吳 展，沈 南，袁建軍，王雪瑩

Wu Zhan1，Shen Nan1，Yuan Jianjun2，Wang Xueying3

（1.北京汽車研究總院有限公司，北京 101300；2.中國(guó)汽車技術(shù)研究中心，北京 100176；3.北京新能源汽車股份有限公司，北京 102606）

0 引 言

汽車迎風(fēng)面積是指汽車在行駛方向的投影面積，是求解汽車空氣阻力系數(shù)的必要參數(shù)。目前已知的測(cè)量方法有理論迎風(fēng)投影面積法、近似法、工程繪圖合成法、數(shù)碼照相+計(jì)算機(jī)處理法。文中旨在介紹一種借鑒數(shù)碼照相+計(jì)算機(jī)處理法，利用數(shù)字式求積儀方便快速地測(cè)量汽車迎風(fēng)面積的方法。

1 目前測(cè)量迎風(fēng)面積的主要方法

根據(jù)參考文獻(xiàn)，目前測(cè)量迎風(fēng)面積的主要方法有以下幾類。

1.1 理論迎風(fēng)投影面積法

用多束平行光源照射試驗(yàn)樣車，投影到準(zhǔn)備好的投影板上，記錄其輪廓，計(jì)算出面積。優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量精度較高；缺點(diǎn)：設(shè)備要求高，操作過程復(fù)雜。

1.2 近似法

利用車輛高度與寬度的乘積，乘以經(jīng)驗(yàn)系數(shù)0.81。優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算簡(jiǎn)便；缺點(diǎn)：精度較差，僅用于粗略估算。

1.3 三維數(shù)模計(jì)算法

利用已知的汽車三維數(shù)模投影，在三維制圖軟件中直接讀出數(shù)據(jù)。優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)精度高；缺點(diǎn)：僅限于有三維數(shù)模的汽車。

1.4 數(shù)碼照相+計(jì)算機(jī)處理法

利用相機(jī)將汽車正面及標(biāo)準(zhǔn)板拍攝下來，利用編寫的計(jì)算機(jī)程序計(jì)算汽車迎風(fēng)面積。優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)精度比較準(zhǔn)確；缺點(diǎn)：需要具有一定的計(jì)算機(jī)編程技術(shù)。

2 數(shù)字式求積儀測(cè)量汽車迎風(fēng)面積方法

文中利用 KP-90N數(shù)字式求積儀替代計(jì)算機(jī)程序計(jì)算汽車迎風(fēng)面積，此方法適合于對(duì)計(jì)算機(jī)編程語言不太了解的科研人員和汽車工程師使用。

2.1 試驗(yàn)設(shè)備

1）試驗(yàn)場(chǎng)地：大的試驗(yàn)場(chǎng)或水平的場(chǎng)地，以便有足夠的距離對(duì)試驗(yàn)車輛照相（建議距離至少有100 m），最好在室內(nèi)進(jìn)行，或在室外的早晨或傍晚進(jìn)行；

2）數(shù)碼相機(jī)及附件：建議使用數(shù)碼單反相機(jī)及長(zhǎng)焦鏡頭，需要一個(gè)堅(jiān)固的三腳架（文中采用佳能EOS 6D及70～200 mm F4 L長(zhǎng)焦鏡頭）；

3）1 ×1 m的標(biāo)準(zhǔn)板；

4）100 m鋼卷尺一個(gè)；

5）數(shù)字式求積儀（文中所用為日本小泉牌KP-90N數(shù)字式求積儀，精度±2%）；

6）打印機(jī)一臺(tái)（文中所用打印機(jī)型號(hào)為 HP Color LaserJet cp2025）。

2.2 測(cè)量方法

1）將車輛平直地停在試驗(yàn)場(chǎng)地的一端；

2）將標(biāo)準(zhǔn)板平齊置于試驗(yàn)車輛邊，分別置于車前端平面、車輛最寬處平面、車尾平面進(jìn)行測(cè)量對(duì)比；

3）將相機(jī)安置在三腳架上，保證相機(jī)安裝高度為車身高度的一半，相機(jī)與車輛的距離為100 m；

4）將相機(jī)的焦距調(diào)整為200 mm并分別對(duì)標(biāo)準(zhǔn)板置于車前端平面、車輛最寬處平面、車尾平面進(jìn)行一組拍攝，每組拍攝 8張照片共計(jì)24張照片。

2.3 汽車迎風(fēng)面積的計(jì)算

1）將拍攝的照片導(dǎo)入電腦中，使用Photoshop或其他圖像處理軟件將照片中的車輛及標(biāo)準(zhǔn)板截取出，如圖 1所示，使車輛及標(biāo)準(zhǔn)板撐滿整張照片，然后用Photoshop中的鋼筆工具將車輛輪廓及標(biāo)準(zhǔn)版輪廓描出，抽出這 2個(gè)圖形，刪除背景圖像，處理結(jié)果如圖2所示；

2）將處理后的照片通過打印機(jī)打印；

3）利用數(shù)字式求積儀首先測(cè)量出打印紙張上標(biāo)準(zhǔn)板的面積 SS，cm2；其次利用數(shù)字式求積儀測(cè)量出同一紙張上車輛的面積 SV，cm2。為控制測(cè)量誤差，每一打印紙張都采用數(shù)字式求積儀測(cè)量 3次 SS及 SV，取平均值進(jìn)行計(jì)算；

4）汽車迎風(fēng)面積 SW=SV/SS。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及分析

某2種車型測(cè)量結(jié)果見表1、表2。

表1 車型1數(shù)據(jù)

表2 車型2數(shù)據(jù)

根據(jù)表1及表2數(shù)據(jù)可以得出如下結(jié)論。

1）根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]所示，照相法的最佳拍攝距離為90～110 m，文中僅選用100 m的拍攝距離。從試驗(yàn)結(jié)果中看出，車型1的3種結(jié)果的離散率僅為1.09%、0.44%、0.81%；車型2的3種結(jié)果的離散率僅為1.27%、1.06%和0.54%。離散率均較小，證明此距離的拍攝結(jié)果較好，滿足試驗(yàn)需求。

2）從表1、表2看出，標(biāo)準(zhǔn)板的放置位置對(duì)最終的試驗(yàn)結(jié)果偏差影響較大，故在試驗(yàn)前，務(wù)必確定車輛的最寬處平面以放置標(biāo)準(zhǔn)板。

3）從最終結(jié)果中看出，車型1的迎風(fēng)面積比計(jì)算機(jī)數(shù)模值偏大3.3%，車型2 的迎風(fēng)面積比計(jì)算機(jī)數(shù)模值偏大2.7%，數(shù)據(jù)總體偏大的主要原因是數(shù)字式求積儀的精度不夠，只有±2%。

4 結(jié)束語

從最終試驗(yàn)結(jié)果中看出，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性較好，但試驗(yàn)數(shù)據(jù)總體偏大，在沒有試驗(yàn)車輛的三維數(shù)模，及沒有充足試驗(yàn)費(fèi)用進(jìn)行風(fēng)洞和多束平行光測(cè)試的情況下，不失為計(jì)算試驗(yàn)車輛迎風(fēng)面積的一種較好的方法。此試驗(yàn)方法操作簡(jiǎn)單只需具備普通計(jì)算機(jī)操作能力，設(shè)備要求低，僅需普通單反相機(jī)、計(jì)算機(jī)、通用性數(shù)字求積儀即可。對(duì)于如何提高試驗(yàn)精度，可以從購(gòu)買更高精度的數(shù)字式求積儀和采用更昂貴的拍攝器材入手，對(duì)此試驗(yàn)方法進(jìn)行不斷完善及提高。

[1]余志生.汽車?yán)碚摚ǖ?版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[2]阮志剛.汽車迎風(fēng)面積測(cè)量方法的研究[J].汽車科技，2006（06）：35-37.