客車(chē)尾翼對(duì)經(jīng)濟(jì)性能影響研究

陳為煜

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客車(chē)尾翼對(duì)經(jīng)濟(jì)性能影響研究

陳為煜

（廈門(mén)金龍聯(lián)合汽車(chē)工業(yè)有限公司，福建 廈門(mén) 361023）

研究一種客車(chē)尾翼對(duì)整車(chē)風(fēng)阻系數(shù)的影響，通過(guò)比較滑行阻力測(cè)量、經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證CAE仿真計(jì)算的正確性。

客車(chē)；尾翼；經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)；滑行阻力測(cè)量

前言

整車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)對(duì)汽車(chē)的重要性不言而喻。隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，用戶(hù)對(duì)車(chē)輛動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性要求越來(lái)越高，各國(guó)對(duì)碳排放標(biāo)準(zhǔn)和能耗的要求也日益嚴(yán)格［1］。提高整車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性可以降低車(chē)輛使用費(fèi)用，提高商用車(chē)輛的經(jīng)濟(jì)效益。從宏觀(guān)層面來(lái)講，車(chē)輛燃油經(jīng)濟(jì)性的提高可以減少?lài)?guó)家對(duì)進(jìn)口石油的依賴(lài)性，節(jié)省石油資源，減少車(chē)輛尾氣排放，減少對(duì)環(huán)境的污染。如何提高車(chē)輛燃油經(jīng)濟(jì)性能是汽車(chē)設(shè)計(jì)應(yīng)該關(guān)注的話(huà)題。

本文從改善某客車(chē)風(fēng)阻性能角度出發(fā)，提出一種改善整車(chē)風(fēng)阻的客車(chē)尾翼造型。對(duì)整車(chē)進(jìn)行外流場(chǎng)分析，分析對(duì)比整車(chē)阻力系數(shù)，并對(duì)實(shí)車(chē)進(jìn)行滑行和油耗對(duì)比試驗(yàn)以評(píng)價(jià)尾翼對(duì)經(jīng)濟(jì)性能影響。

1 整車(chē)外流場(chǎng)分析

對(duì)原車(chē)型建立外流場(chǎng)分析模型，包括車(chē)身外造型、后視鏡、空調(diào)罩、天窗和底盤(pán)所有較大、重要的部件模型。

圖1 尾翼造型照片

通過(guò)HyperMesh、CCM+對(duì)模型進(jìn)行幾何處理，形成封閉空間，建立一個(gè)長(zhǎng)方體的計(jì)算域。車(chē)前為3倍車(chē)長(zhǎng)，車(chē)后為4倍車(chē)長(zhǎng)，寬度為5倍車(chē)高。采用STAR-CCM+的切面體網(wǎng)格模型（Trimer）生成體網(wǎng)格。

計(jì)算參數(shù)設(shè)置，湍流模型：SST K-Omega 湍流模型來(lái)模擬客車(chē)車(chē)身表面及其周?chē)諝饬鲃?dòng)的情況。初始條件：在100km/h的速度下，空氣從前方流過(guò)客車(chē)外表面，湍流參數(shù)設(shè)置如表1；邊界條件：進(jìn)口為速度入口邊界，出口為壓力出口邊界，湍流參數(shù)設(shè)置如表1。壁面邊界：地面為無(wú)滑移和移動(dòng)壁面邊界條件，速度為100km/h，方向與入口來(lái)流速度方向相同，其他設(shè)為無(wú)滑移邊界條件。

圖2 某車(chē)型外流場(chǎng)分析幾何模型

表1 湍流參數(shù)設(shè)置

通過(guò)CAE仿真分析整車(chē)外流場(chǎng)整車(chē)阻力系數(shù)結(jié)果如表2所示。

表2 湍流參數(shù)設(shè)置

由表2可知，通過(guò)加裝尾翼造型，整車(chē)阻力參數(shù)相比原基礎(chǔ)車(chē)型減小了18.66%，后車(chē)尾翼造型對(duì)整車(chē)阻力參數(shù)改善效果明顯。

2 整車(chē)滑行試驗(yàn)驗(yàn)證

表3 某客車(chē)客車(chē)速行駛阻力測(cè)試結(jié)果

按照GB27840-2011規(guī)定的滑行試驗(yàn)方法，對(duì)整車(chē)兩種狀態(tài)進(jìn)行行駛阻力測(cè)定。試驗(yàn)過(guò)程中特別注意試驗(yàn)車(chē)對(duì)車(chē)輛按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的熱車(chē)方法進(jìn)行熱車(chē)，以減小試驗(yàn)誤差，得到更準(zhǔn)確的行駛阻力參數(shù)。

如圖2所示，在低速區(qū)間，樣車(chē)兩個(gè)狀態(tài)行駛阻力差異不大，在低速區(qū)間，汽車(chē)尾翼對(duì)整車(chē)行駛阻力改善不明顯。車(chē)速達(dá)到80km/h以后，兩個(gè)狀態(tài)的差異比較明顯。

式中CD為空氣阻力系數(shù)，ρ為空氣密度，A為迎風(fēng)面積，即汽車(chē)行駛方向的投影面積，Vr為相對(duì)速度，在無(wú)風(fēng)是即汽車(chē)的行駛速度［2］。在高速區(qū)間，汽車(chē)風(fēng)阻隨著汽車(chē)車(chē)速的增加增加明顯，汽車(chē)風(fēng)阻占比汽車(chē)行駛阻力的比重也不斷增加，由汽車(chē)尾翼引起的改善汽車(chē)風(fēng)阻的作用也較明顯。這與汽車(chē)?yán)碚撓辔呛?。改善汽?chē)行駛阻力的最終目的是為了提高汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性能，實(shí)際車(chē)輛的節(jié)油效果如何，還需要通過(guò)油耗試驗(yàn)來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證。

圖3 不同車(chē)輛狀態(tài)行駛阻力對(duì)比

3 整車(chē)經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)驗(yàn)證

整車(chē)經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)采用GBT 12545.2-2001《商用車(chē)燃料消耗量試驗(yàn)方法》規(guī)定的等速行駛?cè)剂舷牧吭囼?yàn)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)試驗(yàn)方法進(jìn)行了修正。原標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)路段為長(zhǎng)直線(xiàn)500米，實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)重復(fù)性較差。實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程將試驗(yàn)路段調(diào)整為高環(huán)環(huán)道，行駛距離為5300米。經(jīng)過(guò)大量經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該方法得到數(shù)據(jù)重復(fù)性較好。測(cè)量結(jié)果如表4。

表4 某客車(chē)經(jīng)濟(jì)性測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果

由表4試驗(yàn)結(jié)果可知在低速區(qū)間，兩個(gè)狀態(tài)經(jīng)濟(jì)性能相當(dāng)。在60-120km/h的速度區(qū)間，帶尾翼狀態(tài)車(chē)輛有一定節(jié)油效果。110km/h的節(jié)油效果最為明顯達(dá)6.99%。車(chē)速越高，尾翼造型的節(jié)油效果越明顯，這與滑行行駛阻力測(cè)試結(jié)果結(jié)論一致。JTT 1094-2016《營(yíng)運(yùn)客車(chē)安全技術(shù)條件》4.1.10規(guī)定最大設(shè)計(jì)車(chē)速大于100km/h的營(yíng)運(yùn)客車(chē)應(yīng)具有限速功能，且最大車(chē)速不得超過(guò)100km/h［3］。國(guó)內(nèi)營(yíng)運(yùn)車(chē)輛最大車(chē)速不能超過(guò)100km/h，車(chē)速超過(guò)100km/h的速度區(qū)間不具有現(xiàn)實(shí)意義。因此對(duì)于速度大于100km/h的節(jié)油效果不再作討論。

為評(píng)價(jià)車(chē)輛實(shí)際使用用的節(jié)油效果，按JTT711-2016《營(yíng)運(yùn)客車(chē)燃料消耗量限值及測(cè)量方法》5.5計(jì)算等速工況燃料消耗量。計(jì)算結(jié)果如表5所示，等速工況綜合節(jié)油效率為1.21%?？蛙?chē)尾翼造型對(duì)改善整車(chē)經(jīng)濟(jì)性能效果明顯。

表5 某客車(chē)等速工況燃料消耗量

4 結(jié)束語(yǔ)

中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心主辦的《2019年新能源汽車(chē)藍(lán)皮書(shū)編寫(xiě)啟動(dòng)會(huì)暨傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)與新能源汽車(chē)協(xié)同發(fā)展》確立了2021-2035年中國(guó)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)與新能源汽車(chē)協(xié)同發(fā)展的產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略?？梢灶A(yù)見(jiàn)至2035年內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)與新能源汽車(chē)將得到平等對(duì)待。不斷提高傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)型的燃油經(jīng)濟(jì)性具有重大意義。通過(guò)優(yōu)化整車(chē)造型，改善整車(chē)外流場(chǎng)分布，減小整車(chē)行駛的阻力值，從而提高整車(chē)經(jīng)濟(jì)性能是優(yōu)化整車(chē)經(jīng)濟(jì)性能的一個(gè)方向。

[1] 張風(fēng)利,唐麗君,侯曉光,楊靜,某汽車(chē)風(fēng)阻性能開(kāi)發(fā).中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集,2018.

[2] 余志生,汽車(chē)?yán)碚揫M].北京機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

[3] JTT 1094-2016.《營(yíng)運(yùn)客車(chē)安全技術(shù)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(yàn)工程師，就職于廈門(mén)金龍聯(lián)合汽車(chē)工業(yè)有公司，主要從事整車(chē)性能及可靠試驗(yàn)及整車(chē)性能分析。