基于底盘测功机的汽车风阻系数测试方法研究

惠周朋

摘 要：在多次行业内油耗限值研讨会议上 各主机厂提出了诸多优化燃油经济性的措施 其中优化汽车空气动力学性能是最重要的措施之一。风阻系数是计算汽车风阻的一个重要系数 也是评价整车空气动力学性能优劣的一个关键指标。目前 国内外测试车辆风阻系数的方法主要有两种：滑行法和风洞法。文章提出了一种基于底盘测功机的汽车风阻系数测试方法 阐述了底盘测功机在整车测试风阻系数研究上的应用 以解决目前风阻系数的测试方法数据精度不高、结果不可靠或成本巨大、周期漫长的弊端。通过实车测试 其试验结果表明该方法的可行性和有效性 为整车空气动力学性能优化仿真提供了有效的验证手段。

关键词：空气动力学;风阻系数;滑行法;风洞法;底盘测功机

中图分类号：U467  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）18-128-03

Abstract： In many seminars on fuel consumption limit in the industry， various main engine plants have put forward many measures to optimize fuel economy， among which the optimization of automobile aerodynamics performance is one of the most important measures. The wind drag coefficient is an important factor to calculate the automobile wind drag， and is also a key index to evaluate the aerodynamic performance of the whole vehicle. At present， there are two main methods to test the vehicle wind resistance coefficient at home and abroad： taxi method and wind tunnel method. Is proposed in this paper a kind of automobile wind resistance coefficient based on chassis dynamometer test method， this paper expounds the chassis dynamometer in the vehicle application on a study to test the wind resistance coefficient， in order to solve the current wind Ming coefficient test method of the data accuracy is not high， the result is not reliable or cost， the disadvantages of long cycle， through the real car test， the test results show that the feasibility and effectiveness of the method， performance of a vehicle air dynamics optimization simulation provides an effective means of validation.

Keywords： Aerodynamics; Wind drag coefficient; Sliding method; Wind tunnel method; Chassis dynamometer

CLC NO.： U467  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）18-128-03

1 引言

風阻是车辆行驶时来自空气的阻力 也是汽车行驶总阻力的重要组成部分。以某款轿车为例 在120km/h时风阻约占总阻力的72%。在多次行业内油耗限值研讨会议上 各主机厂提出了诸多降低燃油经济性的措施 其中优化汽车空气动力学性能是最重要的措施之一。

目前 国内外测试风阻系数的方法主要有两种：滑行法和风洞法。风洞法即是建造风洞试验室测试风阻系数 其优点是可以保证测试精度 然而建造风洞的费用很高 而且试验周期较长 导致需耗费大量人力和物力。滑行法即是通过专用的试验场地 模拟道路滑行工况 滑行结果使用最小二乘法进行拟合并计算风阻系数 然而该测试方法受环境温度、场地长度等限制 且这种滑行测试假定滚阻和传动系内阻是定值 这与实际工况不符 如果仅凭现有的滑行法测试 会导致试验数据表征不准确 精度不高。以某车型试验为例 结果见表1所示 其风阻系数误差高达11.6%。

2 测试原理

汽车滑行能力的好坏是通过滑行阻力大小来表征 一般通过道路滑行试验来测定汽车的滑行阻力。滑行阻力可分解为传动系内阻、轮胎滚动阻力、空气阻力、坡度阻力和加速阻力 其中传动系内阻、轮胎滚动阻力、空气阻力是在任何行驶条件下都存在的 坡度阻力和加速阻力仅在一定条件下存在 在水平道路上空挡滑行时就不存在坡度阻力和加速阻力 故滑行阻力由传动系内阻、轮胎滚动阻力、空气阻力三部分构成[1-3]。

3 测试方法

3.1 滑行阻力测试

首先开展道路滑行试验 滑行速度区间130km/h-5km/h 每间隔5km/h 记录滑行时间和车速 滑行往返次数不少于8次 根据公式（1）计算得到道路滑行阻力。

3.2 汽车车轮惯量测试

设置底盘测功机预加载阻力和模拟惯量 进行校核滑行 滑行速度区间130km/h-10km/h 每间隔10km/h 得出滑行平均减速度 根据公式（2）计算得到车轮惯量[4]。

3.3 底盘阻力测试

开展底盘测功机校核滑行试验 预加载同类车型加载阻力 转毂设置为前轮驱动 后轮随动。用车带滚筒的形式（模拟整车状态 保障变速箱油温与道路接近）进行加速 滑行速度区间为130km/h-10km/h 通过校核滑行得到校核滑行后的总阻力 减去预加载阻力 得到前轮底盘阻力。同理前轮静止 使用底盘测功机带后轮校核滑行得到后轮底盘阻力 根据公式（3）计算得到底盘总阻力。

3.4 风阻系数计算

滑行阻力减去底盘阻力得到风阻 根据公式（4）计算得到风阻系数。

4 试验分析及举例

以某公司生产的某款紧凑型前驱轿车为例 在同一台车辆上完成两种状态的风阻系数测试 其试验质量为整备质量加150kg 试验方法如第3节所述 以研究该车在两种状态下的空气动力学性能的优劣及测试方法的可行性。

4.1 滑行阻力

完成状态1（原车未做任何改动）和状态2（原车基础上封部分格栅、封发舱两侧底部、增加发动机下护板等）道路滑行试验 根据公式（1）得出车速和滑行阻力的对应关系 如下表2所示。

由表2可以看出 状态2在高速段滑行阻力略优于状态1。由图1可以看出 在滑行试验过程控制气象条件 选择合适道路 增加试验次数可以有效提高滑行试验的统计精度。

4.2 底盘阻力

在底盘测功机完成其底盘阻力测试 由于轮胎在地面上和转鼓上的摩擦介質不同 导致底盘阻力不同 因此使用低速道路滑行阻力来修正转毂上底盘阻力（5km/h以下近似认为风阻为0） 得出车速和底盘阻力的对应关系 两次平均统计精度可控制在1%以内 见表3所示。

4.3 风阻系数计算

计算风阻时使用的车速要求一般取值60-130km/h 低速时风阻比例较小 根据公式（4）计算得出风阻系数。

5 结论

本文提出了一种利用底盘测功机测试汽车风阻系数的方法 能够较为真实地反映车辆空气动力学性能 解决了现有滑行测试数据表征不准确、精度不高的问题 且成本远低于风洞 并与风洞试验结果有较高的一致性 可以通过该方法替代部分风洞试验 这样既能满足风阻系数测试任务需求 又能缩短产品的研发周期 其所带来的经济效益十分显著 还可以拓展适用在计算流体动力学分析、风阻调校等领域 对产品精细开发具有较强的借鉴及指导意义。

参考文献

[1] 余志生，汽车理论机械工业出版社，1990.

[2] 顾柏良，汽车工程手册试验篇，人民交通出版社，2000.

[3] GB 18352.6-2016，轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段） [S].2016.

[4] 葛胜迅，白俊超，姚强.汽车旋转部件当量质量测试方法[J].西华大学学报（自然科学版），2015，34（3）：41-45.