma=m（Δv/Δt）

計算完成后滑行阻力表達式為F=f2V2+f1V+F0。式中f2、f1、f0為道路載荷系數。試驗車輛要求，測試頻次和數據處理等詳細規定請參考GB18352.6-2016《輕型汽車污染物排放限值及測量方法》中附件CC的相關內容。

3 道路滑行阻力在整車開發中的應用場景

3.1 整車動力性和經濟性仿真

在使用AVL Cruise、Simulink等一維軟件進行整車動力性和經濟性的仿真時，以基準道路滑行曲線為依據，通過整車重量、風阻、滾阻等條件的變化，擬合新車型在不同工況下整車負載，進而仿真新車型的動力性和燃油經濟性，為整車性能優化提供理論依據。

3.2 底盤測功機加載

整車在轉鼓試驗室內的試驗，均需要在轉鼓上加載阻力曲線，以模擬整車道路載荷。道路試驗所測得的滑行阻力曲線是轉鼓使用滑行法擬合道路載荷不可或缺的關鍵參數，一般以目標曲線的形式在轉鼓設備上進行輸入。

3.3 標定過程中坡道計算

在整車山路標定過程中，道路滑行阻力還可用于估算坡度。

Fd=Fa+Fg+F

式中Fd為整車驅動力，Fa為整車加速阻力，F為道路滑行阻力，Fg為坡道阻力且

Fg=Fd-Fa-F=mg*sinα。

因此式中坡道角度

α=arcsin[（Fd-Fa-F）/（mg）]

3.4 計算循環能量需求

此處循環能量需求指油耗或者排放試驗整個測試循環中車輛需要的能量。它是整車族系中車輛H[3]和車輛L[3]確認的重要理論依據，公式如下：

E=∑tendtstartEi

式中：

當Fi>0時，Ei=Fi*di

當Fi≤0時，Ei=0

tstar、tend—測試循環或各速度段起始、結束時間；

Ei—試驗車輛從i-1時刻到i時刻的能量需求；

Fi—試驗車輛從i-1時刻到i時刻的牽引力；

di—試驗車輛從i-1時刻到i時刻的行駛距離；

Fi=F0+F1*（vi+vi-1）/2+f2*（vi+vi-1）2/4+（1.03*TM）*ai式中：

vi—試驗車輛在ti時的目標速度；

TM—測試質量；

ai試驗車輛從i-1時刻到i時刻的加速度；

f0，f1，f2—車輛道路滑行阻力系數

4 道路滑行阻力的優化方向

4.1 空氣阻力優化

空氣阻力是道路滑行阻力的重要組成部分。在高速情況下空氣阻力表現尤為明顯。空氣阻力主要是由氣流撞擊車輛正面產生的阻力、空氣劃過車身的摩擦力和外形阻力組成。優化空氣阻力需要從減小迎風面積和風阻系數兩個方向著手。風阻系數的優化，主要從優化整車造型，車身流線，底部護板，尾部擾流板以及進排氣位置等方面開展工作。下表為眾泰某車型在項目開發過程中數據階段CD優化方案（見表1）。

4.2 滾動阻力優化

車輛滾動時輪胎與路面接觸區域產生法向、切向的相互作用力。滾動阻力的大小主要和整車的重量、輪胎滾阻系數，車輛車速和行車環境有關。輪胎滾動阻力的優化主要是通過改善輪胎的材料減小輪胎滾動阻力系數。下表為眾泰某SUV車型不同滾阻下整車滑行阻力對比（見表2）。

4.3 機械阻力優化

車輛的機械阻力主要由傳動系統阻力和制動系統阻滯力組成。機械阻力的優化主要從提升變速箱效率，優化傳動軸布置角度，制動卡鉗及軸承阻滯力方面著手。下表3說明了某車型制動系統不同設計方案對整車滑行阻力的影響（見表3）。

參考文獻：

[1]王博文，侯勇平，周毅，沈春娟，乘用車滑行阻力與傳動系阻力的研究，汽車科技2010年3月.

[2]余志生.汽車理論第5版.機械工業出版社.

[3]GB18352.6-2016《輕型汽車污染物排放限值及測量方法》.