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)
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。
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
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。
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
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
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。
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
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。