CN1163398A - 汽车空气阻力系数cd值的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明是汽车空气阻力系数C_D值的测试方法，它是通过测定汽车各油门踏板位置一定时的多个汽车行驶车速点相应的汽车驱动车轮输出的功率值及汽车在该路段上的滚动阻力值、坡度阻力值和汽车车身两侧的相对空气流速值，再计算汽车空气阻力系数C_D值，其计算公式为右式，式中：A为汽车迎风面积，按汽车正面投影面积计算，可简化为A=B·H；B为汽车轮距，H为汽车总高度。本发明方法投资少、费用低、测试简便、误差小、重复性好。

Description

汽车空气阻力系数C0值的测试方法

本发明是汽车空气阻力系数C₀值的测试方法，属汽车参数的测试技术。

无论设计一种新车型或对某一车型进行改装设计，为满足节约汽车用燃油的要求，往往对汽车外形的设计提出了严格的要求，以减少汽车行驶时对空气阻力所消耗的那部分功率。因此，都希望通过外型设计得到较小的汽车空气阻力系数C₀值。现有的用于对汽车空气阻力系数的测试方法是进行风洞的原型试验或模型试验。但因采用原型风洞试验的投资费用太大，所以一般都采用缩小的汽车模型在风洞中进行模型风洞试验，这就必须做到几何相似与空气动力学相似，才能获得较为准确的试验结果。然而，几何相似虽较容易做到，而空气动力学相似就很难做到。这因为空气动力学相似是指模型在风洞中试验时与汽车实际行驶情况下的雷诺数Re应相等，即： $\mathrm{Re}=\frac{V_a{L}_a{\mathrm{\ρ}}_a}{{\mathrm{\μ}}_a}=\frac{V_m{L}_m{\mathrm{\ρ}}_m}{{\mathrm{\μ}}_m}----\left(1\right)$

式中：L_a和L_m——分别为汽车原型和模型的长度；

      V_a和V_m——分别为汽车行驶速度和风洞中空气的速度；

      ρ_a和ρ_m——分别为大气和风洞中空气的密度；

      μ_a和μ_m——分别为大气和风洞中空气的粘滞系数。

若模型的尺寸为实际汽车原型尺寸的1/n，而两种情况下的p和μ相同，要维持雷诺数Re值不变，就只能提高风洞中空气的流速，使Vm＝nVa，这是难于做到的；在风洞试验中还应注意做到道路表面工况的相似，汽车沿道路行驶时，空气相对于路面的速度为零(假设无自然风的情况)，在路面上不存在边界层。而在风洞试验中，空气相对于模型支承面有流动，从而会形成边界层，因此对C₀值的测试也会产生误差。根据人们长期模型风洞试验的实践，模型风洞试验所测得的汽车空气阻力系数C₀值的误差是较大的，一般为10％～20％，最大误差可达40％。因此，为了较准确地测试汽车的空气阻力系数，必须建造大型风洞来对实际的原型汽车进行空气阻力系数C₀值的测试，这样需要很大的投资，测试费用非常昂贵。

本发明的目的就是为了克服和解决现有模型风洞试验测试汽车空气阻力系数C₀值时测试困难、空气动力学相似的要求难于做到，测试结果不准确、误差大，而用原型汽车风洞试验测试汽车空气阻力系数C₀值又投资太大，费用昂贵等缺点和问题，研究提供一种既省钱又方便快捷，并且测试结果又较准确的汽车空气阻力系数C₀值的测试方法。

本发明方法是通过下述方法技术方案来实现的：本测试方法是通过测量在发动机节气门开度(即汽车油门踏板位置)一定时的多个汽车行驶车速点相对应的汽车驱动车轮输出的功率值以及汽车在该路段上的滚动阻力值、坡度阻力值及汽车车身两侧的相对空气流速值，再进行汽车空气阻力系数C₀值的计算。其具体步骤为：(1)按几个不同的汽车油门踏板位置，测定汽车在良好水平路面上各油门踏板位置相对应的汽车匀速行驶时的车速V_a1、V_a2………V_a1值，同时测出汽车车身两侧的相对空气流速值V_aw1、V_aw2……V_awi；(2)保持试验汽车相同的技术工况，用汽车底盘电涡流测功机测定上述各车速时的汽车各油门踏板位置及相应车速V_a1、V_a2……V_ai时的汽车驱动车轮输出的用于平衡各相应车速下的汽车空气阻力及汽车滚动阻力的功率值；(3)根据汽车行驶的功率平衡原理，汽车在水平良好路面上匀速行驶时，受到的行驶阻力只有滚动阻力和空气阻力，因此，通过步骤(2)测得的汽车驱动车轮的输出功率值可分解为滚动阻力消耗的功率和空气阻力消耗的功率两部分，从而由空气阻力消耗功率计算式，即可算得空气阻力系数C₀值：

由 $P_w=\frac{C_0{{\mathrm{AV}}^3}_{\mathrm{aw}}}{76140}\left(\mathrm{KW}\right)$

得： $C_0=\frac{76140P_w}{{{\mathrm{AV}}^3}_{\mathrm{aw}}}----\left(2\right)$

式中：A为汽车的迎风面积，按汽车正面投影面积计算，可简化为A＝B.H(m²)

      B——汽车轮距(m)

      H——汽车总高度(m)

本发明与现有技术相比有如下的优点和有益效果：本测试方法投资少(购置电模拟汽车行驶阻力的汽车底盘测功机只需30万元以内人民币，道路试验用汽车第五轮仪若需购置也只需几万元人民币，何况一般汽车实验室均有该仪器)，测试简便(各汽车制造厂或测试单位在任一地区都可找到一段测试用的水平良好路面)，而用风洞试验测试汽车空气阻力系数C₀值则投资大，全国只有航空航天工业部的极少数科研单位才具有风洞试验的设备与条件，每进行一次车型的空气阻力系数C₀值的测定都花费费用很大，周期很长。

发明人曾用本发明方法对汽车空气阻力系数C₀值进行过多次测试，下面是其中的三次不同车速的测试实例：(1)测试车型及车况：中国第一汽车制造厂生产的双排座轻型货车CA1020壹辆，帆布车箱，帆布顶部高出原驾驶室顶部470mm，帆布车箱宽1700mm，车箱尾敞开；(2)汽车有关参数：汽车测试时总重力Ga＝17550N，汽车总高度H＝2.3m，轮距B＝1.42m，轮胎气压P_前＝3.8kg/cm²，P_后＝5.8kg/cm²；(3)测试路段：广东番禺市市桥至莲花山港清河东路石基路段，该路段为6车道平直水泥路面，路面几乎接近水平。为消除坡度因素，以同一路段往返行驶定出不同节气门开度的最大车速值；(4)某油门限位下(即油门踏板某位置固定)，用III挡行驶测得最大稳定车速为63.5km/h，用IV挡行驶测得最大稳定车速为73.6km/h；用V挡行驶测得最大稳定车速为74.5km/h(行驶路段路面坡度为零计，并设自然风为零，即V_a1＝V_aw1、V_a2＝V_aw2……V_ai＝V_awi)；(5)用华南理工大学汽车实验室的DWC-160/150型汽车底盘电涡流测功机测得相应工况的汽车驱动车轮输出的最大功率P_K＝(P_w+P_f)分别为13.3kw、17.89kw、18.44kw；(6)汽车行驶试验路段工况的汽车滚动阻力系数取0.02计，即滚动阻力为0.02Ga＝0.02×17550N＝351N；(7)汽车空气阻力系数C₀值的计算如下：(a)Va分别为63.5km/h、73.6km/h、74.5km/h时，汽车滚动阻力消耗的功率(Pf＝351N×Va)分别为6.191kw、7.176kw、7.264kw；(b)相应车速工况下所消耗的空气阻力功率(Pw＝P_k-P_f)分别为7.109kw、10.714kw、11.176kw；(C)由Pw计算汽车空气阻力系数C₀值：由②式 $C_0=\frac{76140\mathrm{Pw}}{H.B.{V^3}_{\mathrm{aw}}}$ 计算，可测得C₀分别为0.6473、0.6265、0.6301，测试结果如下表：

(8)从上表可见，用本发明方法对三种不同行驶工况所测得的同一汽车的空气阻力系数C₀值都很接近，三者中差值最大的为0.6473-0.6265＝0.0208，相对误差最大值为 $\mathrm{\Δ}=\frac{0.0208}{0.6265}=3.32\%$ ，说明测试结果重复性较好。

Claims (1)

1、一种汽车空气阻力系数C₀值的测试方法，其特征在于：通过测量在发动机节气门开度(即汽车油门踏板位置)一定时的多个汽车行驶车速点相对应的汽车驱动车轮输出的功率值以及汽车在该路段上的滚动阻力值、坡度阻力值，及汽车车身两侧的相对空气流速值，再进行汽车空气阻力系数C₀值的计算，其具体步骤为：(1)按几个不同的汽车油门踏板位置，测得汽车在良好水平路面上各油门踏板位置相对应的汽车匀速行速时的车速V_a1、V_a2…………V_ai值，同时测出汽车车身两侧的相对空气流速值V_w1、V_aw2……V_awi；(2)保持试验汽车相同的技术工况，用汽车底盘电涡流测功机测定上述各车速时的汽车各油门踏板位置及相应车速时的汽车驱动车轮输出的用于平衡各相应车速下的汽车空气阻力及汽车滚动阻力的功率值；(3)根据汽车行驶的功率平衡原理，汽车在水平良好路面上匀速行驶时，受到的行驶阻力只有滚动阻力和空气阻力，因此，通过步骤(2)测得的汽车驱动车轮的输出功率值可分解为滚动阻力消耗的功率和空气阻力消耗的功率两部分，从而由空气阻力消耗功率计算式，即可算得空气阻力系数C₀值：

由 $\mathrm{Pw}=\frac{C_0{{\mathrm{AV}}^3}_{\mathrm{aw}}}{76140}\left(\mathrm{KW}\right)$

得： $C_0=\frac{76140\mathrm{Pw}}{{{\mathrm{AV}}^3}_{\mathrm{aw}}}$

式中：A为汽车的迎风面积，按汽车正面投影面积计算，可简化为A＝B·H(m²)

      B为汽车轮距(m)

      H为汽车总高度(m)