一种乘用车传动系阻力的求解方法

张傲，贺子龙，韩震，袁磊

(安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥 230000)

一种乘用车传动系阻力的求解方法

张傲，贺子龙，韩震，袁磊

(安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥 230000)

根据道路滑行和转毂滑行的受力原理，提出了一种乘用车传动系阻力的间接求取方法，传动系阻力的计算结果与实际有较好的吻合度，同时简单分析了传动系阻力的变化规律。

滑行阻力；求解原理；传动系阻力

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

很多研究者认为滑行阻力仅包含滚动阻力和空气阻力[1]。事实上，传动系阻力也是存在的，即滑行阻力包含滚动阻力、空气阻力和传动系阻力。其中滚动阻力系数可在轮胎转毂试验台上测量从而获得滚动阻力，空气阻力系数和迎风面积可根据风洞试验测量从而获得空气阻力，传动系阻力却无法直接求取。总体而言，目前传动系阻力的求取方法是根据道路或转毂的试验数据采用数学工具进行高级处理获得[1-3]。文中综合了道路和转鼓的试验数据，从滑行过程的受力原理入手，提出了一种新的传动系阻力的求解方法，并以乘用车为例对传动系阻力进行了求解，同时分析了与试验数据的吻合状况。

1 传动系阻力的求解原理

1.1 滚动阻力简述

滚动阻力等于滚动阻力系数与车轮负荷(不考虑坡度时，即为车重)的乘积。滚动阻力系数与路面种类、行驶车速及轮胎构造、材料及气压等有关，为方便计算常简化为常量。同时，根据受力位置，车轮负荷可分为从动轮/驱动轮负荷两部分，其值大致等于驱动轴/从动轴载荷。滚动阻力计算式见公式(1)：

Ff=f·W≈f·(Ff-从+Ff-驱)

(1)

式中:Ff为总滚动阻力;f为滚动阻力系数;W为车轮总负荷;Ff-从为从动轮负荷;Ff-驱为驱动轮负荷。

1.2 道路滑行阻力简述

按前言所述，汽车空挡滑行时的阻力包含滚动阻力、空气阻力和传动系阻力。对实车滑行数据进行处理时，一般拟合成二次函数的形式[2]，并获得3个拟合因子F0、F1、F2。道路滑行阻力公式(2)、(3)如下：

F滑=Ff+Fw+F内

(2)

F滑=F0+F1·v+F2·v2

(3)

式中：F滑为实车滑行阻力；Ff为总滚动阻力;Fw为空气阻力;F内为传动系阻力；F0、F1、F2为道路滑行阻力拟合因子;v为车速。

1.3 转毂滑行阻力简述

在转毂上模拟道路滑行时，通过设置转毂为恒速模式，实际上等效于对空气阻力和驱动轮滚动阻力的补偿。获得的转毂滑行阻力也可以拟合成一个二次函数。转毂滑行阻力公式(4)、(5)如下：

F毂=Ff-从+Fw

(4)

(5)

1.4 传动系阻力的求解原理

车辆的滚动阻力、空气阻力和传动系阻力占总阻力的比重随车速的变化而变化。车速较低时，滚动阻力所占总阻力的比重最大，F内和Fw很小。将滚动阻力Fw和空气阻力F内大于0作为约束条件之一，获得公式(6)、(7)：

F内=F滑-F毂-Ff-驱>0

(6)

Fw=F毂-Ff-从>0

(7)

同时，滚动阻力和传动系阻力应尽可能小。

2 传动系阻力的计算及分析

2.1 试验参数

以某前置前驱乘用车为例，已知道路滑行阻力、转毂滑行阻力、前/后轴荷及车质量数据，见表1。

表1 整车部分参数

2.2 计算结果的求取与试验数据对比验证

乘用车的滚动阻力系数的经验值大致在0.015～0.007之间。考虑滚动阻力对滚动阻力系数的敏感度，按0.001数量级进行分析；同时，为保证计算精度，最终的滚动阻力系数计算结果精确到0.000 1。最低车速设置为5 km/h，计算不同滚动阻力系数下的F内和Fw，见表2。当f=0.009 2时，求得满足公式(6)、(7)的传动系阻力和空气阻力，见图1。滚动阻力和空气阻力计算与试验结果对比见图2。

表2 5 km/h时各滚动阻力系数下的传动系阻力和空气阻力

虽然低速时的空气阻力有一定偏差，但不超过5 N，且因低速时空气阻力对总滑行阻力的影响较小，这部分的差异对整车动力性、经济性的影响可以忽略。根据上面的分析，总的道路滑行阻力减去滚动阻力和空气阻力，就可以求得传动系阻力。在滚动阻力和空气阻力计算值接近真实值的前提下，可认为传动系阻力与真实值接近。

2.3 传动系阻力分析

按以上方法求解了4种乘用车的传动系阻力，见图3。乘用车传动系阻力随着车速的增加呈上升趋势，且120 km/h及以下的传动系阻力值在60 N以下。

3 结束语

(1)根据道路和转毂滑行过程的受力原理，在已知车辆试验参数的条件下，可间接求取传动系阻力，同时还可分离出滚动阻力和空气阻力以用于分析。此方法需要道路和转毂滑行数据是准确的。

(2)乘用车传动系阻力随车速增加呈上升趋势，120 km/h及以下阻力值在60 N以下。

【1】 王博文,侯永平，周毅，等.乘用车滑行阻力与传动系阻力的研究[J].汽车科技,2010(2)：24-28.

【2】 高有山，李兴虎，黄敏，等.汽车滑行阻力分析[J].汽车技术，2008(4)：27-30.

【3】 张学利，何勇.在用汽车传动系阻力的研究[J].公路交通科技，2001，18(3)：91-93.

【4】 顾柏良，苏清祖，魏学颜，等.汽车工程手册(试验篇)[M].北京：人民交通出版社，2000：183-185.

【5】 余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2006.

SolutionMethodofPassengerCar’sTransmissionResistance

ZHANG Ao, HE Zilong, HAN Zhen, YUAN Lei

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

2014-06-11

张傲(1985—)，女，工学学士，助理工程师，从事发动机产品开发工作。E-mail：hezilong007@163.com。