道路滑行阻力在整車開發(fā)中的應(yīng)用簡(jiǎn)述

劉中擁　劉耀華　楊亮　王郡烽

摘 要：在整車開發(fā)過程中道路阻力的優(yōu)化對(duì)單車及企業(yè)節(jié)能減排都有重要的意義。本文簡(jiǎn)述了道路滑行阻力的定義，組成部分，并詳述了道路滑行阻力的應(yīng)用場(chǎng)景和主要優(yōu)化方向。對(duì)整車項(xiàng)目開發(fā)中整車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、制動(dòng)性或排放性能的開發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：道路滑行系數(shù)；空氣阻力；滾動(dòng)阻力；機(jī)械阻力

1 引言

道路滑行阻力是通過滑行法計(jì)算所得的車輛道路載荷。在整車開發(fā)中道路滑行阻力主要用于對(duì)汽車燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性進(jìn)行仿真計(jì)算或利用汽車底盤測(cè)功機(jī)進(jìn)行汽車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、或排放污染物測(cè)試[1]。

2 道路滑行阻力的構(gòu)成及測(cè)試方法

2.1 道路滑行阻力的構(gòu)成

道路滑行阻力反映了整車在水平道路上勻速行駛過程中需要克服的阻力，包括空氣阻力，滾動(dòng)阻力和機(jī)械阻力。

空氣阻力：Fw=CD*A*u2a/21.5[2]

式中CD為空氣阻力系數(shù)，A為迎風(fēng)面積，ua為汽車行駛速度

滾動(dòng)阻力：Ff=G*f

式中G為整車行駛過程中所受重力，f為滾動(dòng)阻力系數(shù)。

道路滑行阻力：F=FW+Ff+Ft=CD*A*u2a/21.5+Gf+Ft

式中，F(xiàn)t為傳動(dòng)系機(jī)械阻力（此處傳動(dòng)系包括變速箱，傳動(dòng)軸，制動(dòng)卡鉗和軸承）

2.2 道路滑行阻力的測(cè)量方法

道路滑行法測(cè)量滑行阻力分為固定式風(fēng)速儀滑行法和車載風(fēng)速儀滑行法。目前大多數(shù)主機(jī)廠采用的是固定式風(fēng)速儀滑行法。試驗(yàn)過程主要是，車輛行駛至規(guī)定車速，變速箱置于空擋開始滑行，滑行過程中連續(xù)記錄滑行時(shí)間t和對(duì)應(yīng)車速V，通過記錄的數(shù)據(jù)計(jì)算出滑行過程中所受阻力。其原理為牛頓第二定律公式

F=ma=m（Δv/Δt）

計(jì)算完成后滑行阻力表達(dá)式為F=f2V2+f1V+F0。式中f2、f1、f0為道路載荷系數(shù)。試驗(yàn)車輛要求，測(cè)試頻次和數(shù)據(jù)處理等詳細(xì)規(guī)定請(qǐng)參考GB18352.6-2016《輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法》中附件CC的相關(guān)內(nèi)容。

3 道路滑行阻力在整車開發(fā)中的應(yīng)用場(chǎng)景

3.1 整車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性仿真

在使用AVL Cruise、Simulink等一維軟件進(jìn)行整車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的仿真時(shí)，以基準(zhǔn)道路滑行曲線為依據(jù)，通過整車重量、風(fēng)阻、滾阻等條件的變化，擬合新車型在不同工況下整車負(fù)載，進(jìn)而仿真新車型的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，為整車性能優(yōu)化提供理論依據(jù)。

3.2 底盤測(cè)功機(jī)加載

整車在轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)室內(nèi)的試驗(yàn)，均需要在轉(zhuǎn)鼓上加載阻力曲線，以模擬整車道路載荷。道路試驗(yàn)所測(cè)得的滑行阻力曲線是轉(zhuǎn)鼓使用滑行法擬合道路載荷不可或缺的關(guān)鍵參數(shù)，一般以目標(biāo)曲線的形式在轉(zhuǎn)鼓設(shè)備上進(jìn)行輸入。

3.3 標(biāo)定過程中坡道計(jì)算

在整車山路標(biāo)定過程中，道路滑行阻力還可用于估算坡度。

Fd=Fa+Fg+F

式中Fd為整車驅(qū)動(dòng)力，F(xiàn)a為整車加速阻力，F(xiàn)為道路滑行阻力，F(xiàn)g為坡道阻力且

Fg=Fd-Fa-F=mg*sinα。

因此式中坡道角度

α=arcsin[（Fd-Fa-F）/（mg）]

3.4 計(jì)算循環(huán)能量需求

此處循環(huán)能量需求指油耗或者排放試驗(yàn)整個(gè)測(cè)試循環(huán)中車輛需要的能量。它是整車族系中車輛H[3]和車輛L[3]確認(rèn)的重要理論依據(jù)，公式如下：

E=∑tendtstartEi

式中：

當(dāng)Fi>0時(shí)，Ei=Fi*di

當(dāng)Fi≤0時(shí)，Ei=0

tstar、tend—測(cè)試循環(huán)或各速度段起始、結(jié)束時(shí)間；

Ei—試驗(yàn)車輛從i-1時(shí)刻到i時(shí)刻的能量需求；

Fi—試驗(yàn)車輛從i-1時(shí)刻到i時(shí)刻的牽引力；

di—試驗(yàn)車輛從i-1時(shí)刻到i時(shí)刻的行駛距離；

Fi=F0+F1*（vi+vi-1）/2+f2*（vi+vi-1）2/4+（1.03*TM）*ai式中：

vi—試驗(yàn)車輛在ti時(shí)的目標(biāo)速度；

TM—測(cè)試質(zhì)量；

ai試驗(yàn)車輛從i-1時(shí)刻到i時(shí)刻的加速度；

f0，f1，f2—車輛道路滑行阻力系數(shù)

4 道路滑行阻力的優(yōu)化方向

4.1 空氣阻力優(yōu)化

空氣阻力是道路滑行阻力的重要組成部分。在高速情況下空氣阻力表現(xiàn)尤為明顯?？諝庾枇χ饕怯蓺饬髯矒糗囕v正面產(chǎn)生的阻力、空氣劃過車身的摩擦力和外形阻力組成。優(yōu)化空氣阻力需要從減小迎風(fēng)面積和風(fēng)阻系數(shù)兩個(gè)方向著手。風(fēng)阻系數(shù)的優(yōu)化，主要從優(yōu)化整車造型，車身流線，底部護(hù)板，尾部擾流板以及進(jìn)排氣位置等方面開展工作。下表為眾泰某車型在項(xiàng)目開發(fā)過程中數(shù)據(jù)階段CD優(yōu)化方案（見表1）。

4.2 滾動(dòng)阻力優(yōu)化

車輛滾動(dòng)時(shí)輪胎與路面接觸區(qū)域產(chǎn)生法向、切向的相互作用力。滾動(dòng)阻力的大小主要和整車的重量、輪胎滾阻系數(shù)，車輛車速和行車環(huán)境有關(guān)。輪胎滾動(dòng)阻力的優(yōu)化主要是通過改善輪胎的材料減小輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)。下表為眾泰某SUV車型不同滾阻下整車滑行阻力對(duì)比（見表2）。

4.3 機(jī)械阻力優(yōu)化

車輛的機(jī)械阻力主要由傳動(dòng)系統(tǒng)阻力和制動(dòng)系統(tǒng)阻滯力組成。機(jī)械阻力的優(yōu)化主要從提升變速箱效率，優(yōu)化傳動(dòng)軸布置角度，制動(dòng)卡鉗及軸承阻滯力方面著手。下表3說明了某車型制動(dòng)系統(tǒng)不同設(shè)計(jì)方案對(duì)整車滑行阻力的影響（見表3）。

參考文獻(xiàn)：

[1]王博文，侯勇平，周毅，沈春娟，乘用車滑行阻力與傳動(dòng)系阻力的研究，汽車科技2010年3月.

[2]余志生.汽車?yán)碚摰?版.機(jī)械工業(yè)出版社.

[3]GB18352.6-2016《輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法》.