陳為煜

?

客車尾翼對經濟性能影響研究

陳為煜

（廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司，福建 廈門 361023）

研究一種客車尾翼對整車風阻系數的影響，通過比較滑行阻力測量、經濟性試驗結果驗證CAE仿真計算的正確性。

客車；尾翼；經濟性試驗；滑行阻力測量

前言

整車燃油經濟對汽車的重要性不言而喻。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，用戶對車輛動力經濟性要求越來越高，各國對碳排放標準和能耗的要求也日益嚴格［1］。提高整車燃油經濟性可以降低車輛使用費用，提高商用車輛的經濟效益。從宏觀層面來講，車輛燃油經濟性的提高可以減少國家對進口石油的依賴性，節(jié)省石油資源，減少車輛尾氣排放，減少對環(huán)境的污染。如何提高車輛燃油經濟性能是汽車設計應該關注的話題。

本文從改善某客車風阻性能角度出發(fā)，提出一種改善整車風阻的客車尾翼造型。對整車進行外流場分析，分析對比整車阻力系數，并對實車進行滑行和油耗對比試驗以評價尾翼對經濟性能影響。

1 整車外流場分析

對原車型建立外流場分析模型，包括車身外造型、后視鏡、空調罩、天窗和底盤所有較大、重要的部件模型。

圖1 尾翼造型照片

通過HyperMesh、CCM+對模型進行幾何處理，形成封閉空間，建立一個長方體的計算域。車前為3倍車長，車后為4倍車長，寬度為5倍車高。采用STAR-CCM+的切面體網格模型（Trimer）生成體網格。

計算參數設置，湍流模型：SST K-Omega 湍流模型來模擬客車車身表面及其周圍空氣流動的情況。初始條件：在100km/h的速度下，空氣從前方流過客車外表面，湍流參數設置如表1；邊界條件：進口為速度入口邊界，出口為壓力出口邊界，湍流參數設置如表1。壁面邊界：地面為無滑移和移動壁面邊界條件，速度為100km/h，方向與入口來流速度方向相同，其他設為無滑移邊界條件。

圖2 某車型外流場分析幾何模型

表1 湍流參數設置

通過CAE仿真分析整車外流場整車阻力系數結果如表2所示。

表2 湍流參數設置

由表2可知，通過加裝尾翼造型，整車阻力參數相比原基礎車型減小了18.66%，后車尾翼造型對整車阻力參數改善效果明顯。

2 整車滑行試驗驗證

表3 某客車客車速行駛阻力測試結果

按照GB27840-2011規(guī)定的滑行試驗方法，對整車兩種狀態(tài)進行行駛阻力測定。試驗過程中特別注意試驗車對車輛按標準規(guī)定的熱車方法進行熱車，以減小試驗誤差，得到更準確的行駛阻力參數。

如圖2所示，在低速區(qū)間，樣車兩個狀態(tài)行駛阻力差異不大，在低速區(qū)間，汽車尾翼對整車行駛阻力改善不明顯。車速達到80km/h以后，兩個狀態(tài)的差異比較明顯。

式中CD為空氣阻力系數，ρ為空氣密度，A為迎風面積，即汽車行駛方向的投影面積，Vr為相對速度，在無風是即汽車的行駛速度［2］。在高速區(qū)間，汽車風阻隨著汽車車速的增加增加明顯，汽車風阻占比汽車行駛阻力的比重也不斷增加，由汽車尾翼引起的改善汽車風阻的作用也較明顯。這與汽車理論相吻合。改善汽車行駛阻力的最終目的是為了提高汽車的經濟性能，實際車輛的節(jié)油效果如何，還需要通過油耗試驗來進一步驗證。

圖3 不同車輛狀態(tài)行駛阻力對比

3 整車經濟性試驗驗證

整車經濟性試驗采用GBT 12545.2-2001《商用車燃料消耗量試驗方法》規(guī)定的等速行駛燃料消耗量試驗進行試驗驗證。實際試驗過程中對試驗方法進行了修正。原標準規(guī)定的試驗路段為長直線500米，實際試驗過程發(fā)現數據重復性較差。實際試驗過程將試驗路段調整為高環(huán)環(huán)道，行駛距離為5300米。經過大量經濟性試驗發(fā)現該方法得到數據重復性較好。測量結果如表4。

表4 某客車經濟性測試試驗結果

由表4試驗結果可知在低速區(qū)間，兩個狀態(tài)經濟性能相當。在60-120km/h的速度區(qū)間，帶尾翼狀態(tài)車輛有一定節(jié)油效果。110km/h的節(jié)油效果最為明顯達6.99%。車速越高，尾翼造型的節(jié)油效果越明顯，這與滑行行駛阻力測試結果結論一致。JTT 1094-2016《營運客車安全技術條件》4.1.10規(guī)定最大設計車速大于100km/h的營運客車應具有限速功能，且最大車速不得超過100km/h［3］。國內營運車輛最大車速不能超過100km/h，車速超過100km/h的速度區(qū)間不具有現實意義。因此對于速度大于100km/h的節(jié)油效果不再作討論。

為評價車輛實際使用用的節(jié)油效果，按JTT711-2016《營運客車燃料消耗量限值及測量方法》5.5計算等速工況燃料消耗量。計算結果如表5所示，等速工況綜合節(jié)油效率為1.21%?？蛙囄惨碓煨蛯Ω纳普嚱洕阅苄Ч黠@。

表5 某客車等速工況燃料消耗量

4 結束語

中國汽車技術研究中心主辦的《2019年新能源汽車藍皮書編寫啟動會暨傳統(tǒng)內燃機汽車與新能源汽車協(xié)同發(fā)展》確立了2021-2035年中國傳統(tǒng)內燃機汽車與新能源汽車協(xié)同發(fā)展的產業(yè)戰(zhàn)略?？梢灶A見至2035年內燃機汽車與新能源汽車將得到平等對待。不斷提高傳統(tǒng)內燃機車型的燃油經濟性具有重大意義。通過優(yōu)化整車造型，改善整車外流場分布，減小整車行駛的阻力值，從而提高整車經濟性能是優(yōu)化整車經濟性能的一個方向。

[1] 張風利,唐麗君,侯曉光,楊靜,某汽車風阻性能開發(fā).中國汽車工程學會年會論文集,2018.

[2] 余志生,汽車理論[M].北京機械工業(yè)出版社,2000.

[3] JTT 1094-2016.《營運客車安全技術條件》[S].

Study On The Effect Of Coach Empennage On Fuel Economy

Chen Weiyu

（Xiamen King-Long United Automotive Industry Co., Ltd, Fujian Xiamen 361023 )

Study on the effect of coach empennage on fuel economy.Compare the results of the economy test and the sliding resistance test to verify the correctness of the CAE Simulation.

Coach; Empennage; Economy Test; Test method of sliding resistance

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.10.036

U467

A

1671-7988(2019)10-100-03

U467

B

1671-7988(2019)10-103-03

陳為煜 (1985-)，男，本科，道路試驗工程師，就職于廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有公司，主要從事整車性能及可靠試驗及整車性能分析。