汽車(chē)改型對(duì)行駛阻力影響分析

呂吉徹，金 平

（一汽轎車(chē)股份有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130000）

現(xiàn)在汽車(chē)已經(jīng)成為人們生活中的重要交通工具，隨著汽車(chē)數(shù)量的不斷增加［1］，人們對(duì)汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性要求也不斷提高。對(duì)汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性或污染物排放進(jìn)行仿真計(jì)算或運(yùn)用底盤(pán)測(cè)功機(jī)進(jìn)行測(cè)試均要確定汽車(chē)的行駛阻力［2］。因此，行駛阻力的測(cè)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(chē)在道路上的行駛阻力對(duì)能耗排放等性能的研究具有重要意義。本文通過(guò)對(duì)試驗(yàn)車(chē)輛不加裝任何零件、加裝底護(hù)板、加裝擾流板3種狀態(tài)分別進(jìn)行行駛阻力測(cè)試。通過(guò)行駛阻力試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，分別得出3種狀態(tài)下的汽車(chē)行駛阻力，通過(guò)比較判別各影響因子對(duì)汽車(chē)行駛阻力的影響大?。?-6］，從而為提高汽車(chē)的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性提供合適的方法。

1 汽車(chē)道路行駛阻力的求解過(guò)程

先通過(guò)計(jì)算汽車(chē)滑行功率，然后再計(jì)算汽車(chē)的滑行阻力［7-8］。

1.1 計(jì)算功率

式中：P——功率，kW；U——試驗(yàn)車(chē)速，m/s；ΔU——速度偏差，5 m/s；M——基準(zhǔn)質(zhì)量，kg；T——時(shí)間，s。

1.2 校正功率

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

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

式中：M——車(chē)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(jì)算汽車(chē)的滑行阻力

式中：F——汽車(chē)的滑行阻力，N。

2 試驗(yàn)條件

1） 氣象條件 試驗(yàn)應(yīng)在大氣溫度為0～40℃時(shí)進(jìn)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(duì)濕度不大于95%。

2） 實(shí)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?yàn)r青（或相類(lèi)似）路面，其縱向坡度不應(yīng)大于0.1%。

4）試驗(yàn)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(guò)利用固定基線RTK裝備中的2個(gè)GPS發(fā)動(dòng)機(jī)配置，能以100 Hz信號(hào)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(cè)量精度和測(cè)試一致性［9］。

圖1 VBOX3i雙天線

采集數(shù)據(jù)后，通過(guò)對(duì)GPS載波信號(hào)進(jìn)行多普勒頻移轉(zhuǎn)換計(jì)算，然后將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在Type I閃存卡中。數(shù)據(jù)以標(biāo)準(zhǔn)的電腦文件格式通過(guò)閃存讀卡器連接電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，原理如圖2所示。

3 試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算分析

本公司某試驗(yàn)車(chē)型的總質(zhì)量為1 484 kg，4×2 前輪驅(qū)動(dòng)，輪胎型號(hào)為205/55 R16 91V 。按照GB/T 12534—1990《汽車(chē)道路試驗(yàn)方法通則》和GB 18352.5—2013《輕型汽車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第五階段）》規(guī)定，在中汽中心鹽城汽車(chē)試驗(yàn)場(chǎng)長(zhǎng)直線性能路進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣。試驗(yàn)分為高速試驗(yàn)125～70 km/h 和低速試驗(yàn)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(duì)汽車(chē)進(jìn)行3種狀態(tài)的試驗(yàn)，試驗(yàn)完成后按照計(jì)算公式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。第1種是汽車(chē)不加裝任何附屬設(shè)備，如圖3所示。第2種是汽車(chē)加裝底護(hù)板，如圖4所示。第3種是汽車(chē)加裝擾流板，如圖5所示。

圖3 整車(chē)行駛阻力曲線

圖4 整車(chē)安裝底護(hù)板行駛阻力曲線

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

圖5 整車(chē)安裝擾流板行駛阻力曲線

圖6 整車(chē)和安裝底護(hù)板行駛阻力曲線

圖7 整車(chē)和安裝擾流板行駛阻力曲線

圖8 整車(chē)安裝擾流板和底護(hù)板行駛阻力曲線

可以看出，加裝底護(hù)板和擾流板后汽車(chē)行駛阻力都小于不加裝任何設(shè)備，其中加裝底護(hù)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(chē)輛行駛阻力，提高車(chē)輛的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，加裝底護(hù)板是一個(gè)比較好的措施。

4 結(jié)論

本方法的理論推導(dǎo)過(guò)程嚴(yán)密，選擇的試驗(yàn)條件高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)處理方法符合要求。數(shù)據(jù)處理后得到的汽車(chē)行駛阻力試驗(yàn)結(jié)果的可信度和精度比較高。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的處理、分析，得到了安裝不同零件后的汽車(chē)行駛阻力，為以后判別汽車(chē)改型和設(shè)計(jì)變更后對(duì)汽車(chē)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(cè)定汽車(chē)滑行阻力系數(shù)的方法［J］. 汽車(chē)工程，2002，24（4）：364-366.

［2］ 余志生.汽車(chē)?yán)碚摚跰］.北京：機(jī)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(yán)朝勇，譚擁軍，劉越琪.基于底盤(pán)測(cè)功機(jī)的汽車(chē)油耗研究［J］.交通運(yùn)輸研究，2009（4）：65-68.

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

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

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

［8］ GB/T 12534—1990，汽車(chē)道路試驗(yàn)方法通則［S］.

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