基于風阻優化的卡車節能技術研究與應用

王亮亮，王香廷，郁煥敬

（江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

前言

為了應對日益嚴峻的環境問題和不斷嚴格的政策法規，節能減排已經成為全球汽車企業的集體課題。目前載貨卡車主要通過提高動力系統工作效率，和降低行駛阻力兩方面來實現降低整車油耗目的。其中行駛阻力主要由輪胎與地面的摩擦阻力、車輛加速阻力和空氣阻力組成。而本文主要從空氣阻力方面，對某型卡車行駛阻力進行研究和分析，并制定相關風阻優化方案和進行分析驗證，最后針對驗證結果提出相關結論。

1 現有車輛結構介紹

如圖1所示，為目前我國載貨車的基本結構，其駕駛室基本以平頭造型為主，貨廂為矩形盒體結構。從整體結構上就決定整車在行駛時會受到較大阻力，而目前的主要解決措施是，通過在駕駛室頂部加裝導流罩，實現車輛前部風阻的優化。

圖1 車輛結構示意圖

2 基于有限元分析的風阻優化設計

通過有限元分析，了解車輛行駛狀態下所受風阻情況，找出風阻影響關鍵點，有針對性的制定優化方案，并進行驗證分析。并根據各優化方案實施效果，最終確定有效優化方案。

2.1 基礎車型分析

如圖2所示，通過對基礎車型分析發現，在行駛過程中低壓區域主要分布在，駕駛室與貨廂中間區域、車輛底部區域和車輛后部區域。因此可以得出這些區域是造成風阻的關鍵位置，是風阻優化方案制定的重點方向。

圖2 基礎車型風阻分析

2.2 風阻優化方案

如圖3所示，為了對車輛風阻進行優化，根據有限元分析結果制定了以下優化方案：

a.駕駛室與貨廂中間區域：通過結構優化使空氣可以直接流動通過該區域，避免低壓區域形成。具體措施一是對將導流罩向后延伸，減小導流罩與貨廂間隙；二是在駕駛室側圍后部增加擾流板，減小駕駛室與貨廂間間隙。

b.車輛底部區域：通過增加側裙板和將前保險杠向下延伸，阻止車輛兩側空氣進入車輛底部。

c.車輛后部區域：通過在貨廂后部上側增加尾翼，改善車輛后部空氣流動情況。

d.其他：為了改善貨廂表面空氣流動情況，將貨廂表面由瓦楞狀調整為光順面，同時對貨廂四周圓角進行加大。

圖3 風阻優化方案

2.3 方案效果驗證

圖4 風阻優化方案有限元分析

圖5 各方案優化效果

為了驗證優化方案效果，對優化方案進行了有限元分析（如圖4所示），通過分析發現通過優化方案的實施，相對于基礎車型整體風阻情況得到了有效改善。 同時為準確了解各優化方案效果，分別對各優化方案相對基礎車型進行了分析對比（如圖5所示），通過對比分析發現，在優化方案中導流罩優化、擾流板、側裙板和尾翼可以有效實現的降低風阻的效果。

3 實物驗證分析

為了有效驗證風阻優化方案實際應用效果，根據上述有限元分析確定驗證方案，進行了結構設計和試制樣件制造，并進行了實車裝配驗證。同時為了有效驗證和對比方案實施效果，對試驗車分別在無風阻優化、傳統風阻優化、風阻優化實施等三種狀態（如圖6所示），分別在70km/h、80km/h、90km/h、100km/h四種工況下百公里油耗進行了測量（測量環境：風速1.1-1.7m/s，溫度35℃，路況高環）。

圖6 實物驗證方案

通過對各狀態在不同工況下測量數據（試驗數據僅供參考）進行統計和對比分析（如圖7所示），在實車狀態下風阻優化方案可以實現明顯的油耗降低，較目前傳統風阻優化狀態可實現油耗降低10%以上，而且降低效果與車輛速度成正比。對于進行長途運輸尤其是以高速為主的車輛，具有顯著的節能效果。

圖7 實物驗證效果

4 結論

本文以某款卡車為例，從空氣阻力方面對卡車節能技術進行了研究。通過風阻優化方案制定、分析與驗證，得出通過風阻優化可以顯著減低車輛油耗，對整車節能減排具有重要意義。雖然目前國內卡車節能研究還是主要集中在車輛輕量化、發動機能效、傳動效率等方面，但隨著國家對節能減排要求的不斷提高，風阻優化技術將會得到越來越多的關注，并成為車輛開發中的一個關鍵指標。