基于avlcruise軟件的風(fēng)阻系數(shù)與燃油經(jīng)濟(jì)性關(guān)聯(lián)分析_王琪

1、技術(shù)經(jīng)濟(jì)收稿日期:2012－09－13基于AVLCruise軟件的風(fēng)阻系數(shù)與燃油經(jīng)濟(jì)性關(guān)聯(lián)分析王琪(上海汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，上海201804)【摘要】從空氣動力學(xué)角度出發(fā)，通過仿真分析的方法得到風(fēng)阻系數(shù)和燃油經(jīng)濟(jì)性之間的關(guān)聯(lián)，并在實(shí)車上應(yīng)用一系列空氣動力學(xué)套件優(yōu)化方案，對風(fēng)阻系數(shù)和滑行阻力進(jìn)行了實(shí)測，最后在整車轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺架上測試綜合工況油耗，用以對仿真計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證?！続bstract】Theresearchbasedo

2、naerodynamicshasanalyzedtherelationshipbetweenCdfueleconomy，optimizedaerodynamicspartisappliedintovehiclefCdcoastdownresistancetestSimulationhasbeendonefvalidatingNEDCfueltest【關(guān)鍵詞】風(fēng)阻系數(shù)空氣動力學(xué)燃油經(jīng)濟(jì)性汽車doi:10.3969jissn10074554

3、201301080引言從汽車誕生伊始，燃油的消耗和環(huán)境的污染就成為伴隨其成長的頑疾。隨著全球石油資源的日益匱乏及環(huán)境污染的不斷加劇，降低汽車的油耗與排放已成為汽車產(chǎn)業(yè)所面臨的首要問題之一。全世界的汽車廠商都在竭盡所能研究各種降低油耗的方法，中國自然也不例外。我國的眾多汽車企業(yè)投入了大量人力物力進(jìn)行相關(guān)的研究，空氣動力學(xué)的優(yōu)化即是其中的一項(xiàng)。空氣動力學(xué)是在流體力學(xué)基礎(chǔ)上隨著航空工業(yè)和噴氣推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展而成長起來的一門新興學(xué)科。人們最早對空

4、氣動力學(xué)的研究可以追溯到對鳥類在飛行時(shí)的受力和力的作用方式的種種猜測，但真正形成獨(dú)立學(xué)科是在20世紀(jì)航空事業(yè)的迅速發(fā)展之后，是在經(jīng)典流體力學(xué)中發(fā)展并形成的新的分支，并且迅速成為發(fā)展航空航天各類飛行器的重要基礎(chǔ)科學(xué)和關(guān)鍵技術(shù)。如今，空氣動力學(xué)已經(jīng)不再僅是應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，還被廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、公路交通、鐵路交通等眾多領(lǐng)域，對整個(gè)人類社會的發(fā)展與進(jìn)步都有著極為深遠(yuǎn)的影響。要分析空氣動力學(xué)對燃油經(jīng)濟(jì)性的影響，需要了解空氣對于汽車行駛會產(chǎn)生

5、怎樣的效應(yīng)。簡單地說，一輛汽車在行駛時(shí)會不可避免地對相對靜止的空氣造成沖擊，空氣會因此向四周流動，而竄入徹底的氣流則會被暫時(shí)困于車底的各個(gè)機(jī)械部件之中［1］。這些空氣的流動和沖擊會對汽車造成前進(jìn)的阻力，因此汽車的一部分動力會被用作克服空氣阻力。這種影響在汽車高速行駛時(shí)更為明顯?？梢?，優(yōu)化空氣動力學(xué)可以降低車輛行駛時(shí)候的空氣阻力，從而達(dá)到提高動力性和降低油耗的效果。空氣動力學(xué)的優(yōu)化主要包括兩個(gè)方面，一是減小迎風(fēng)面積二是降低風(fēng)阻系數(shù)。本文旨

6、在通過仿真與試驗(yàn)相結(jié)合的方法，分析風(fēng)阻系數(shù)對燃油經(jīng)濟(jì)性的影響，從而為制定風(fēng)阻優(yōu)化方案和燃油經(jīng)濟(jì)性開發(fā)目標(biāo)提供一些有價(jià)值的33上海汽車2013.01技術(shù)經(jīng)濟(jì)圖3尾翼高度對風(fēng)阻系數(shù)的影響可改進(jìn)風(fēng)阻系數(shù)達(dá)0009，然而雖然改進(jìn)效果非常明顯，但經(jīng)過深入分析發(fā)現(xiàn)，封閉冷卻通風(fēng)孔對制動性能的熱衰退有較大影響，封閉后的制動盤的散熱性能受到影響，從而會導(dǎo)致長坡制動或連續(xù)制動性能的下降。由此確定方案三不適合使用。方案四:增加前輪擋風(fēng)板。前輪擋風(fēng)板可以將車

7、頭的氣流順勢分散至左右兩側(cè)，對優(yōu)化風(fēng)阻系數(shù)也有較明顯的效果，且該效果與擋風(fēng)板高度和位置均有關(guān)聯(lián)。測試結(jié)果表明，擋風(fēng)板從40mm增加至50mm，其風(fēng)阻效果呈增大趨勢，相比無擋風(fēng)板的狀態(tài)，50mm擋風(fēng)板可以優(yōu)化風(fēng)阻0006，而擋風(fēng)板高度繼續(xù)增加則對風(fēng)阻系數(shù)的降低幫助不大。同時(shí)，隨著擋風(fēng)板橫向布置位置的不同，效果也有明顯不同，由圖4可見，高度為50mm的前輪擋風(fēng)板，向內(nèi)移動50mm，可以得到最優(yōu)的布置，使風(fēng)阻系數(shù)下降達(dá)0.010之多。圖4擋風(fēng)

8、板橫向位置調(diào)整對風(fēng)阻系數(shù)的影響方案五:封閉側(cè)進(jìn)氣小孔。霧燈附近的輔助側(cè)進(jìn)氣小孔對發(fā)動機(jī)進(jìn)氣的貢獻(xiàn)很小，故考慮將其作封閉設(shè)計(jì)。經(jīng)測試可優(yōu)化風(fēng)阻系數(shù)0002，雖然與其它方案相比該數(shù)值較小，但其設(shè)計(jì)變更和對其它系統(tǒng)的影響也更小。方案六:改進(jìn)發(fā)動機(jī)艙底部導(dǎo)流板。發(fā)動機(jī)底部導(dǎo)流板為該車型已有設(shè)計(jì)。本課題對其進(jìn)行了一些研究，共分析在導(dǎo)流板上布置凹坑和導(dǎo)風(fēng)槽(3種不同高度)等多種設(shè)計(jì)，然而結(jié)果表明，幾種方案對空氣動力學(xué)的改善效果很小(≤0001)。從

9、控制開發(fā)成本和減小設(shè)計(jì)變更的角度考慮，對該車型發(fā)動機(jī)艙底部導(dǎo)流板不作更改。如表2所示，經(jīng)過對以上6種套件方案的研究，基于測試和分析結(jié)果，其中4種可行性措施共可以優(yōu)化風(fēng)阻系數(shù)達(dá)0020，從而使該車型整車風(fēng)阻系數(shù)降低至030，達(dá)到同級別轎車中較好水平。表2空氣動力學(xué)套件方案可行性分析方案方案一方案二方案三方案四方案五方案六ΔCd000400040009001000020001可行性可行可行不可行可行可行不可行3仿真計(jì)算與實(shí)車測試對比將上述可

10、行的空氣動力學(xué)優(yōu)化套件制作手工樣件安裝于該車型，并按照國標(biāo)要求在試驗(yàn)場的性能試驗(yàn)道中進(jìn)行120kmh初速度的滑行試驗(yàn)，從而得到實(shí)車滑行曲線如圖5所示，其中曲線A為無空氣動力學(xué)套件狀態(tài)下的滑行曲線，曲線B為增加空氣動力學(xué)套件后的滑行曲線。根據(jù)滑行曲線在Cruise中可計(jì)算出車輛滑行阻力，如圖6所示，可見風(fēng)阻優(yōu)化對車輛行駛阻力有較明顯的降低，并且該效應(yīng)隨著車速的增加而增大。采用以上兩種滑行阻力曲線仿真，得出車輛風(fēng)阻系數(shù)優(yōu)化前后的綜合工況油耗