一種乘用車傳動(dòng)系阻力的求解方法

張傲，賀子龍，韓震，袁磊

(安徽江淮汽車股份有限公司，安徽合肥 230000)

一種乘用車傳動(dòng)系阻力的求解方法

張傲，賀子龍，韓震，袁磊

(安徽江淮汽車股份有限公司，安徽合肥 230000)

根據(jù)道路滑行和轉(zhuǎn)轂滑行的受力原理，提出了一種乘用車傳動(dòng)系阻力的間接求取方法，傳動(dòng)系阻力的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際有較好的吻合度，同時(shí)簡(jiǎn)單分析了傳動(dòng)系阻力的變化規(guī)律。

滑行阻力；求解原理；傳動(dòng)系阻力

Abstract:According to the mechanics principle of road and chassis-dynamometer coasting, a method to calculate the transmission resistance of passenger cars was presented. The calculated results have a good agreement with the actual ones. With this method, the variation role of the transmission resistance was analyzed simply.

Keywords:Cost-down resistance；Solving principle；Transmission resistance

0 前言

很多研究者認(rèn)為滑行阻力僅包含滾動(dòng)阻力和空氣阻力[1]。事實(shí)上，傳動(dòng)系阻力也是存在的，即滑行阻力包含滾動(dòng)阻力、空氣阻力和傳動(dòng)系阻力。其中滾動(dòng)阻力系數(shù)可在輪胎轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)上測(cè)量從而獲得滾動(dòng)阻力，空氣阻力系數(shù)和迎風(fēng)面積可根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)量從而獲得空氣阻力，傳動(dòng)系阻力卻無法直接求取。總體而言，目前傳動(dòng)系阻力的求取方法是根據(jù)道路或轉(zhuǎn)轂的試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行高級(jí)處理獲得[1-3]。文中綜合了道路和轉(zhuǎn)鼓的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從滑行過程的受力原理入手，提出了一種新的傳動(dòng)系阻力的求解方法，并以乘用車為例對(duì)傳動(dòng)系阻力進(jìn)行了求解，同時(shí)分析了與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的吻合狀況。

1 傳動(dòng)系阻力的求解原理

1.1 滾動(dòng)阻力簡(jiǎn)述

滾動(dòng)阻力等于滾動(dòng)阻力系數(shù)與車輪負(fù)荷(不考慮坡度時(shí)，即為車重)的乘積。滾動(dòng)阻力系數(shù)與路面種類、行駛車速及輪胎構(gòu)造、材料及氣壓等有關(guān)，為方便計(jì)算常簡(jiǎn)化為常量。同時(shí)，根據(jù)受力位置，車輪負(fù)荷可分為從動(dòng)輪/驅(qū)動(dòng)輪負(fù)荷兩部分，其值大致等于驅(qū)動(dòng)軸/從動(dòng)軸載荷。滾動(dòng)阻力計(jì)算式見公式(1)：

Ff=f·W≈f·(Ff-從+Ff-驅(qū))

(1)

式中:Ff為總滾動(dòng)阻力;f為滾動(dòng)阻力系數(shù);W為車輪總負(fù)荷;Ff-從為從動(dòng)輪負(fù)荷;Ff-驅(qū)為驅(qū)動(dòng)輪負(fù)荷。

1.2 道路滑行阻力簡(jiǎn)述

按前言所述，汽車空擋滑行時(shí)的阻力包含滾動(dòng)阻力、空氣阻力和傳動(dòng)系阻力。對(duì)實(shí)車滑行數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，一般擬合成二次函數(shù)的形式[2]，并獲得3個(gè)擬合因子F0、F1、F2。道路滑行阻力公式(2)、(3)如下：

F滑=Ff+Fw+F內(nèi)

(2)

F滑=F0+F1·v+F2·v2

(3)

式中：F滑為實(shí)車滑行阻力；Ff為總滾動(dòng)阻力;Fw為空氣阻力;F內(nèi)為傳動(dòng)系阻力；F0、F1、F2為道路滑行阻力擬合因子;v為車速。

1.3 轉(zhuǎn)轂滑行阻力簡(jiǎn)述

在轉(zhuǎn)轂上模擬道路滑行時(shí)，通過設(shè)置轉(zhuǎn)轂為恒速模式，實(shí)際上等效于對(duì)空氣阻力和驅(qū)動(dòng)輪滾動(dòng)阻力的補(bǔ)償。獲得的轉(zhuǎn)轂滑行阻力也可以擬合成一個(gè)二次函數(shù)。轉(zhuǎn)轂滑行阻力公式(4)、(5)如下：

F轂=Ff-從+Fw

(4)

(5)

1.4 傳動(dòng)系阻力的求解原理

車輛的滾動(dòng)阻力、空氣阻力和傳動(dòng)系阻力占總阻力的比重隨車速的變化而變化。車速較低時(shí)，滾動(dòng)阻力所占總阻力的比重最大，F(xiàn)內(nèi)和Fw很小。將滾動(dòng)阻力Fw和空氣阻力F內(nèi)大于0作為約束條件之一，獲得公式(6)、(7)：

F內(nèi)=F滑-F轂-Ff-驅(qū)>0

(6)

Fw=F轂-Ff-從>0

(7)

同時(shí)，滾動(dòng)阻力和傳動(dòng)系阻力應(yīng)盡可能小。

2 傳動(dòng)系阻力的計(jì)算及分析

2.1 試驗(yàn)參數(shù)

以某前置前驅(qū)乘用車為例，已知道路滑行阻力、轉(zhuǎn)轂滑行阻力、前/后軸荷及車質(zhì)量數(shù)據(jù)，見表1。

表1 整車部分參數(shù)

2.2 計(jì)算結(jié)果的求取與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證

乘用車的滾動(dòng)阻力系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值大致在0.015～0.007之間。考慮滾動(dòng)阻力對(duì)滾動(dòng)阻力系數(shù)的敏感度，按0.001數(shù)量級(jí)進(jìn)行分析；同時(shí)，為保證計(jì)算精度，最終的滾動(dòng)阻力系數(shù)計(jì)算結(jié)果精確到0.000 1。最低車速設(shè)置為5 km/h，計(jì)算不同滾動(dòng)阻力系數(shù)下的F內(nèi)和Fw，見表2。當(dāng)f=0.009 2時(shí)，求得滿足公式(6)、(7)的傳動(dòng)系阻力和空氣阻力，見圖1。滾動(dòng)阻力和空氣阻力計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比見圖2。

表2 5 km/h時(shí)各滾動(dòng)阻力系數(shù)下的傳動(dòng)系阻力和空氣阻力

雖然低速時(shí)的空氣阻力有一定偏差，但不超過5 N，且因低速時(shí)空氣阻力對(duì)總滑行阻力的影響較小，這部分的差異對(duì)整車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性的影響可以忽略。根據(jù)上面的分析，總的道路滑行阻力減去滾動(dòng)阻力和空氣阻力，就可以求得傳動(dòng)系阻力。在滾動(dòng)阻力和空氣阻力計(jì)算值接近真實(shí)值的前提下，可認(rèn)為傳動(dòng)系阻力與真實(shí)值接近。

2.3 傳動(dòng)系阻力分析

按以上方法求解了4種乘用車的傳動(dòng)系阻力，見圖3。乘用車傳動(dòng)系阻力隨著車速的增加呈上升趨勢(shì)，且120 km/h及以下的傳動(dòng)系阻力值在60 N以下。

3 結(jié)束語

(1)根據(jù)道路和轉(zhuǎn)轂滑行過程的受力原理，在已知車輛試驗(yàn)參數(shù)的條件下，可間接求取傳動(dòng)系阻力，同時(shí)還可分離出滾動(dòng)阻力和空氣阻力以用于分析。此方法需要道路和轉(zhuǎn)轂滑行數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的。

(2)乘用車傳動(dòng)系阻力隨車速增加呈上升趨勢(shì)，120 km/h及以下阻力值在60 N以下。

【1】 王博文,侯永平，周毅，等.乘用車滑行阻力與傳動(dòng)系阻力的研究[J].汽車科技,2010(2)：24-28.

【2】 高有山，李興虎，黃敏，等.汽車滑行阻力分析[J].汽車技術(shù)，2008(4)：27-30.

【3】 張學(xué)利，何勇.在用汽車傳動(dòng)系阻力的研究[J].公路交通科技，2001，18(3)：91-93.

【4】 顧柏良，蘇清祖，魏學(xué)顏，等.汽車工程手冊(cè)(試驗(yàn)篇)[M].北京：人民交通出版社，2000：183-185.

【5】 余志生.汽車?yán)碚揫M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

SolutionMethodofPassengerCar’sTransmissionResistance

ZHANG Ao, HE Zilong, HAN Zhen, YUAN Lei

(Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd., Hefei Anhui 230000,China)

2014-06-11

張傲(1985—)，女，工學(xué)學(xué)士，助理工程師，從事發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品開發(fā)工作。E-mail：hezilong007@163.com。