利用数字式求积仪测量汽车迎风面积的探讨

吴 展，沈 南，袁建军，王雪莹

Wu Zhan1，Shen Nan1，Yuan Jianjun2，Wang Xueying3

（1.北京汽车研究总院有限公司，北京 101300；2.中国汽车技术研究中心，北京 100176；3.北京新能源汽车股份有限公司，北京 102606）

0 引 言

汽车迎风面积是指汽车在行驶方向的投影面积，是求解汽车空气阻力系数的必要参数。目前已知的测量方法有理论迎风投影面积法、近似法、工程绘图合成法、数码照相+计算机处理法。文中旨在介绍一种借鉴数码照相+计算机处理法，利用数字式求积仪方便快速地测量汽车迎风面积的方法。

1 目前测量迎风面积的主要方法

根据参考文献，目前测量迎风面积的主要方法有以下几类。

1.1 理论迎风投影面积法

用多束平行光源照射试验样车，投影到准备好的投影板上，记录其轮廓，计算出面积。优点：测量精度较高；缺点：设备要求高，操作过程复杂。

1.2 近似法

利用车辆高度与宽度的乘积，乘以经验系数0.81。优点：计算简便；缺点：精度较差，仅用于粗略估算。

1.3 三维数模计算法

利用已知的汽车三维数模投影，在三维制图软件中直接读出数据。优点：数据精度高；缺点：仅限于有三维数模的汽车。

1.4 数码照相+计算机处理法

利用相机将汽车正面及标准板拍摄下来，利用编写的计算机程序计算汽车迎风面积。优点：数据精度比较准确；缺点：需要具有一定的计算机编程技术。

2 数字式求积仪测量汽车迎风面积方法

文中利用 KP-90N数字式求积仪替代计算机程序计算汽车迎风面积，此方法适合于对计算机编程语言不太了解的科研人员和汽车工程师使用。

2.1 试验设备

1）试验场地：大的试验场或水平的场地，以便有足够的距离对试验车辆照相（建议距离至少有100 m），最好在室内进行，或在室外的早晨或傍晚进行；

2）数码相机及附件：建议使用数码单反相机及长焦镜头，需要一个坚固的三脚架（文中采用佳能EOS 6D及70～200 mm F4 L长焦镜头）；

3）1 ×1 m的标准板；

4）100 m钢卷尺一个；

5）数字式求积仪（文中所用为日本小泉牌KP-90N数字式求积仪，精度±2%）；

6）打印机一台（文中所用打印机型号为 HP Color LaserJet cp2025）。

2.2 测量方法

1）将车辆平直地停在试验场地的一端；

2）将标准板平齐置于试验车辆边，分别置于车前端平面、车辆最宽处平面、车尾平面进行测量对比；

3）将相机安置在三脚架上，保证相机安装高度为车身高度的一半，相机与车辆的距离为100 m；

4）将相机的焦距调整为200 mm并分别对标准板置于车前端平面、车辆最宽处平面、车尾平面进行一组拍摄，每组拍摄 8张照片共计24张照片。

2.3 汽车迎风面积的计算

1）将拍摄的照片导入电脑中，使用Photoshop或其他图像处理软件将照片中的车辆及标准板截取出，如图 1所示，使车辆及标准板撑满整张照片，然后用Photoshop中的钢笔工具将车辆轮廓及标准版轮廓描出，抽出这 2个图形，删除背景图像，处理结果如图2所示；

2）将处理后的照片通过打印机打印；

3）利用数字式求积仪首先测量出打印纸张上标准板的面积 SS，cm²；其次利用数字式求积仪测量出同一纸张上车辆的面积 SV，cm²。为控制测量误差，每一打印纸张都采用数字式求积仪测量 3次 SS及 SV，取平均值进行计算；

4）汽车迎风面积 SW=SV/SS。

3 试验数据的处理及分析

某2种车型测量结果见表1、表2。

表1 车型1数据

表2 车型2数据

根据表1及表2数据可以得出如下结论。

1）根据参考文献[2]所示，照相法的最佳拍摄距离为90～110 m，文中仅选用100 m的拍摄距离。从试验结果中看出，车型1的3种结果的离散率仅为1.09%、0.44%、0.81%；车型2的3种结果的离散率仅为1.27%、1.06%和0.54%。离散率均较小，证明此距离的拍摄结果较好，满足试验需求。

2）从表1、表2看出，标准板的放置位置对最终的试验结果偏差影响较大，故在试验前，务必确定车辆的最宽处平面以放置标准板。

3）从最终结果中看出，车型1的迎风面积比计算机数模值偏大3.3%，车型2 的迎风面积比计算机数模值偏大2.7%，数据总体偏大的主要原因是数字式求积仪的精度不够，只有±2%。

4 结束语

从最终试验结果中看出，试验数据的稳定性较好，但试验数据总体偏大，在没有试验车辆的三维数模，及没有充足试验费用进行风洞和多束平行光测试的情况下，不失为计算试验车辆迎风面积的一种较好的方法。此试验方法操作简单只需具备普通计算机操作能力，设备要求低，仅需普通单反相机、计算机、通用性数字求积仪即可。对于如何提高试验精度，可以从购买更高精度的数字式求积仪和采用更昂贵的拍摄器材入手，对此试验方法进行不断完善及提高。

[1]余志生.汽车理论（第4版）[M].北京：机械工业出版社，2006.

[2]阮志刚.汽车迎风面积测量方法的研究[J].汽车科技，2006（06）：35-37.