整車滑行阻力分解方法研究

顏 溯，黃 炯，高少俊

整車滑行阻力分解方法研究

顏 溯，黃 炯，高少俊

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330001）

文章通過道路滑行、轉(zhuǎn)鼓試驗和臺架試驗相結(jié)合的方法對整車滑行阻力進行分解，將傳動系統(tǒng)內(nèi)阻從滑行阻力分離了出來，并進一步分解出了卡鉗拖滯力、變速箱+傳動軸阻力矩、驅(qū)動橋+軸承阻力等子系統(tǒng)內(nèi)阻，為內(nèi)阻優(yōu)化提供了驗證方法和數(shù)據(jù)支持。研究結(jié)果表明，整車內(nèi)阻約占整車滑行阻力的20%～30%，傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)越復(fù)雜或傳動鏈越長占比越大；傳動系統(tǒng)內(nèi)阻隨著車速增加而增加；零部件個體的內(nèi)阻散差較大，如何控制好零部件的一致性也是改善內(nèi)阻的關(guān)鍵。

滑行阻力；整車內(nèi)阻分解；卡鉗拖滯力

整車滑行阻力直接影響到動力性經(jīng)濟性狀態(tài)[1]，如何獲取到比較準確的滑行阻力及其構(gòu)成子項的數(shù)據(jù)對于項目進行前期動力性經(jīng)濟性仿真分析及優(yōu)化方案選擇至關(guān)重要[2]。通過道路滑行試驗可以獲取整車滑行阻力曲線[3]，但如何從滑行阻力中分離出風(fēng)阻、滾阻及各系統(tǒng)內(nèi)阻目前還沒有一套標準的試驗方法，單獨進行風(fēng)阻、滾阻、傳動效率等單項試驗的成本和周期投入都比較大，本文通過轉(zhuǎn)鼓臺架和四驅(qū)電機臺架[4]相結(jié)合的方式對滑行阻力進行了系統(tǒng)化分解研究工作，并對卡鉗拖滯力進行了細化研究，為整車滑行分解提供了行之有效的分析方法。

1 滑行阻力分解測試方法

1.1 滑行阻力構(gòu)成

整車滑行阻力可以通過車輛在平直道路上進行滑行試驗獲得[5]，滑行阻力主要包括滾動阻力、風(fēng)阻和整車內(nèi)阻三部分。

滾動阻力f是由于汽車輪胎變形而產(chǎn)生一種阻礙車型行駛的力，它與輪胎的法向載荷和輪胎滾阻系數(shù)有關(guān)，滿足式（1）：

f（1）

風(fēng)阻w為空氣阻力，是空氣作用力在行駛方向上的分力[6]。在無風(fēng)條件下，風(fēng)阻與行駛車速、迎風(fēng)面積和風(fēng)阻系數(shù)D有以下關(guān)系：

整車內(nèi)阻主要來自傳動系統(tǒng)的效率損失和制動卡鉗拖滯力，其中傳動系統(tǒng)的損失與變速箱、傳動軸、軸承、主減速器、半軸等系統(tǒng)和零部件均有關(guān)，因此，整車內(nèi)阻分解是進行滑行阻力分解的重點與難點，本文通過臺架試驗對內(nèi)阻分解進行了重點研究。

1.2 滑行分解測試方法

滑行阻力分解主要通過道路滑行試驗、轉(zhuǎn)鼓滑行試驗和四驅(qū)電機臺架試驗相結(jié)合的方式實現(xiàn)，試驗過程如下：

1）通過道路滑行獲得滑行阻力；

2）通過轉(zhuǎn)鼓滑行得到轉(zhuǎn)鼓滑行阻力；

3）通過四驅(qū)電機臺架整車掛空擋測量；

4）驅(qū)動軸端扭矩，獲得傳動系統(tǒng)阻力；

5）拆掉驅(qū)動軸卡鉗，在四驅(qū)電機臺架上測量驅(qū)動軸端扭矩；

6）拆掉傳動軸，在四驅(qū)電機臺架上測量驅(qū)動軸端扭矩；

7）在四驅(qū)電機臺架上測量非驅(qū)動軸端扭矩；

8）拆除非驅(qū)動軸卡鉗，測量非驅(qū)動軸端扭矩。

通過1）、2）試驗結(jié)果的差值可以得到風(fēng)阻和部分滾阻，通過2）、3）的差值可以得到驅(qū)動輪在轉(zhuǎn)鼓上的滾動阻力，同樣的方法可以得到傳動軸+變速箱的阻力、卡鉗拖滯力等，具體分解測試數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 阻力分解測試方法框架圖

根據(jù)以上分解測試方法整車內(nèi)阻大部分子系統(tǒng)都可以分離出來，但滾阻和風(fēng)阻還無法完全分離出來，要得到比較準確的風(fēng)阻可以進一步進行風(fēng)洞試驗，如果對于精確度要求不高的情況下可以采用理論參數(shù)參照式（1）分離出風(fēng)阻，再結(jié)合風(fēng)阻+滾阻的實測值得到滾阻并驗證數(shù)據(jù)合理性。

2 試驗方案

風(fēng)阻、滾阻及內(nèi)阻與測試的車型、傳動系統(tǒng)架構(gòu)、整車重量、零部件工藝水平等因素有關(guān)，通過對不同車型和傳動系統(tǒng)架構(gòu)的阻力分解測試可以分析與阻力的相關(guān)性，本研究試驗車型的配置信息如表1所示。

表1 阻力分解測試車輛信息

編號車型描述變速箱是否帶驅(qū)動橋驅(qū)動位置 車輛一輕客車型1MT是后驅(qū) 車輛二輕客車型2MT是后驅(qū) 車輛三SUV車型1DCT否前驅(qū) 車輛四SUV車型2DCT否前驅(qū) 車輛五皮卡車型1MT是后驅(qū) 車輛六皮卡車型2MT是后驅(qū)

輕客、運動型多用途汽車（Sport Utility Vehicle, SUV）和皮卡的阻力測試結(jié)果可以分析車型的差異，手動變速器（Manual Transmission, MT）和雙離合變速箱（Dual Clutch Transmission, DCT）的對比可以分析變速箱的差異，帶驅(qū)動橋和不帶驅(qū)動橋可對比驅(qū)動橋?qū)?nèi)阻的影響。

3 試驗結(jié)果分析

滾動阻力和風(fēng)阻占了整個滑行阻力的大部分，約占總滑行阻力的70%～80%，圖2—圖5為各測試車輛的滑行阻力分解占比情況，其中內(nèi)阻各部分占比中驅(qū)動橋+制動盤+軸承的占比最大，輕客車型約占內(nèi)阻的50%，SUV和皮卡車型約占內(nèi)阻的65%～75%。不同車輛卡鉗拖滯力的影響差異很大，說明卡鉗拖滯力一致性比較難控制，并且與車輛行駛的里程，制動蹄片磨損的情況等均有關(guān)，后面也對卡鉗拖滯力單獨進行了詳細的研究。

道路滑行阻力曲線對比如圖5所示，滑行阻力排序為輕客＞皮卡＞SUV，與車輛重量和風(fēng)阻關(guān)系較大。

圖2 輕客車型滑行阻力分解情況

圖3 SUV車型滑行阻力分解情況

圖4 皮卡車型滑行阻力分解情況

圖5 各車輛道路滑行阻力曲線對比

風(fēng)阻主要與造型和迎風(fēng)面積有關(guān)，滾阻則與輪胎滾阻系數(shù)、路面附著系數(shù)、車重等因素有關(guān)，這兩部分阻力影響因素比較明確、優(yōu)化方向清晰，各整車廠的研究也比較成熟。而隨著對油耗及能耗的要求越來越高，對于占比較小且影響因素較多的內(nèi)阻分析也日趨重要，圖6—圖10是在四驅(qū)電機臺架上測試的不同車輛內(nèi)阻及分解結(jié)果。

圖6 動力傳動系統(tǒng)總阻力矩對比

圖7 變速箱+傳動軸阻力矩對比

圖8 驅(qū)動橋+制動盤+軸承阻力矩

圖9 前卡鉗拖滯力矩對比

圖10 后卡鉗拖滯力矩對比

從測試結(jié)果來看，整車內(nèi)阻隨著車速的增加逐漸增大，子系統(tǒng)阻力除了卡鉗拖滯力以外均有隨著車速增加而增大的趨勢，這種趨勢與對應(yīng)的轉(zhuǎn)動慣量增大的趨勢基本吻合。

從各車型的整車內(nèi)阻來看，輕客車型由于自重較大慣量也較大，同時傳動軸和后橋的傳動鏈更長，其內(nèi)阻大于皮卡及SUV車型。

對比驅(qū)動橋、軸承和制動盤的力矩情況，帶驅(qū)動橋的內(nèi)阻會明顯大于不帶驅(qū)動橋的。另外，雖然皮卡和SUV在驅(qū)動橋+軸承+制動盤的阻力相對于總內(nèi)阻的占比明顯高于輕客車輛，但其絕對值明顯更小，因此，內(nèi)阻分析及優(yōu)化除了關(guān)注占比情況之外，還需結(jié)合阻力絕對值評估優(yōu)化空間。

卡鉗拖滯力基本是一個不隨車速變化的定值，其絕對值較小，因此，其數(shù)據(jù)的偏差波動也會引起相當(dāng)變化較大的波動，本文也針對卡鉗拖滯力的一致性情況進行多樣本的測試，具體情況如下。

4 卡鉗拖滯力一致性驗證

單軸卡鉗拖滯力在整車內(nèi)阻中占約5%～8%，整車四個卡鉗總的拖滯力在內(nèi)阻中占比約10%～15%，雖然這個占比不大，但在其他子系統(tǒng)阻力優(yōu)化潛力挖掘到底的情況下優(yōu)化卡鉗拖滯力也是很好的方向。為了分析卡鉗拖滯力的一致性情況，選取了某乘用車匹配的卡鉗25套在零部件臺架上分別進行了卡鉗拖滯力矩測試，測試結(jié)果如圖11所示。

圖11 卡鉗拖滯力一致性驗證結(jié)果

同一批卡鉗其拖滯力矩測試結(jié)果波動在1 Nm左右，力矩雖然不大，但相對于本身就不大的拖滯力矩來看變化比例還是很大的，如果每個卡鉗有1 Nm的差異，整車就有4 Nm的差異，折算到輪端阻力約有12 N的影響，按10 N的內(nèi)阻影響油耗約0.1 L/100 km來評估有約0.12 L/100 km的油耗差異，因此，如果控制好卡鉗拖滯力往下偏差的一致性也能改善整車油耗。對于一些基礎(chǔ)拖滯力本身比較的車型來說，優(yōu)化卡鉗拖滯力的空間還是比較大的，一臺車四套卡鉗總拖滯力能帶來的油耗可改善空間也不小，是能耗優(yōu)化的一個重要途徑。

5 結(jié)束語

通過道路滑行、整車轉(zhuǎn)鼓臺架及四驅(qū)臺架相結(jié)合的方法可以有效分解整車滑行阻力?；凶枇χ袧L阻和風(fēng)阻占主要部分，國內(nèi)各整車廠對這部分阻力的優(yōu)化也做了大量的研究，本文著重于整車內(nèi)阻的細化分解研究，主要結(jié)論如下：

1）傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、傳動鏈越長內(nèi)阻越大，如帶驅(qū)動橋的車輛普遍比不帶驅(qū)動橋的車輛內(nèi)阻大；

2）整車內(nèi)阻并非一個定值，會隨著車速的增加逐漸增大；

3）卡鉗拖滯力約占整車內(nèi)阻的10%～15%，卡鉗拖滯力優(yōu)化及一致性水平的控制可以帶來整車油耗的改善。

[1] 王博文,侯永平,周毅,等.乘用車滑行阻力與傳動系阻力的研究[J].汽車科技,2010(2):24-28.

[2] 劉中擁,劉耀華,楊亮,等.道路滑行阻力在整車開發(fā)中的應(yīng)用簡述[J].時代汽車,2019(3):6-7.

[3] 楊龍,羅文旭,王冠,等.道路滑行阻力測量及用滑行法進行轉(zhuǎn)鼓模擬[J].工程與試驗,2015,55(4):60-63.

[4] 張維,石昊天,張賀林,等.基于四驅(qū)動力總成臺架的整車傳動系阻力分解測試分析[J].時代汽車,2020(3): 6-7.

[5] 熊福明,崔川揚,黃俊.純電動汽車道路滑行阻力試驗影響因素淺析[J].汽車實用技術(shù),2020,45(24):8-12,15.

[6] 何衛(wèi),覃蘭珺,林歡.整車滑行阻力理論計算方法[J].汽車實用技術(shù),2021,46(1):185-187,191.

Research on Decomposition Method of Vehicle Sliding Resistance

YAN Su, HUANG Jiong, GAO Shaojun

( Jiangling Motor Company Limited, Nanchang 330001, China )

This paper decomposes the vehicle sliding resistance through the combination of road sliding test, drum test and bench test,separates the internal resistance of the transmission system from the sliding resistance,and further decomposes the internal resistance of subsystems such as caliper drag force, gearbox+transmission shaft resistance torque, drive axle+bearing resistance torque,which provides verification method and data support for internal resistance optimization.The results show that, the internal resistance accounts for about 20%～30% of the sliding resistance. The more complex the transmission system structure or the longer the transmission chain, the greater the proportion of internal resistance; The internal resistance of transmission system increases with the increase of vehicle speed; The internal resistance dispersion of individual parts is large. How to control the consistency of parts is also the key to improve the internal resistance.

Sliding resistance;Resistance decomposition; Caliper drag force

U462.2

A

1671-7988(2023)10-163-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.010.033

顏溯（1986—），男，碩士，工程師，研究方向為整車能量管理開發(fā)，E-mail:syan1@jmc.com.cn。