道路阻力差異對試驗室空調(diào)采暖影響研究

陳智穎　龍會游　嚴杰　黃憲波　袁正

摘 要：空調(diào)采暖性能試驗，往往通過環(huán)境倉動態(tài)試驗或現(xiàn)地道路試驗，為保持試驗一致性，環(huán)境倉中的環(huán)境一致性更好，但需要充分考慮現(xiàn)地實際情況，為了在試驗室更精準地模擬低溫條件下空調(diào)采暖試驗，針對目前不同區(qū)域道路阻力來源對試驗室模擬空調(diào)試驗結(jié)果造成的影響進行分析及研究，使用同一臺樣車選用襄樊常溫阻力及黑河低溫阻力，跟現(xiàn)地低溫空調(diào)采暖試驗結(jié)果比較，發(fā)現(xiàn)低溫滑行阻力試驗結(jié)果與實際道路試驗結(jié)果更加吻合。關(guān)鍵詞：低溫阻力;常溫阻力;阻力系數(shù);空調(diào)采暖試驗;發(fā)動機水溫;出風口溫度中圖分類號：U463.85+1 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）11-110-04

Abstract：?Air conditioning heating performance tests often pass through environmental chamber dynamic tests or on-site road tests. In order to maintain test consistency， the environmental consistency in environmental chambers is better， but full consideration of the actual situation on the spot is required. Accurately simulate the air conditioning heating test under low temperature conditions， analyze and study the impact of the current road resistance sources in different areas on the laboratory simulated air conditioning test results， and use the same sample vehicle to select Xiangfan normal temperature resistance and Heihe low temperature resistance to follow local low temperature The air conditioning heating test results were compared， and the results of the low-temperature taxiing resistance test were found to be more consistent with the actual road test results.Keywords： Low temperature resistance;?Normal temperature resistance;?Drag coefficient;?Air conditioning heating test;?Engine water temperature;?Air outlet temperatureCLC NO.： U463.85+1 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）11-110-04

前言

汽車空調(diào)低溫采暖試驗是汽車空調(diào)系統(tǒng)最重要的驗證項目之一，而帶底盤測功機和環(huán)境倉的臺架試驗室是空調(diào)采暖性能驗證最常見的設備，因為其不受外界環(huán)境條件的影響，即使在炎熱的夏季也同樣可以在環(huán)境倉中驗證車輛的低溫采暖性能。但是由于安全性等考慮，臺架低溫采暖試驗使用的車輛道路阻力曲線基本是選擇在常溫環(huán)境下標準試驗場道路滑行得出的，并不是在實際的低溫環(huán)境道路滑行的數(shù)據(jù)，目前國內(nèi)大部分車企車輛滑行阻力主要在襄樊試驗場、通用試驗場等地點滑行得出的。這就可能導致低溫采暖試驗過程中，在XXX標準中有低溫下采用1.1倍的阻力進行轉(zhuǎn)鼓滑行，但其來源并未進行公開說明，車輛受到的外界阻力與實際存在偏差，會導致扭矩偏低等等情況，進而導致采暖試驗結(jié)果從原理上可能與實際道路采暖值出現(xiàn)偏差

1 道路滑行阻力差異分析

1.1 汽車滑行試驗時的受力情況

車輛正常行駛時，?道路阻力Froad一般包括輪胎阻力F輪胎、風阻F風阻、加速阻力F加速、傳動系阻力F傳動系、坡道阻力F坡道等，即：

道路阻力Froad=F加速+F風阻+F傳動系+F輪胎?+F坡道 ????????????（1）

實際進行道路滑行試驗時，因選用平直道路空檔滑行，坡度角很小，可以忽略坡道阻力及加速阻力，因此滑行時阻力包括輪胎阻力、風阻及傳動系阻力，即：

道路阻力Froad=F風阻+F傳動系+F輪胎 ???????????????????????????（2）

其中，傳動系阻力來自齒輪、軸承的摩擦阻力及制動拖滯阻力等，與底盤系統(tǒng)相關(guān);風阻取決于空氣與車輛的接觸面積，與車身形狀相關(guān);輪胎阻力來自于地面與輪胎之間的摩擦力，與輪胎結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)。

1.2 不同區(qū)域道路阻力差異分析

選用襄樊試驗場及黑河試驗場進行道路滑行試驗時，黑河寒區(qū)試驗場現(xiàn)地采用冬季胎，而襄樊道路滑行時選用四季胎，冬季胎胎面較軟，當氣溫低于10℃時雪地胎的表面變得更軟，二氧化硅混合物橡膠配方能與光滑冰面接觸得更緊密，從而產(chǎn)生比四季胎大得多的摩擦力。

車輛在道路上行駛時的輪胎受到的滾動阻力為：

F輪胎= Pα?Lβ（a +bv +cv 2） ???????????????????????（3）

式中，P 為輪胎壓力（kPa），L 為作用在輪胎上的力 （N），v為車速（km /h），α為負值系數(shù)，β為正值系數(shù)，a、b、c為常數(shù)。由于黑河寒區(qū)試驗場溫差較大，輪胎中的空氣熱脹冷縮幅度較大，氣壓比較容易改變，冬季胎胎壓要比四季胎胎壓高0.2BA;

綜上原因同一臺車在黑河寒區(qū)試驗場車輛輪胎阻力應大于襄樊車輛輪胎阻力，道路滑行阻力結(jié)果也相應比襄樊大（傳動系阻力及風阻與車輛自身相關(guān)，同一臺車影響忽略不計）。

2 不同道路阻力下底盤測功機阻力滑行差異分析

臺架試驗室模擬道路空調(diào)采暖試驗前，分別用黑河及襄樊道路滑行阻力結(jié)果進行底盤測功機阻力滑行，底盤測功機設定阻力F=Froad-Fv。

式中F為轉(zhuǎn)鼓設定阻力，F(xiàn)road為道路滑行阻力，F(xiàn)v為車輛損失阻力，這個阻力用來補償車輛在道路上所受的空氣阻力、坡度阻力、部分慣性阻力和部分滾動阻力;因采用同一臺車及同一底盤測功機，F(xiàn)v默認為恒定值，因襄樊道路阻力比黑河現(xiàn)地道路阻力小，導致采用襄樊道路滑行阻力進行底盤測功機阻力設定時比采用黑河寒區(qū)阻力的小。

3 試驗驗證情況說明

3.1 道路滑行阻力結(jié)果及分析

常溫道路滑行試驗選取在襄樊東風汽車試驗場進行，試驗時氣溫19-24 ℃;低溫道路滑行試驗在黑河寒區(qū)試驗場進行，試驗時氣溫-18至-23℃。

道路滑行結(jié)果如圖1所示，比較了不同道路區(qū)域的道路阻力，可以發(fā)現(xiàn)黑河低溫道路阻力明顯比襄樊常溫道路阻力大，最大達到243N，平均阻力是常溫的1.4倍;且隨著車速的增加差異幅度逐漸增大;黑河道路阻力F黑河=322.37+ 0.0637V+0.0592V2，襄樊道路阻力F襄樊=191.9+0.1937V + 0.0495V2。

3.2 不同道路阻力下底盤測功機阻力設定結(jié)果

試驗從最高基準速度130 km/h開始，到最低基準速度20 km/h 結(jié)束，每個基準速度穩(wěn)定10 s 后進行連續(xù)6 s的輪邊力測量，測量頻率為10 Hz，測量期間車速保持恒定，記錄各基準速度點底盤測功機測得的輪邊力fjD，將底盤測功機上測得的曲面輪邊力fjD修正到等效的平坦基準路面上。

式（4）中，F(xiàn)dj為修正到基準路面上的輪邊力;Rw為1/2車輪公稱直徑;RD為底盤測功機滾筒半徑。

底盤測功機阻力設定結(jié)果如圖2所示，襄樊在底盤測功機的滑行阻力比黑河平均低225N左右，黑河底盤測功機內(nèi)阻F黑河，=158.5-1.7888V+0.06528V2，襄樊底盤測功機內(nèi)阻F襄樊，=-89.79+0.5441V+0.04073 V2。

4 設定不同底盤測功機阻力下的采暖試驗及差異分析

（1）試驗實施：設置環(huán)境溫度為-20℃±1℃;太陽輻射：無;

（2）測量點傳感器布置，測點包含：環(huán)境溫度、車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)動機水溫、發(fā)動機扭矩、前后排出風口溫度等;

（3）試驗車輛預冷

試驗車輛需12H以上的預冷（保證整車充分冷卻），如圖3所示，但如果發(fā)動機水溫已達到與環(huán)境溫度相同溫度且保持30min以上，則車輛預冷可提前結(jié)束;

（4）試驗車輛行駛模式和空調(diào)系統(tǒng)設定

行駛模式如圖4所示，工況：前3min進行怠速熱機（模擬低溫真實用車習慣），后40min勻速（參考GB/T12782-91?道路汽車空調(diào)采暖試驗）;空調(diào)設定：外循環(huán)、全熱、吹腳、鼓風機最高檔;測試條件：環(huán)境溫度-20℃±1、車門車窗全關(guān)、車內(nèi)人員1人。

（5）不同道路阻力采暖試驗與現(xiàn)地道路采暖試驗結(jié)果對比

如圖6所示，臺架試驗室選用不同道路阻力曲線進行模擬采暖實驗時，兩次模擬的發(fā)動機轉(zhuǎn)速接近一致。

臺架試驗室采用不同道路阻力開展的空調(diào)采暖試驗對比，發(fā)動機扭矩對比結(jié)果如圖6所示，黑河低溫道路阻力高導入至底盤測功機擬合后的滑行阻力相應也高，發(fā)動機扭矩也大（平均比襄樊常溫阻力的采暖試驗扭矩大16.8%左右）。

發(fā)動機水溫對比顯示：前三分鐘，怠速階段因不涉及阻力水溫及出風口溫度上升趨勢基本一致，但40km/車速階段，在同樣檔位和車速情況下，低溫阻力的采暖結(jié)果顯示水溫比常溫阻力水溫高，溫差最高達到8℃（如圖7所示），且寒區(qū)阻力水溫與黑河實際道路采暖水溫非常接近，誤差在2%以內(nèi)。

發(fā)動機的水溫差異也直接導致了出風口溫度差異（如圖8、表1所示），低溫阻力采暖試驗出風口溫度較常溫阻力最高高出7.5℃，低溫阻力采暖結(jié)果與實際道路的采暖試驗結(jié)果非常貼近，出風口差異在5.1%范圍以內(nèi)。

5 結(jié)論

（1）不同道路條件下的滑行阻力結(jié)果存在差異，在低溫環(huán)境進行道路滑行試驗結(jié)果比常溫環(huán)境中結(jié)果大;

（2）不同道路阻力進行底盤測功機滑行時，道路阻力越大，底盤測功機設定阻力也相應大;

（3）不同底盤測功機內(nèi)阻條件下會導致空調(diào)采暖試驗結(jié)果的差異，且設置大阻力的底盤測功機內(nèi)阻有利于提高空調(diào)采暖實驗的溫升效果;

（4）臺架試驗室基于道路阻力設定的底盤測功機內(nèi)阻，采用黑河寒區(qū)低溫道路阻力進行空調(diào)采暖試驗模擬時，與現(xiàn)地實際道路采暖實驗結(jié)果更為接近，證明了試驗室模擬低溫采暖試驗采用低溫道路阻力的合理性。

參考文獻

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