汽车空气阻力系数的二次滑行测量法

华 南 理 工 大 学 学 报（ 自 然 科 学 版 ） 第28 卷 第6 期 Jour nal of Sout h chi na uni versit y of Technol ogy Vol .28 No .6 （Nat ural Science Editi on ） June 2000 2000 年 6 月 " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "
46
华南理工大学学报
第28 卷
进行试验，记录滑行试验数据. 高速滑行曲线如图l ， 2 所示.
图l F i g .l
样车l 的高速滑行曲线 The hi gh s Peed sli de cur ves of No .l aut o mobile
图2 F i g .2
样车2 的高速滑行曲线 No .2 aut o mobile
2 .1
二次滑行试验
［ 4 ］ 经测量，样车 面积参数是测定汽车的迎风面积，即汽车行驶方向的投影面积 . 1 的迎
风面积 !1 = 6 .55 m2 ，样车2 的迎风面积 !2 = 8 .075 m2 . 在同一路段及工况条件下，样车1 和样车2 车速分别从80 k m／ h 滑行至70 k m／ h ，重复
2 .2
验证试验
采用普通时间滑行法进行试验验证，试验样车l ， 重 2 分别从60 k m／ h 滑行到l0 k m／ h，
复进行试验，记录滑行试验数据. 由二次滑行试验所得结果拟合的计算曲线与验证滑行曲线的比较见图5 和图6 . 根据二次滑行试验结果计算所得的滚动阻力系数和空气阻力系数，采用逐段积分的方 法，得到样车l 与样车2 的!" # 计算曲线. 由普通时间滑行法所得的实验数据，可画出样车 l 与样车2 的 ! "# 验证曲线.
the two- st age Coast down testi ng M et hod t o M easure t he aut o mobile a ir dr ag Coefficient
U Gao- 8ui ， LI U shao- hui ， ZHONG shCn8-1on8 ， LUO Yu-t ao ， HUANG X i ao-chan8
第28 卷
参考文献：
［ 1 ］ 余志生. 汽车理论［M］ . 北京：机械工业出版社， 1996 . ［ ， 2 ］ SAEJ . SAE Handbook ［M］ USA： SAEJ ， 1980 . ［ （ ： 3 ］ 倪佑民. 汽车滑行实验方法的改进和数据处理［ J］ . 汽车工程， 1982 2） 35 -43 . ［ 4 ］〔英〕 A J 赛伯- 里尔斯基. 汽车空气动力学［M］ . 杨尊正，邹仲贤译. 北京：人民交通出版社， 1984 .
3
结束语
从上述试验结果可以看出，二次滑行法可提高高速滑行区段的滑行初速度，减小滚动阻
力系数误差对空气阻力系数测量的影响，并可显著地缩短试验路段长度，提高试验精度和可 靠度. 由此可得出结论，二次滑行法显著优于普通时间法和行程法，可满足汽车测试的实际 需要，是一种较佳的空气阻力系数测试方法.
48
华南理工大学学报
轴距 ／ mm 5 000 5 000 车辆尺寸 （长> 宽> 高） ／ （mm > mm > mm ） 10 100 > 2 453 > 3 010 10 425 > 2 500 > 3 310
额定载荷 ／ kg 12 000 12 580
试验气象为：晴，风速0 .8 m／ s ，平均气温27 .5 C . 试验气象符合国标 GB／ T 12536 -90 汽车滑行试验方法的要求. 行驶试验在机场道路进行. 该道为平直、坚实的水泥路面，道路平均坡度为4 %. 试验车 在行驶试验时，按技术条件、乘员数量及质量要求，载以相应载荷的砂袋，按要求进行配置. 主要仪器设备有：风速仪、大气压力计、温度计、风向仪和车用非接触式速度计 AEP -5 （德 国达特朗公司1998 年生产， “ ） 0 .2 % 级” .
The t esti ng sli de cur ves of No .2 aut o mobil
验证理论公式：
!F
= F f + F w + Fi - Fj = 0 （ O 0 - Ot ） dO = m dt ! r
（ 2） （ 3）
Fj = m
C d AO 2 （ i ） 4） + 21 .15 （ Ot - O 0 ） （ ! t = （ 5） （ 21 .15 > m ） + C d AO 2／ g f0 i ） 以上各式中： — — 滚动阻力； — — 空气阻力； — — 坡 度 阻 力； — — 加 速 阻 力； Ff — F w— Fi — Fj — F f + F w + F i = mg（ f0
测试值 滚动阻力系数 0 .0l2 0 .009 空气阻力系数 0 .505 0 .487
从图3 ， 4 中可知，低速滑行试验可准确反映 普通滑行试验方法的低速部分. 对二次滑行试验 的数据进行分析和处理，结果见表2 . 由试验结果可知， 二次滑行法符合工程实际， 可满足工程测试需要.
样车编号 l 2
图3 F i g .3
样车l 的低速滑行曲线 The l ow s Peed sli de cur ves of No .l aut o mobile
图4 F i g .4
样车2 的低速滑行曲线 The l ow s Peed sli de cur ves of No .2 aut o mobile 表2 试验结果表 Table 2 Testi ng result
［ 2］ 路面滑行试验法 .
1
滑行试验方法概述
利用滑行试验方法来测定汽车的空气阻力系数已有几十年的历史. 它的基本原理是应用
下列方程的解来求空气阻力系数 （假设汽车在水平而无风的条件下滑行） ：
C d AU 2 dU = - gf dt 21 .15 n
（ 1）
dU — — — 滑行减速度； — — 重力加速度； — — 滚动阻力系数；A — — — 迎风面积； 式中： g— f — dt — — 车速； — — 汽车质量； — — 空气阻力系数. U — n— Cd — 由于滑行试验方法的不同，试验要求测量的变量及其测量精度亦各不相同. 国内外曾采 用以下几种方法：减速度法、交点法、时间法和行程法.
— — 滑行末速度； — — 滑行初速度； — — 汽车总质量； — — 滑行时间； — — — 滚动 Ot — O0— m— ! r— f 0 阻力系数； — — 坡度； — — 迎风面积； — — 空气阻力系数. i— A— Cd — 由上式可求出机动车滑行所需时间的理论值，通过与验证滑行的测试时间相对比，可基 本验证滑行试验结果的误差是否在允许范围内. 试验结果验证见表3 .
汽车空气阻力系数的二次滑行测量法 !
吴诰 ，刘绍辉，钟声龙，罗玉涛，黄晓昶
（华南理工大学 交通学院，广东 广州 510640 ） 摘 要：在分析与论述国内外测量汽车空气阻力系数常用试验方法的基础上，采用二次滑行试验
方法测量汽车空气阻力系数，并对实车进行了相应的滑行试验. 通过对试验结果的分析与比较， 证明了二次滑行法可有效地提高空气阻力系数测量的精度，误差范围控制在 5 % 左右；同时简化 了试验条件，缩短了试验路段长度，提高了试验可靠度. 关键词：二次滑行法；空气阻力系数；高速滑行；低速滑行 中图分类号： TK 461 文献标识码： A 文章编号： （ 1000 -565 X 2000 ） 06 -0044 -05
2
试
验
试验依据 GB7258 -1997 机动车运行安全技术条件和 GB／ T 12536 -90 汽车滑行试验方 法进行. 试验对象基本参数见表1 .
表1 Table 1
样车编号 1 2 发动机型号 DC6130 6 BTA-5 .9
两试验样车参数表
Para met ers of t wo t esti ng aut o mobiles
汽车在水平道路上匀速行驶时的阻力，主要是滚动阻力和空气阻力. 随着道路条件的改
［ 1］ 善，车速的逐步提高，车辆克服空气阻力的能耗将大于克服滚动阻力的能耗 .
研究表明，空气阻力是与反映车辆外形特征的空气阻力系数以及迎风面积成正比的. 空 气阻力系数的测量可以采用风洞试验和路面滑行试验两种方法. 风洞试验条件稳定，数据重 复性好，但过小的缩尺模型所测得的数据与工程实际偏差较大；而 111 模型风洞试验测量空 气阻力系数效果真实，但试验所需费用较高，限制了一般条件的工厂应用. 滑行试验成本低， 可靠性较高，实用性强；因此，国内外仍然大量采用路面滑行试验法来测定汽车的空气阻力 系数. 我国国家标准 GB1334 -77 就规定了可用汽车滑行试验方法来测定汽车在初速度 U = （美国汽车工程师协会） 也推荐了 50 k m／ h 时的滑行距离和空气阻力系数. 美国1980 年 SAEJ
收稿日期： 1999 -12 -30 （合同编号9728 ） !基金项目：广州市建委基金资助项目 作者简介：吴诰 （ ，男，教授，主要从事汽车结构设计计算及汽车安全与电子技术的研究. 1942 - ）
第6 期
吴诰
等：汽车空气阻力系数的二次滑行测量法
45
减速度法和交点法已有30 年的历史，经验证明这两种方法在测量精度方面没有保证，其 ［ 3］ 试验结果不可靠 ! 时间法和行程法是使被测汽车以某一初速度 （ ）在已知滚动阻力系数的路面上滑行至 " 0 停车，测量滑行时间或滑行行程，再通过数据处理求出空气阻力系数!其优点在于试验方法 及测量设备比较简单，如果道路及外界气候条件良好，测量精度有保证，重复进行多次试验 可得到可靠的结果!其缺点是当 " 不大的情况下，滑行能量的消耗主要花在滚动阻力上!由 0 于空气阻力的能耗与车速成三次方比增大，若增大 " ，虽可提高测量精度，但会使试验路段 0 增长，从而使试验路段的滚动阻力系数的测量精度较难以达到要求! 综合以上几种方法的优缺点，我们在试验中采用了二次滑行法，即在同一工况条件下， 和低速滑行区段 （ 进行试验； 然后， 再 将行程分为高速滑行区段 （ 80 ! 70 k m／ h） 20 ! 10 k m／ h） 采用时间法进行试验验证 （ 60 ! 10 k m／ h） . 二次滑行法与时间法和行程法相比，其优点在于： （ （即低速滑行与高速滑行） ，缩短了试验路段长度，简化 1 ）二次滑行法将滑行分为两次 了试验条件. （2 ）二次滑行法提高了高速滑行区段的滑行初速度 （ ／ ） 由于高速滑行 " 0 #75 !90 k m h ! 中能量主要用于克服空气阻力，从而减小了滚动阻力系数误差对空气阻力系数的影响，提高 了试验精度. （ 3 ）在试验中采用了验证滑行试验，并将其结果对二次滑行法的试验结果进行验证，有 利于提高试验的可靠度和精度.
第6 期
吴诰
等：汽车空气阻力系数的二次滑行测量法
47
从图5 ， 6 中可知，计算曲线处于验证曲线的中间. 由此可得出结论：二次滑行试验较普 通滑行试验精度高.
图5 F i g .5
样车1 的验证滑行曲线 F i g .6
图6
样车2 的验证滑行曲线
The t esti ng sli de cur ves of No .1 aut o mobile
The hi g h s Peed sli de cur ves of
从图l ， 2 中可知，高速滑行试验重复性和稳定性较好，可靠度高. 在同一路段及工况条 件下，样车l 和样车2 分别从20 k m／ h 滑行至l0 k m／ h ，重复进行试验，记录滑行试验数据. 低速滑行曲线如图3 ， 4 所示.
表3 Table 3
样车编号 1 2 测试时间r ／ s 114 .38 1wenku.baidu.com1 .5
试验结果验证表
计算时间r ／ s 108 .736 133 .796 误差范围% 4 .932 5 .444
Testi ng result verified t able
从上表可看出，二次滑行试验与验证滑行试验结果较为接近，误差在允许范围之内.