一种基于道路滑行阻力测试的风阻分析方法与流程

本发明涉及车辆性能参数测试技术，尤其涉及一种基于道路滑行阻力测试的风阻分析方法。

背景技术：

车辆在道路上空挡滑行时，受到的阻力主要包括空气阻力、滚动阻力和车辆内阻。其中空气阻力大小与车辆运行速度的平方成正比。当车辆在水平路面以80km/h车速匀速行驶时，车辆受到的空气阻力占总行驶阻力的阻力的60％以上。因此车辆的空气阻力大小直接影响着其动力性及经济性的表现。

空气阻力(即风阻)的大小主要取决于风阻系数和迎风面积的乘积scx(scx＝cd×a)。这也是风阻优化的方向。在乘用车开发设计过程中，scx的获取通常有三种方法。

一种方法是通过cfd仿真计算获取。车辆在道路上滑行时，环境(湿度、温度、风速)变化较为复杂，道路条件及车身姿态变化复杂且数据难以采集。cfd的仿真结果并不能真实的反映车辆在道路上滑行时的scx水平。

第二种方法是根据底盘测功机测试结果计算风阻。在底盘测功机上模拟车辆道路滑行试验，由转毂施加阻力矩模拟车辆滑行时受到的空气阻力。该方法最大缺点是精度较低。

第三种方法是通过风洞试验获取。但是风洞试验成本高昂，周期较长，不能及时响应车辆设计过程中的变化。尤其在竞品分析和行业对标中，国内几乎没有车企愿意投入大量的时间和费用去分析竞品标杆的scx水平。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于道路滑行阻力测试的风阻分析方法，用于评估车辆在道路上的真实风阻，解决scx获取困难和成本周期大的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于道路滑行阻力测试的风阻分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)测试准备；准备待测试样车和多组轮胎；

2)整车测试及分析参数监控；

监控并采集的数据包括轮胎胎压、测试时的环境温度；

3)进行道路滑行试验，滑行时工况设定为车速从高到低，依次记录道路试验工况点对应的车速v和时间t，得到各组轮胎各速度点下的整车滑行阻力fi；

测得多次滑行测试的胎压与车速的数据；barfli(v)、barfri(v)、barrli(v)、barrri(v)；

滑行试验前后记录测试质量，按公式计算质量修正因子km：

km＝mav/m0，

其中mav为滑行前后测试质量平均值，m0为测试前质量；

记录滑行试验前后四轮载荷；

4)轮胎滚动阻力测量；

根据滑行阻力测试时的测试参数确定轮胎滚动阻力测试参数进行，测量车辆滑行时各车速点对应的滚动阻力fi(v)；

5)传动系内阻的测量；

保持多次滑行的环境温度条件，测得各速度点的传动系内阻ri(v)；

6)空气阻力和scx获取；

根据整车滑行阻力fi、滚动阻力fi(v)和传动系内阻ri(v)，按照公式fw1(v)＝fi(v)-fi(v)-ri(v)计算得到第i组轮胎车辆道路滑行时的空气阻力fwi(v)；

根据公式计算得到多组轮胎滑行时各速度点的风阻系数和迎风面积的乘积：scxi(v)；其中，ρw为测试时空气密度，v为车速；

求取各速度点scxi(v)的平均值，即得到该滑行样车各速度点的风阻系数和迎风面积的乘积

7)根据该滑行样车各速度点的风阻系数和迎风面积的乘积进行风阻分析。

按上述方案，所述步骤1)中测试准备还包括测试条件的一致性确认：车轮前束角度调成一致、试验的配载位置、包括燃油油液量一致。

按上述方案，所述步骤1)中准备的多套轮胎花纹深度一致；在轮胎上标记轮胎在样车上的安装位置：前左/前右，后左/后右。

按上述方案，所述步骤3)中还包括记录测试时自动挡车型的变速箱油液温度以及环境参数，所述环境参数包括大气压力和相对湿度。

按上述方案，所述步骤3)中根据工况设定确定速度点，

按上述方案，所述步骤3)中进行道路滑行试验，滑行时工况设定为车速从高到低，依次记录道路试验工况点对应的车速v和时间t，进行数据拟合，得到各组轮胎各速度点下的整车滑行阻力fi：fi＝aiv²+biv+ci，其中ai、bi和ci为常数项。

按上述方案，所述步骤4)中，具体如下：

轮胎滚动阻力测试温度与滑行阻力测试时环境温度保持一致，并根据步骤3)记录的滑行试验前后四轮载荷确定滚动阻力测试的轮胎负荷；

测试时充气胎压依据步骤3)测得的barfli(v)、barfri(v)、barrli(v)、barrri(v)作为滚动阻力测试时的试验速度和试验充气胎压；

滚动阻力测试轮胎在样车上的安装位置与滑行阻力测试时保持一致，分别记录单条轮胎5km/h～150km/h各速度点(速度步长5km/h)的轮胎与转毂接触面的作用力f′t(v)，并计算相应速度点的附加损失f′p(v)，二者差值即为该轮胎在此速度点的滚动阻力；

将每组四条轮胎测得的滚动阻力相加，得到车辆滑行时各车速点对应的滚动阻力：fi(v)；

按上述方案，所述步骤4)中根据步骤3)记录的滑行试验前后四轮载荷确定滚动阻力测试的轮胎负荷，具体如下：

根据记录滑行试验前后四轮载荷，计算各轮胎的轮荷修正因子kt：

kt＝ftav/ft0，

其中，ft0为测试前轮荷，ftav为滑行测试前后轮荷平均值；

根据试验前测得的四轮轮荷和轮荷修正因子，计算得到修正轮荷q，q＝q0×kt，其中q0为试验前轮胎轮荷；

将四轮载荷的修正值作为滚动阻力测试的轮胎负荷。

按上述方案，所述步骤5)具体如下：将车辆充分热车后移至四驱五电机试验台架上，车辆置于空挡/n档，拆除车辆的四个轮胎总成，将扭矩法兰同车辆的四个制动盘与四个负载电机相联，将试验仓的温度分别设置为多次滑行的环境温度t1、t2、t3，测得对应的5km/h～150km/h各速度点(速度步长5km/h)的传动系内阻ri(v)；

按上述方案，所述步骤6)中空气密度采用以下方法计算：

根据公式计算滑行测试时的空气密度，其中，t为测试时环境温度，p为滑行测试时的大气压力、为相对湿度、pb为饱和水蒸气压力。

本发明产生的有益效果是：本发明所述的一种基于道路滑行阻力测试的风阻分析方法与cfd仿真相比，更能反映车辆在道路上的真实水平；与底盘测功机测试方法相比，精度更高；与风洞试验相比，费用较低。

本发明所述方法能够应用在车型的开发和验证过程，尤其是项目前期的竞品车阻力分析和中后期的scx验证和管控，能快速地发现阶段样车与设计状态的差异和问题，及时的优化和改进，对提升整车企业的研发能力有着重要意义。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种基于道路滑行阻力测试的风阻分析方法，包括以下步骤：

1)整车测试及分析参数收集；监控并采集轮胎胎压数据；整车参数包括整车整备质量、测试质量、轮胎型号及滚动半径；

2)测试准备；准备一台测试样车和多组轮胎；

3)进行道路滑行试验，依次记录道路试验工况点对应的车速v和时间t，得到三组轮胎各速度点下的整车滑行阻力：f1＝a1v²+b1v+c1、f2＝a2v²+b2v+c2和f2＝a2v²+b2v+c2，其中和a1、b1、c1，a2、b2、c2，a3、b3、c3为常数项；

测得三次滑行测试的胎压与车速的数据；

滑行试验前后需记录测试质量，按公式计算质量修正因子km：

km＝mav/m0，

其中m0为测试前质量，mav为滑行前后测试质量平均值。

记录滑行试验前后四轮载荷，按公式计算各轮胎的轮荷修正因子kt：kt＝ftav/ft0，其中ft0为测试前轮荷，ftav为滑行测试前后轮荷平均值。

根据试验前测得的四轮轮荷和轮荷修正因子，按公式q＝q0×kt其中q0为试验前轮胎轮荷)计算得到修正轮荷；

4)轮胎滚动阻力测量，测试温度与滑行阻力测试时环境温度保持一致。并以步骤3)四轮载荷的修正值作为滚阻测量的轮胎负荷。

测试时充气胎压依据步骤3)测得的barfl1(v)、barfr1(v)、barrl1(v)、barrr1(v)；barfl2(v)、barfr2(v)、barrl2(v)、barrr2(v)；barfl3(v)、barfr3(v)、barrl3(v)、barrr3(v)实施充气。

滚动阻力测试分别记录单条轮胎5km/h～150km/h各速度点(速度步长5km/h)的轮胎与转毂接触面的作用力f′t(v)，并按标准iso-28580计算相应速度点的附加损失f′p(v)。二者差值即为该轮胎在此速度点的滚动阻力。

将每组四条轮胎测得的滚动阻力相加，就得到了车辆滑行时各车速点对应的滚动阻力：f1(v)、f2(v)、f3(v)；

5)传动系内阻的测量。将车辆充分热车后移至四驱五电机试验台架上，车辆置于空挡/n档，拆除车辆的四个轮胎总成。将扭矩法兰同车辆的四个制动盘与四个负载电机相联。将试验仓的温度分别设置为三次滑行的环境温度t1、t2、t3，可测得对应的5km/h～150km/h各速度点(速度步长5km/h)的传动系内阻r1(v)、r2(v)、r3(v)。

6)空气阻力和scx获取。根据步骤3)、步骤4)和步骤5)测试数据和计算结果，按照公式fw1(v)＝f1(v)-f1(v)-r1(v)计算得到第一组轮胎车辆道路滑行时的空气阻力fw1(v)。同理计算得到第二组和第三组轮胎车辆道路滑行时的空气阻力fw2(v)和fw3(v)。

根据公式计算滑行测试时的空气密度：ρw1、ρw2、ρw3。其中t为测试时环境温度，p为滑行测试时的大气压力、为相对湿度、pb为饱和水蒸气压力。

并据公式计算得到三组轮胎滑行时各速度点的风阻系数和迎风面积的乘积：scx1(v)、scx2(v)、scx3(v)。其中ρw为测试时空气密度，v为车速。

求取个速度点scx1(v)、scx2(v)、scx3(v)平均值，即得到该滑行样车各速度点的风阻系数和迎风面积的乘积

一种基于道路滑行阻力测试的风阻分析方法，包括：

步骤1)：整车测试及分析参数收集。整车参数包括整车整备质量、测试质量、轮胎型号及滚动半径等。

步骤2)：测试准备。测试需要准备一台测试样车和两套轮胎，三套轮胎应为新胎，并测量确认三套轮胎花纹深度基本一致；在轮胎上标记轮胎在样车上的安装位置，如前左/前右，后左/后右等。设置多套轮胎的目的是为了避免单套轮轮胎重复测试轮胎花纹深度改变，影响整个测试结果精度，对样车在内的三套轮胎做好安装标记，并布置好胎压传感器；如试验样车为自动挡车型，还需布置变速箱油液温度传感器或确认可以从can上读取变速箱油液温度数据,以监控道路滑行阻力测试时的变速箱油温。

试验前将车轮前束角度调整至指定角度，并测量和记录样车的测试质量和四轮载荷。

试验前检查并确认每次试验的配载位置、包括燃油等油液量一致，尽可能消除由于轮胎换装导致四轮定位参数变化对滑行结果的影响。

步骤3)：道路滑行试验。记录测试时环境温度t1、t2、t3，大气压力p1、p2、p3，相对湿度

参照gb/t12536《汽车滑行试验方法》和gb18352.5-2013《轻型汽车污染物排放限值及测试方法》，依次对三套轮胎状态下的样车进行道路滑行试验。

对于自动挡变速箱车型，热车后记录试验开始时变速箱油液稳定温度tr。应待变速箱油液温度稳定达到指定的温度范围内再开始滑行测试。

滑行时工况设定为车速从高到低,从150km/h～5km/h,速度步长为5km/h。依次记录道路试验工况点对应的车速v和时间t。同时滑行试验后，测量和记录样车的测试质量，按公式km＝mav/m0(其中m0为测试前质量，mav为滑行前后测试质量平均值)计算三次滑行的测试质量修正因子km1、km2、km3。

参照gb/t12536和gb18352.5-2013附录ch试验数据处理方法，采用最小二乘法，模拟得到三组轮胎各速度点下的的整车滑行阻力：f1＝a1v²+b1v+c1、f2＝a2v²+b2v+c2和f2＝a2v²+b2v+c2。

其中c1、c2、c3为质量修正后的第1、2、3次滑行处理结果的常数项，根据步骤3)计算的km1、km2、km3进行修正：

ci＝c0i×kmi

其中c0i为未经质量修正的第i次滑行处理结果的常数项，kmi为第i次滑行的质量修正因子。

测试时记录三次滑行测试的胎压与车速的曲线数据：

第一组轮胎滑行时四个轮胎胎压与速度的数据：barfl1(v)、barfr1(v)、barrl1(v)、barrr1(v)。

第二组轮胎滑行时四个轮胎胎压与速度的数据：barfl2(v)、barfr2(v)、barrl2(v)、barrr2(v)。

第三组轮胎滑行时四个轮胎胎压与速度的数据：barfl3(v)、barfr3(v)、barrl3(v)、barrr3(v)。

滑行试验前后，测量和记录样车的四轮载荷，并计算轮胎的修正轮荷，具体如下：

按公式kt＝ftav/ft0(其中ft0为测试前轮荷，ftav为滑行测试前后轮荷平均值)计算得到：

第一组轮胎各轮轮荷修正因子ktfl1、ktfr1、ktrl1、ktrr1；

第二组轮胎各轮轮荷修正因子ktfl2、ktfr2、ktrl2、ktrr2；

第三组轮胎各轮轮荷修正因子ktfl3、ktfr3、ktrl3、ktrr3。

进一步，根据试验前测得的四轮轮荷和轮荷修正因子，按公式q＝q0×kt其中q0为试验前轮胎轮荷)计算得到：

第一组轮胎四个轮胎的修正轮荷：qtfl1、qtfr1、qtrl1、qtrr1；

第二组轮胎四个轮胎的修正轮荷：qtfl2、qtfr2、qtrl2、qtrr2；

第三组轮胎四个轮胎的修正轮荷：qtfl3、qtfr3、qtrl3、qtrr3；

步骤4)：轮胎滚动阻力测量。参照标准iso-28580对三组轮胎进行滚动阻力进行测试。测试温度分别与三次滑行测试时的环境温度t1、t2、t3保持一致。

以步骤3)计算得到的各轮轮胎的修正轮荷qtfl1、qtfr1、qtrl1、qtrr1；qtfl2、qtfr2、qtrl2、qtrr2；qtfl3、qtfr3、qtrl3、qtrr3作为滚阻测量的试验负荷负荷。

以步骤3)测得的车速与胎压的曲线数据：barfl1(v)、barfr1(v)、barrl1(v)、barrr1(v)；barfl2(v)、barfr2(v)、barrl2(v)、barrr2(v)；barfl3(v)、barfr3(v)、barrl3(v)、barrr3(v)作为滚动阻力测试时的试验速度和试验充气胎压。

分别记录单条轮胎5km/h～150km/h各速度点的(速度步长5km/h)轮胎与转毂接触面的作用力f′t：

第一组轮胎四个轮胎的作用力：f′tfl1、f′tfr1、f′trl1、f′trr1；

第二组轮胎四个轮胎的作用力：f′tfl2、f′tfr2、f′trl2、f′trr2；

第三组轮胎四个轮胎的作用力：f′tfl3、f′tfr3、f′trl3、f′trr3；

并按标准iso-28580计算相应速度点的附加损失f′p:

第一组轮胎四个轮胎的加损失：f′pfl1、f′pfr1、f′prl1、f′prr1；

第二组轮胎四个轮胎的加损失：f′pfl2、f′pfr2、f′prl2、f′prr2；

第三组轮胎四个轮胎的加损失：f′pfl3、f′pfr3、f′prl3、f′prr3；

二者差值即为该轮胎在此速度点的滚动阻力：

第一组轮胎四个轮胎的滚动阻力：f′rfl1、f′rfr1、f′rrl1、f′rrr1；

第二组轮胎四个轮胎的滚动阻力：f′rfl2、f′rfr2、f′rrl2、f′rrr2；

第三组轮胎四个轮胎的滚动阻力：f′rfl3、f′rfr3、f′rrl3、f′rrr3；

将每组四条轮胎测得的滚动阻力相加，就得到了车辆滑行时各车速点对应的滚动阻力：

第一组轮胎滑行时车辆受到的滚动阻力：f1＝f′rfl1+f′rfr1+f′rrl1+f′rrr1；

第二组轮胎滑行时车辆受到的滚动阻力：f2＝f′rfl2+f′rfr2+f′rrl2+f′rrr2；

第三组轮胎滑行时车辆受到的滚动阻力：f3＝f′rfl3+f′rfr3+f′rrl3+f′rrr3；

最后得到三组轮胎滚动阻力与车速的曲线数据：f1(v)、f2(v)、f3(v)。

步骤5)：传动系内阻的测量。将车辆充分热车后移至四驱五电机试验台架上，车辆置于空挡/n档，拆除车辆的四个轮胎总成。通过螺杆和扭矩法兰将车辆的四个制动盘与四个负载电机相联。将试验仓的浸泡温度分别设置为三次滑行的环境温度t1、t2、t3。依次记录5km/h～150km/h各速度点(速度步长5km/h)的传动系内阻r(5)、r(10)……r(150)。可得到三组轮胎对应的传动系内阻r1(v)、r2(v)、r3(v)。

如果是自动挡变速箱车型，应运行车辆待变速箱油液温度稳定达tr再开始测试。

步骤6)：空气阻力和scx获取。根据步骤3)、步骤4)和步骤5)测试数据和计算结果，分别计算三组轮胎的道路滑行时的空气阻力：

第一组轮胎滑行时车辆受到的滚动阻力：fw1(v)＝f1(v)-f1(v)-r1(v)；

第二组轮胎滑行时车辆受到的滚动阻力：fw2(v)＝f2(v)-f2(v)-r2(v)；

第三组轮胎滑行时车辆受到的滚动阻力：fw3(v)＝f3(v)-f3(v)-r3(v)；

根据公式计算滑行测试时的空气密度：ρw1、ρw2、ρw3。其中t为测试时环境温度，p为滑行测试时的大气压力、为相对湿度、pb为饱和水蒸气压力。

并据公式计算得到三组轮胎滑行时各速度点的风阻系数和迎风面积的乘积：scx1(v)、scx2(v)、scx3(v)。其中ρw为测试时空气密度，v为车速。

求取个速度点scx1(v)、scx2(v)、scx3(v)平均值，即得到该滑行样车各速度点的风阻系数和迎风面积的乘积

车辆在道路上行驶时，由于路面、风速、车身姿态等因素的不确定性，其scx值并不是一个固定值，它更能反映车辆在实际道路上行驶时风阻情况。当需要固定来对标分析时，通常取100km/h～140km/h的scx均值来代表该车的风阻水平用于分析。

风阻的分析和目标管控在乘用车开发设计中一直是一个棘手的问题。本发明所述的一种基于道路滑行阻力测试的风阻分析方法与cfd仿真相比，更能反映车辆在道路上的真实水平；与底盘测功机测试方法相比，精度更高；与风洞试验相比，费用较低。

本发明所述方法能够应用在车型的开发和验证过程，尤其是项目前期的竞品车阻力分析和中后期的scx验证和管控，能快速地发现阶段样车与设计状态的差异和问题，及时的优化和改进，对提升整车企业的研发能力有着重要意义。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。