道路阻力差異對(duì)試驗(yàn)室空調(diào)采暖影響研究

陳智穎　龍會(huì)游　嚴(yán)杰　黃憲波　袁正

摘 要：空調(diào)采暖性能試驗(yàn)，往往通過(guò)環(huán)境倉(cāng)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)或現(xiàn)地道路試驗(yàn)，為保持試驗(yàn)一致性，環(huán)境倉(cāng)中的環(huán)境一致性更好，但需要充分考慮現(xiàn)地實(shí)際情況，為了在試驗(yàn)室更精準(zhǔn)地模擬低溫條件下空調(diào)采暖試驗(yàn)，針對(duì)目前不同區(qū)域道路阻力來(lái)源對(duì)試驗(yàn)室模擬空調(diào)試驗(yàn)結(jié)果造成的影響進(jìn)行分析及研究，使用同一臺(tái)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(yàn)結(jié)果比較，發(fā)現(xiàn)低溫滑行阻力試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際道路試驗(yàn)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(yàn);發(fā)動(dòng)機(jī)水溫;出風(fēng)口溫度中圖分類號(hào)：U463.85+1 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：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(yàn)是汽車空調(diào)系統(tǒng)最重要的驗(yàn)證項(xiàng)目之一，而帶底盤測(cè)功機(jī)和環(huán)境倉(cāng)的臺(tái)架試驗(yàn)室是空調(diào)采暖性能驗(yàn)證最常見(jiàn)的設(shè)備，因?yàn)槠洳皇芡饨绛h(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(cāng)中驗(yàn)證車輛的低溫采暖性能。但是由于安全性等考慮，臺(tái)架低溫采暖試驗(yàn)使用的車輛道路阻力曲線基本是選擇在常溫環(huán)境下標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)場(chǎng)道路滑行得出的，并不是在實(shí)際的低溫環(huán)境道路滑行的數(shù)據(jù)，目前國(guó)內(nèi)大部分車企車輛滑行阻力主要在襄樊試驗(yàn)場(chǎng)、通用試驗(yàn)場(chǎng)等地點(diǎn)滑行得出的。這就可能導(dǎo)致低溫采暖試驗(yàn)過(guò)程中，在XXX標(biāo)準(zhǔn)中有低溫下采用1.1倍的阻力進(jìn)行轉(zhuǎn)鼓滑行，但其來(lái)源并未進(jìn)行公開(kāi)說(shuō)明，車輛受到的外界阻力與實(shí)際存在偏差，會(huì)導(dǎo)致扭矩偏低等等情況，進(jìn)而導(dǎo)致采暖試驗(yàn)結(jié)果從原理上可能與實(shí)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(yàn)時(shí)的受力情況

車輛正常行駛時(shí)，?道路阻力Froad一般包括輪胎阻力F輪胎、風(fēng)阻F風(fēng)阻、加速阻力F加速、傳動(dòng)系阻力F傳動(dòng)系、坡道阻力F坡道等，即：

道路阻力Froad=F加速+F風(fēng)阻+F傳動(dòng)系+F輪胎?+F坡道 ????????????（1）

實(shí)際進(jìn)行道路滑行試驗(yàn)時(shí)，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(shí)阻力包括輪胎阻力、風(fēng)阻及傳動(dòng)系阻力，即：

道路阻力Froad=F風(fēng)阻+F傳動(dòng)系+F輪胎 ???????????????????????????（2）

其中，傳動(dòng)系阻力來(lái)自齒輪、軸承的摩擦阻力及制動(dòng)拖滯阻力等，與底盤系統(tǒng)相關(guān);風(fēng)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(lái)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(yàn)場(chǎng)及黑河試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行道路滑行試驗(yàn)時(shí)，黑河寒區(qū)試驗(yàn)場(chǎng)現(xiàn)地采用冬季胎，而襄樊道路滑行時(shí)選用四季胎，冬季胎胎面較軟，當(dāng)氣溫低于10℃時(shí)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(shí)的輪胎受到的滾動(dòng)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(fù)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(yàn)場(chǎng)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(tái)車在黑河寒區(qū)試驗(yàn)場(chǎng)車輛輪胎阻力應(yīng)大于襄樊車輛輪胎阻力，道路滑行阻力結(jié)果也相應(yīng)比襄樊大（傳動(dòng)系阻力及風(fēng)阻與車輛自身相關(guān)，同一臺(tái)車影響忽略不計(jì)）。

2 不同道路阻力下底盤測(cè)功機(jī)阻力滑行差異分析

臺(tái)架試驗(yàn)室模擬道路空調(diào)采暖試驗(yàn)前，分別用黑河及襄樊道路滑行阻力結(jié)果進(jìn)行底盤測(cè)功機(jī)阻力滑行，底盤測(cè)功機(jī)設(shè)定阻力F=Froad-Fv。

式中F為轉(zhuǎn)鼓設(shè)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(gè)阻力用來(lái)補(bǔ)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(dòng)阻力;因采用同一臺(tái)車及同一底盤測(cè)功機(jī)，F(xiàn)v默認(rèn)為恒定值，因襄樊道路阻力比黑河現(xiàn)地道路阻力小，導(dǎo)致采用襄樊道路滑行阻力進(jìn)行底盤測(cè)功機(jī)阻力設(shè)定時(shí)比采用黑河寒區(qū)阻力的小。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證情況說(shuō)明

3.1 道路滑行阻力結(jié)果及分析

常溫道路滑行試驗(yàn)選取在襄樊東風(fēng)汽車試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)氣溫19-24 ℃;低溫道路滑行試驗(yàn)在黑河寒區(qū)試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)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(dá)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(cè)功機(jī)阻力設(shè)定結(jié)果

試驗(yàn)從最高基準(zhǔn)速度130 km/h開(kāi)始，到最低基準(zhǔn)速度20 km/h 結(jié)束，每個(gè)基準(zhǔn)速度穩(wěn)定10 s 后進(jìn)行連續(xù)6 s的輪邊力測(cè)量，測(cè)量頻率為10 Hz，測(cè)量期間車速保持恒定，記錄各基準(zhǔn)速度點(diǎn)底盤測(cè)功機(jī)測(cè)得的輪邊力fjD，將底盤測(cè)功機(jī)上測(cè)得的曲面輪邊力fjD修正到等效的平坦基準(zhǔn)路面上。

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

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

4 設(shè)定不同底盤測(cè)功機(jī)阻力下的采暖試驗(yàn)及差異分析

（1）試驗(yàn)實(shí)施：設(shè)置環(huán)境溫度為-20℃±1℃;太陽(yáng)輻射：無(wú);

（2）測(cè)量點(diǎn)傳感器布置，測(cè)點(diǎn)包含：環(huán)境溫度、車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)水溫、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、前后排出風(fēng)口溫度等;

（3）試驗(yàn)車輛預(yù)冷

試驗(yàn)車輛需12H以上的預(yù)冷（保證整車充分冷卻），如圖3所示，但如果發(fā)動(dòng)機(jī)水溫已達(dá)到與環(huán)境溫度相同溫度且保持30min以上，則車輛預(yù)冷可提前結(jié)束;

（4）試驗(yàn)車輛行駛模式和空調(diào)系統(tǒng)設(shè)定

行駛模式如圖4所示，工況：前3min進(jìn)行怠速熱機(jī)（模擬低溫真實(shí)用車習(xí)慣），后40min勻速（參考GB/T12782-91?道路汽車空調(diào)采暖試驗(yàn)）;空調(diào)設(shè)定：外循環(huán)、全熱、吹腳、鼓風(fēng)機(jī)最高檔;測(cè)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(yàn)與現(xiàn)地道路采暖試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

如圖6所示，臺(tái)架試驗(yàn)室選用不同道路阻力曲線進(jìn)行模擬采暖實(shí)驗(yàn)時(shí)，兩次模擬的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近一致。

臺(tái)架試驗(yàn)室采用不同道路阻力開(kāi)展的空調(diào)采暖試驗(yàn)對(duì)比，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩對(duì)比結(jié)果如圖6所示，黑河低溫道路阻力高導(dǎo)入至底盤測(cè)功機(jī)擬合后的滑行阻力相應(yīng)也高，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩也大（平均比襄樊常溫阻力的采暖試驗(yàn)扭矩大16.8%左右）。

發(fā)動(dòng)機(jī)水溫對(duì)比顯示：前三分鐘，怠速階段因不涉及阻力水溫及出風(fēng)口溫度上升趨勢(shì)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(dá)到8℃（如圖7所示），且寒區(qū)阻力水溫與黑河實(shí)際道路采暖水溫非常接近，誤差在2%以內(nèi)。

發(fā)動(dòng)機(jī)的水溫差異也直接導(dǎo)致了出風(fēng)口溫度差異（如圖8、表1所示），低溫阻力采暖試驗(yàn)出風(fēng)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(shí)際道路的采暖試驗(yàn)結(jié)果非常貼近，出風(fēng)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(jìn)行道路滑行試驗(yàn)結(jié)果比常溫環(huán)境中結(jié)果大;

（2）不同道路阻力進(jìn)行底盤測(cè)功機(jī)滑行時(shí)，道路阻力越大，底盤測(cè)功機(jī)設(shè)定阻力也相應(yīng)大;

（3）不同底盤測(cè)功機(jī)內(nèi)阻條件下會(huì)導(dǎo)致空調(diào)采暖試驗(yàn)結(jié)果的差異，且設(shè)置大阻力的底盤測(cè)功機(jī)內(nèi)阻有利于提高空調(diào)采暖實(shí)驗(yàn)的溫升效果;

（4）臺(tái)架試驗(yàn)室基于道路阻力設(shè)定的底盤測(cè)功機(jī)內(nèi)阻，采用黑河寒區(qū)低溫道路阻力進(jìn)行空調(diào)采暖試驗(yàn)?zāi)M時(shí)，與現(xiàn)地實(shí)際道路采暖實(shí)驗(yàn)結(jié)果更為接近，證明了試驗(yàn)室模擬低溫采暖試驗(yàn)采用低溫道路阻力的合理性。

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