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風洞法測量汽車道路行駛阻力

2020-03-07 00:57:48·  來源：中汽中心空氣動力學實驗室  
　
汽車道路行駛阻力測定的傳統(tǒng)方法為道路滑行法，由于其在室外進行，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結(jié)果。GB18352.62016《輕型汽車
汽車道路行駛阻力測定的傳統(tǒng)方法為道路滑行法，由于其在室外進行，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結(jié)果。
 
GB18352.6——2016《輕型汽車污染物排放限值及測量方法》（中國第六階段），簡稱國六，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量方法——風洞法。風洞法是將風洞與底盤測功機或平帶式測功機相結(jié)合確定汽車道路行駛阻力的測量方法，其中行駛阻力中的空氣阻力由風洞天平測得，滾動阻力由底盤測功機或平帶式測功機測得。


相比于滑行法，風洞法的測試完全在試驗室內(nèi)進行，擺脫了外界環(huán)境的束縛，試驗結(jié)果的重復性好，試驗效率高。
 
我們選取兩款汽車作為測試對象，依據(jù)國六中規(guī)定的行駛阻力測量規(guī)程，分別進行了風洞法和道路滑行法的行駛阻力測量試驗，對這兩種方法及試驗結(jié)果進行了研究。
 
1、試驗方法與數(shù)據(jù)處理
 
滑行法
 
道路滑行試驗在國內(nèi)某試驗場內(nèi)進行，測得的行駛阻力曲線修正到基準狀態(tài)。（試驗溫度：17.31℃，大氣壓：100.97kpa）


滑行阻力曲線基準狀態(tài)修正前后對比
 
風洞法
 

空氣阻力FAj測量
  • 空氣阻力測量是在一座全尺寸汽車風洞內(nèi)完成的，風洞的流場指標滿足國六標準中的要求。
  • 將試驗車輛固定在測力天平上，調(diào)整輪眉高度，確保該參數(shù)與滑行法測量時一致。
  • 試驗測量了每一基準速度V j 下的C Dj *A f 值，并分別基于每一基準速度V j 下的C Dj *A f 值和基于基準速度為130km/h時的C D130 *A f 值計算得到汽車的行駛阻力，進行了比較。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。

滾動阻力FDj測量
  • 將車輛裝載至測試質(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功機上，車輛垂直方向不應增加額外的約束力。
  • 將底盤測功機的等效慣量設置成車輛的測試質(zhì)量，將確定的空氣阻力項系數(shù) c d 輸入到底盤測功機。
  • 底盤測功機對滾動阻力的測量有兩種方法——等速法和減速法。我們也對這兩種方法進行了對比試驗。

等速法：穩(wěn)定車速下的測量，即當車速穩(wěn)定在每一基準速度時，底盤測功機對該基準速度下的滾動阻力F jDyno 進行直接測量，從前一基準速度應平滑過渡到下一基準速度點，每一基準速度穩(wěn)定時間為4~10s。測試工況130km/h，120km/h......20km/h 。
 
減速法：減速下的測量，即試驗車輛在底盤測功機上進行減速滑行。車輛預熱后，將車速提高到比最高基準速度至少高10km/h（即140km/h），開始滑行。若連續(xù)兩次滑行試驗測得的力的偏差都在+/-10N內(nèi)，則試驗結(jié)束。按照下式計算每個基準速度點Vj的滾動阻力fjDyno：
FjDecel是在底盤測功機上滑行時速度Vj下的行駛阻力。

 
cd是輸入底盤測功機的空氣阻力項系數(shù)。
  • 將得到的滾動阻力數(shù)據(jù)進行滾筒曲面修正，并修正至基準狀態(tài)。試驗溫度：20℃，大氣壓力：101.1kPa。
等速法所測滾動阻力FD
減速法所測滾動阻力FD

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


從試驗時間和成本的角度考慮，在汽車無隨車速而改變的空氣動力學套件的前提下，可選擇只對某一基準速度下的CD*A值進行測量?；鶞仕俣鹊倪x擇建議在高速段，因低速段（20km/h~60km/h）風洞流場的穩(wěn)定性下降，汽車的空氣阻力數(shù)值過小，導致CD*A波動較大?；诒敬蔚脑囼灁?shù)據(jù)，建議在60km/h~130km/h范圍內(nèi)進行選擇。
 
風洞法與滑行法所測得的行駛阻力對比
 
A車與B車的風洞法與滑行法所測行駛阻力曲線趨勢一致，隨著速度的增加，風洞法與滑行法所測行駛阻力的差值有所增大。


風洞法中，等速法與減速法相比，等速法測得的行駛阻力更接近滑行。


循環(huán)能量
 
循環(huán)能量E指在整個測試循環(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)國六的規(guī)定，風洞法與滑行法之間的循環(huán)能量差在+/-5%以內(nèi)，才能證明所使用設備或者設備組合的測量結(jié)果有效。循環(huán)能量差 的計算公式 ：
  車輛在WLTC測試循環(huán)下，風洞法與滑行法的循環(huán)能量差，百分比。
Ek,WTM車輛k基于風洞法獲得的，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測試循環(huán)對循環(huán)能量差進行了計算，結(jié)果表明本次測試設備及這種設備組合所測出的結(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，對行駛阻力的影響也極小。本次試驗中，綜合兩輛車的結(jié)果，相對偏差在0.6%以內(nèi)。從節(jié)省試驗時間和成本的角度考慮，在汽車無隨車速變化而改變的空氣動力學套件的前提下，可選擇只測量某一基準速度下的CD*A值?；诒敬卧囼?，建議選擇的速度范圍是60km/h~130km/h。
  • 綜合A、B兩輛試驗車輛的測試結(jié)果，基于風洞法所測得的行駛阻力曲線與基于滑行法所測得的行駛阻力曲線，二者趨勢一致，數(shù)值上十分接近，風洞法相對于滑行法的測量偏差在4%以內(nèi)（平均15N以內(nèi)），循環(huán)能量差在+/-5%以內(nèi)。
  • 在本次試驗中，風洞法中的等速法與減速法相比，等速法的測試結(jié)果更接近于滑行法。
  • 等速法測滾動阻力，數(shù)據(jù)采集時需等待車速、測力值進入穩(wěn)定狀態(tài)后再開始采集，否則會引起較大結(jié)果偏差，因底盤測功機所測得行駛阻力在穩(wěn)定前會有比較大的波動。
  • 進行風洞法與滑行法的對比試驗時，確保車身姿態(tài)一致非常重要，因為車身姿態(tài)對汽車的行駛阻力有著直接且顯著的影響。建議后續(xù)標準中應給出車輛載荷分布的統(tǒng)一要求。

風洞法測量可采用文中所介紹，分別使用風洞天平及底盤測功機，也可以“使用集成了兩者功能的設備”（WLTP）。中汽中心氣動聲學風洞中配備的高精度六分力天平及地面模擬系統(tǒng)，不僅能夠精確測量氣動力，同時具備測量汽車滾動阻力的功能，是“集成了兩者功能的設備”?？蛇M行一站式的風洞法行駛阻力測定試驗，無需再單獨將車輛置于底盤測功機上測量，極大地提高了試驗效率。
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