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風(fēng)洞法測(cè)量汽車道路行駛阻力

2020-03-07 00:57:48·  來(lái)源：中汽中心空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室  
　
汽車道路行駛阻力測(cè)定的傳統(tǒng)方法為道路滑行法，由于其在室外進(jìn)行，受制于外界環(huán)境（天氣、溫度等因素），較難獲得比較理想的試驗(yàn)結(jié)果。GB18352.62016《輕型汽車
汽車道路行駛阻力測(cè)定的傳統(tǒng)方法為道路滑行法，由于其在室外進(jìn)行，受制于外界環(huán)境（天氣、溫度等因素），較難獲得比較理想的試驗(yàn)結(jié)果。
 
GB18352.6——2016《輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法》（中國(guó)第六階段），簡(jiǎn)稱國(guó)六，引用了《Global technical regulation on Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedures》（WLTP）中一種新的汽車行駛阻力測(cè)量方法——風(fēng)洞法。風(fēng)洞法是將風(fēng)洞與底盤測(cè)功機(jī)或平帶式測(cè)功機(jī)相結(jié)合確定汽車道路行駛阻力的測(cè)量方法，其中行駛阻力中的空氣阻力由風(fēng)洞天平測(cè)得，滾動(dòng)阻力由底盤測(cè)功機(jī)或平帶式測(cè)功機(jī)測(cè)得。


相比于滑行法，風(fēng)洞法的測(cè)試完全在試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，擺脫了外界環(huán)境的束縛，試驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性好，試驗(yàn)效率高。
 
我們選取兩款汽車作為測(cè)試對(duì)象，依據(jù)國(guó)六中規(guī)定的行駛阻力測(cè)量規(guī)程，分別進(jìn)行了風(fēng)洞法和道路滑行法的行駛阻力測(cè)量試驗(yàn)，對(duì)這兩種方法及試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了研究。
 
1、試驗(yàn)方法與數(shù)據(jù)處理
 
滑行法
 
道路滑行試驗(yàn)在國(guó)內(nèi)某試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行，測(cè)得的行駛阻力曲線修正到基準(zhǔn)狀態(tài)。（試驗(yàn)溫度：17.31℃，大氣壓：100.97kpa）


滑行阻力曲線基準(zhǔn)狀態(tài)修正前后對(duì)比
 
風(fēng)洞法
 

空氣阻力FAj測(cè)量
  • 空氣阻力測(cè)量是在一座全尺寸汽車風(fēng)洞內(nèi)完成的，風(fēng)洞的流場(chǎng)指標(biāo)滿足國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)中的要求。
  • 將試驗(yàn)車輛固定在測(cè)力天平上，調(diào)整輪眉高度，確保該參數(shù)與滑行法測(cè)量時(shí)一致。
  • 試驗(yàn)測(cè)量了每一基準(zhǔn)速度V j 下的C Dj *A f 值，并分別基于每一基準(zhǔn)速度V j 下的C Dj *A f 值和基于基準(zhǔn)速度為130km/h時(shí)的C D130 *A f 值計(jì)算得到汽車的行駛阻力，進(jìn)行了比較。發(fā)現(xiàn)基于二者算得的行駛阻力差異極小，具體結(jié)果下面將分析。

滾動(dòng)阻力FDj測(cè)量
  • 將車輛裝載至測(cè)試質(zhì)量，保證輪眉高度與滑行法保持一致。按照規(guī)范要求將車輛固定在底盤測(cè)功機(jī)上，車輛垂直方向不應(yīng)增加額外的約束力。
  • 將底盤測(cè)功機(jī)的等效慣量設(shè)置成車輛的測(cè)試質(zhì)量，將確定的空氣阻力項(xiàng)系數(shù) c d 輸入到底盤測(cè)功機(jī)。
  • 底盤測(cè)功機(jī)對(duì)滾動(dòng)阻力的測(cè)量有兩種方法——等速法和減速法。我們也對(duì)這兩種方法進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。

等速法：穩(wěn)定車速下的測(cè)量，即當(dāng)車速穩(wěn)定在每一基準(zhǔn)速度時(shí)，底盤測(cè)功機(jī)對(duì)該基準(zhǔn)速度下的滾動(dòng)阻力F jDyno 進(jìn)行直接測(cè)量，從前一基準(zhǔn)速度應(yīng)平滑過渡到下一基準(zhǔn)速度點(diǎn)，每一基準(zhǔn)速度穩(wěn)定時(shí)間為4~10s。測(cè)試工況130km/h，120km/h......20km/h 。
 
減速法：減速下的測(cè)量，即試驗(yàn)車輛在底盤測(cè)功機(jī)上進(jìn)行減速滑行。車輛預(yù)熱后，將車速提高到比最高基準(zhǔn)速度至少高10km/h（即140km/h），開始滑行。若連續(xù)兩次滑行試驗(yàn)測(cè)得的力的偏差都在+/-10N內(nèi)，則試驗(yàn)結(jié)束。按照下式計(jì)算每個(gè)基準(zhǔn)速度點(diǎn)Vj的滾動(dòng)阻力fjDyno：
FjDecel是在底盤測(cè)功機(jī)上滑行時(shí)速度Vj下的行駛阻力。

 
cd是輸入底盤測(cè)功機(jī)的空氣阻力項(xiàng)系數(shù)。
  • 將得到的滾動(dòng)阻力數(shù)據(jù)進(jìn)行滾筒曲面修正，并修正至基準(zhǔn)狀態(tài)。試驗(yàn)溫度：20℃，大氣壓力：101.1kPa。
等速法所測(cè)滾動(dòng)阻力FD
減速法所測(cè)滾動(dòng)阻力FD

2、結(jié)果與分析
 
不同基準(zhǔn)速度下的CDj*Af值對(duì)行駛阻力的影響
 
為驗(yàn)證不同基準(zhǔn)速度下的CDj*Af值對(duì)行駛阻力的影響，我們對(duì)每一基準(zhǔn)速度Vj下的CDj*Af值進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如下：
 
將每一基準(zhǔn)速度下CD*A值計(jì)算得到的行駛阻力與基準(zhǔn)速度為130km/h的CD130*Af值計(jì)算得到的行駛阻力進(jìn)行對(duì)比。A車的相對(duì)偏差在0.586%（2.6N）以內(nèi)，B車的相對(duì)偏差在0.6%（1.8N）以內(nèi)，偏差極小，其對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響基本可以忽略。


從試驗(yàn)時(shí)間和成本的角度考慮，在汽車無(wú)隨車速而改變的空氣動(dòng)力學(xué)套件的前提下，可選擇只對(duì)某一基準(zhǔn)速度下的CD*A值進(jìn)行測(cè)量?；鶞?zhǔn)速度的選擇建議在高速段，因低速段（20km/h~60km/h）風(fēng)洞流場(chǎng)的穩(wěn)定性下降，汽車的空氣阻力數(shù)值過小，導(dǎo)致CD*A波動(dòng)較大?；诒敬蔚脑囼?yàn)數(shù)據(jù)，建議在60km/h~130km/h范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。
 
風(fēng)洞法與滑行法所測(cè)得的行駛阻力對(duì)比
 
A車與B車的風(fēng)洞法與滑行法所測(cè)行駛阻力曲線趨勢(shì)一致，隨著速度的增加，風(fēng)洞法與滑行法所測(cè)行駛阻力的差值有所增大。


風(fēng)洞法中，等速法與減速法相比，等速法測(cè)得的行駛阻力更接近滑行。


循環(huán)能量
 
循環(huán)能量E指在整個(gè)測(cè)試循環(huán)中車輛所需要的能量，與車輛的行駛阻力、行駛距離有關(guān)。
 
依據(jù)國(guó)六的規(guī)定，風(fēng)洞法與滑行法之間的循環(huán)能量差在+/-5%以內(nèi)，才能證明所使用設(shè)備或者設(shè)備組合的測(cè)量結(jié)果有效。循環(huán)能量差 的計(jì)算公式 ：
  車輛在WLTC測(cè)試循環(huán)下，風(fēng)洞法與滑行法的循環(huán)能量差，百分比。
Ek,WTM車輛k基于風(fēng)洞法獲得的，基于WLTC循環(huán)的道路循環(huán)能量，J;
Ek,coastdown車輛k基于滑行法獲得的，基于WLTC循環(huán)的道路循環(huán)能量，J。
基于WLTC測(cè)試循環(huán)對(duì)循環(huán)能量差進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果表明本次測(cè)試設(shè)備及這種設(shè)備組合所測(cè)出的結(jié)果是有效的。


3、結(jié)論與建議
  • 不同車速下的CD*A值差異很小，對(duì)行駛阻力的影響也極小。本次試驗(yàn)中，綜合兩輛車的結(jié)果，相對(duì)偏差在0.6%以內(nèi)。從節(jié)省試驗(yàn)時(shí)間和成本的角度考慮，在汽車無(wú)隨車速變化而改變的空氣動(dòng)力學(xué)套件的前提下，可選擇只測(cè)量某一基準(zhǔn)速度下的CD*A值?；诒敬卧囼?yàn)，建議選擇的速度范圍是60km/h~130km/h。
  • 綜合A、B兩輛試驗(yàn)車輛的測(cè)試結(jié)果，基于風(fēng)洞法所測(cè)得的行駛阻力曲線與基于滑行法所測(cè)得的行駛阻力曲線，二者趨勢(shì)一致，數(shù)值上十分接近，風(fēng)洞法相對(duì)于滑行法的測(cè)量偏差在4%以內(nèi)（平均15N以內(nèi)），循環(huán)能量差在+/-5%以內(nèi)。
  • 在本次試驗(yàn)中，風(fēng)洞法中的等速法與減速法相比，等速法的測(cè)試結(jié)果更接近于滑行法。
  • 等速法測(cè)滾動(dòng)阻力，數(shù)據(jù)采集時(shí)需等待車速、測(cè)力值進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后再開始采集，否則會(huì)引起較大結(jié)果偏差，因底盤測(cè)功機(jī)所測(cè)得行駛阻力在穩(wěn)定前會(huì)有比較大的波動(dòng)。
  • 進(jìn)行風(fēng)洞法與滑行法的對(duì)比試驗(yàn)時(shí)，確保車身姿態(tài)一致非常重要，因?yàn)檐嚿碜藨B(tài)對(duì)汽車的行駛阻力有著直接且顯著的影響。建議后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)給出車輛載荷分布的統(tǒng)一要求。

風(fēng)洞法測(cè)量可采用文中所介紹，分別使用風(fēng)洞天平及底盤測(cè)功機(jī)，也可以“使用集成了兩者功能的設(shè)備”（WLTP）。中汽中心氣動(dòng)聲學(xué)風(fēng)洞中配備的高精度六分力天平及地面模擬系統(tǒng)，不僅能夠精確測(cè)量氣動(dòng)力，同時(shí)具備測(cè)量汽車滾動(dòng)阻力的功能，是“集成了兩者功能的設(shè)備”。可進(jìn)行一站式的風(fēng)洞法行駛阻力測(cè)定試驗(yàn)，無(wú)需再單獨(dú)將車輛置于底盤測(cè)功機(jī)上測(cè)量，極大地提高了試驗(yàn)效率。
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