汽车空气阻力系数的试验测定法

汽车空气阻力系数的试验测定法 汽车空气阻力系数的试验测定法 总第134期 公路与汽运 Highways&AutomotiveApplications17 汽车空气阻力系数的试验测定法 张庆良,赵树国 (邯郸职业技术学院机电系,河北邯郸056005) 摘要:阐述了应用道路滑行试验法测定汽车空气阻力系数的理论基础,试验方法和数据处 理方法;建立了汽车滑行阻力的数学模型,分别给出了所建数学模型的最小二乘法的解和定积分 法的解;对国产某型自卸车进行道路滑行试验,根据试验数据对所建立的数学模型求解,得出了其 空气阻力系数值.将试验车辆滑行阻力数学模型计算所得的滑行时间与道路试验值相比,结果表 明,所建滑行阻力模型的计算精度较高. 关键词:汽车;空气阻力系数;道路滑行试验;滑行阻力数学模型 中图分类号:U461.1文献标识码:A文章编号:1671—2668(2009)O5一OO17--03 汽车在行驶中必须克服滚动阻力F,,空气阻力 F,坡度阻力F,加速阻力F和传动系阻力F. 其中,滚动阻力,空气阻力,传动系阻力在任何行驶 条件下均存在,为消耗阻力;坡度阻力和加速阻力则 与行驶条件有关,两者分别增加汽车的势能和动能, 可在汽车下坡和滑行时释放出来. 风洞试验表明,空气阻力与空气阻力系数和迎 风面积成正比.精确测量空气阻力系数需要在风洞 中试验,但1:1模型风洞试验能耗高,费用昂贵,因 而限制了一般条件下的工业应用. 采用不同的滑行试验法,试验所需测量的参数 各不相同.国内外曾经采用过的方法包括加速度 法,时间法和行程法.加速度法测量的参数为在某 一 速度段滑行时车速对时间的微分;时问法测量的 崇豢豢豢豢尝豢谍鬻_;!?崇爿?柴靠{:?豢*采豢*? 制动力限值应为不小于55. 6结语 本文通过车辆在制动台上检测的受力 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 和检 测实践,分析了三种制动台的性能和检测特点,空载 乘用车较适于用平板制动台检测,空载客车和货车 较适于用滚筒制动台检测.建议检验滚筒制动台的 滚筒当量附着系数,综合反映和控制制动台的检测 能力, 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 滚筒制动台的额定制动力和驱动功率,车 轮滚筒滑移率应大于电机转速下降率,并有相应的 短暂延时,适当下调乘用车在平板制动台上检测的 前轴制动力与前轴动态轴荷的百分比限值,提高制 动台产品的技术水平和台试制动力检测技术水平. 参数为对应不同速度段所用的滑行时间;行程法测 量的参数为对应不同速度段的滑行距离.文献E2] 测量空气阻力系数时采用包含高速滑行和低速滑行 的二次滑行法,有助于缩短试验路段长度,验证滑行 j一 时间时使用uu表达阻力,但是未用定积分法计算 U 阻力,因此当滑行初始速度和终了速度差值较大时, 所计算的滑行时间精度较低.文献[3]给出了松花 江中意HFJ6351C的空气阻力系数值,但并未构建 数学模型对试验数据进行理论验证. 本文建立简化的滑行阻力数学模型,通过加速 度滑行试验法求解滑行阻力定积分方程中的空气阻 力系数,并对滑行试验法测得时间与所建立的数学 模型求解所得时间进行比较验证. 参考文献: E1]GB/T13564—2005,滚筒反力式汽车制动检验台Es]. [2]GB7258--2004,机动车运行安全技术条件Es]. [3]GB21861—2008,机动车安全技术检验项目和方法 [S]. [4]吴明.制动试验台上驻车制动力检测方法[J].汽车 运输,1997(7). F5]徐礼超.汽车制动试验台存在的问题及其改进[J].公 路与汽运,2003(4). [6]吴明.空载车辆在平板式制动检验台检测探讨[J]. 汽车维护与修理',2007(2). 收稿日期:2009—05—15 18 公路与汽运Highways&AutomotiveApplications第5期 2009年9月 1滑行阻力数学模型2汽车滑行方程式 汽车在水平道路上进行空挡滑行试验时可以忽 略坡度阻力的影响,汽车的全部动能用于克服滚动 阻力,空气阻力和传动系阻力. 1.1滚动阻力 汽车行驶中的滚动阻力为滚动阻力系数厂与 车轮负荷的乘积: F1一mgf(1) 滚动阻力系数与路面种类,行驶车速以及轮胎 的构造,材料,气压等有关.由于货车的胎压高,滚 动阻力系数可用如下公式计算: 厂一0.00764-0.0002016v(2) 式中:73为车速(m/s). 1.2空气阻力 风洞试验认为空气阻力包括由车身形状构成的 形状阻力,车身表面突起物构成的干扰阻力,空气流 经车体内部时构成的内循环阻力,空气升力在行驶 方向上分力构成的诱导阻力以及空气与车身表面摩 擦构成的摩擦阻力.在汽车动力学中,空气阻力的 数学模型为: F一1/2CDApv(3) 式中:CD为空气阻力系数;A为迎风面积(m.);p为 空气密度,一般p一1.2258N?S2/m. 1.3加速阻力 汽车加速行驶时,克服其质量加速运动的惯性 力即为加速阻力.加速时,汽车不仅克服平移质量 的惯性力,还要克服旋转质量的惯性力偶矩.加速 阻力的数学模型为: dv 一面(4) 式中:为汽车旋转质量换算系数,>1;为行驶U0 加速度(m/s.). 1.4传动系阻力 在车辆滑行过程中,应当考虑由于齿轮传动副, 轴承,油封处的摩擦构成的机械阻力和由于润滑油 的搅动,润滑油与旋转零件之间的表面摩擦构成的 滚动阻力.利用底盘测功机反拖测试汽车的传动系 阻力模型为: F一bo+b1(5) 式中:b.为传动系阻力系数(N);b为传动系阻力速 度影响系数(N?s/m) 汽车在水平路面上空挡滑行时,在汽车前进方 向上,力的平衡方程式为: Fr+F+F+Fj=0(6) 将式(1),(5)代入式(6),可得: 一 一 K.+K1v+K2(7) UL 式中:K.一0.0076mg+bo;K1—0.0002016rag+ b1;K2—1/2CDAp. 式(7)表明,汽车空挡滑行时,加速度为车速的 二次函数,应用最小二乘法求解式(7)中的K.,K., K时应求解如下线性方程组: ?t, ? ? ?; ?口 ? ? ? _,dv 厶D ?m警 ?警 (=2,3,…,一1)(8) 式中:"为滑行试验中有效数据点的个数. 除最小二乘法外,也可以采用定积分法求解式 (7).将式(7)变形为: dr=?(9)干瓦丽' 对式(9)两侧分别求取初始时刻t,终了时刻 t,初始速度v,终了速度的定积分,可得: 一caretg一arctg (10) 式中:t为滑行所用时间(s),t:t一t;D为计算系 数,D—J4goK一K. 式(i0)中的初始速度,终了速度和时间可由滑 行试验测得,欲求式(10)中的K.,K和K.,需要测 得3组不同时刻的车速及其相应的间隔时间. 3滑行试验 根据GB/T12534—1990~汽车道路试验方法通 则》和GB/T12536—19906汽车滑行试验方法》,滑 行试验应在清洁,干燥,平坦的砼或沥青直线道路上 进行.试验车辆为国产某型自卸车,试验样车整备 = ,??????,???? 0l2 KKK ,???,,???【 总第134期 公路与汽运 Highways&AutomotiveApplications19 质量为12180kg,外形尺寸(长×宽×高)为(10425 ×2500×3400)mm.规范要求试验样车前桥胎压 为810kPa,中后桥双式车轮胎压为740kPa,此次 试验均提高到850kPa. 滑行试验在机场道路上进行,主要试验仪器包 括风速计,风向仪,大气压力计,温度计,车用非接触 式五轮仪AM一2026A.试验前使汽车充分预热, 试验时汽车滑行初速度为80km/h,滑行至1O km/h时结束.车速每降低5km/h记录相应车速, 间隔时间,与其对应的行驶距离和滑行加速度.试 验结果如图1所示. ? 吕 口 - Nt 军速/(km.h) 图1滑行试验结果 图1中的加速度为平均滑行加速度测量值的绝 对值,车速为每个时间间隔内的车速平均值.因首 尾数据不可求取平均值,故舍去,最终可用试验数据 共13个.当汽车空挡滑行时,一1.O3,1.O5,这里 取一1.04,应用最小二乘法求解式(8),可得K.一 934.44308,K1—26.39813,K2—2.77257. 迎风面积为汽车行驶方向的投影面积,经测量, 试验样车的迎风面积A一7.575m.将迎风面积和 空气密度代入K一i/2c.Ap,得该车的空气阻力系 数CD一0.60. 图2是滚动阻力,空气阻力和传动系阻力与车 速的对应关系.由图2可知,传动系阻力在汽车行 驶阻力中所占比例较小,且随速度的变化很平缓. 车速/(km?h) 图2阻力与车速的关系 度滑行到终了速度所需的时间.滑行方程式的计算 值与道路滑行试验值的比较如表1所示. 表1滑行时间比较 车速/(km?h)试验时间/s计算时间/s误差/ 75,3576.173.04.3 7O,3082.278.94.2 65,2589.585.24.6 6O,2096.592.04.9 55,15104.399.15.2 由试验数据可知,高速滑行时所建立的数学模 型的精度较高,低速滑行时根据模型计算所得的时 间误差较大.原因在于:?滑行区间选取应以空气 阻力和滚动阻力相比所占比例最大为原则,当车速 较低时,汽车行驶阻力中的滚动阻力占较大比例,而 空气阻力所占比例较小.随着车速的增高,滚动阻 力增加缓慢,而空气阻力则迅速增长,汽车克服空气 阻力的能耗将逐渐超过克服滚动阻力的能耗.? 式(2)给出的滚动阻力系数中常数项较大,随速度变 化的一次项较小,导致模型中滚动阻力在汽车低速 时较实际的滚动阻力大. 4结语 本文建立了简化的汽车滑行阻力模型,运用最 小二乘法确定了加速阻力的速度函数关系中的系 数.采用定积分法对数学模型的计算时间和滑行试 验时间进行了验证,结果表明,本文采用的数学模型 具有较高精度. 参考文献: [1]余志生.汽车理论(第四版)[M].北京:机械工业出版 社,2006. [2]吴诰硅,刘绍辉,钟声龙,等.汽车空气阻力系数的二次 滑行测量法[J].华南理工大学(自然科学版), 2000,28(6). [3]韩宗奇.用滑行试验法测定汽车空气阻力系数研究 [J].汽车技术,2001(5). [4]张学利,何勇.在用汽车传动系阻力的研究EJ].公路 交通科技,2001,18(3). [5]张伟,胡树根,宋小文,等.汽车空气阻力系数的数值 模拟及研究[J].拖拉机与农用运输车,2007,34(2). 1-63韩宗奇,李亮.测定汽车滑行阻力系数的方法[J].汽 车工程,2002(4). 将K.,K1,K2代入式(10),可得汽车由初始速收稿日期:2009—05--19