某轿车风阻的优化

宋业建，贺子龙，白福军，高波

(安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥 230022)



某轿车风阻的优化

宋业建，贺子龙，白福军，高波

(安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥 230022)

本文简单介绍了整车阻力和空气阻力的构成和原理，明确了最有效的途径是风阻系数的优化。并以某轿车为例，确定风阻系数优化的方案，并在实车上进行了验证。结果表明：整车阻力有明显的下降，油耗也有一定程度的改善。

风阻系数；优化；油耗；热性能

0 引言

自2012年起，我国汽车产销规模一直位居世界第一，2015全年产销双双突破2 400万辆，且未来一段时间仍将继续保持微增长。汽车进入千家万户的同时，也带来了日益突出的燃油供需矛盾和环境污染问题。

为了促进汽车产业的健康可持续发展，我国出台了一系列的标准，加严了汽车的油耗。针对乘用车，推出GB 19578-2014《乘用车燃料消耗量限值》和GB 27999-2014《乘用车燃料消耗量评价方法及指标》，从2016年起开始正式实施，总体目标控制在百公里5 L左右。针对轻型商用车，推出GB 20997-2015《轻型商用车燃料消耗量限值》，从2018年起开始正式实施，总体目标2020年较2012年加严约20%。针对重型商用车，推出GB 30510-2014《重型商用车燃料消耗量限值》，下一阶段的标准正在起草当中，总体目标计划在2020年较2015年加严约15%。

主机厂可选择的节油技术有多种，总体而言，分为整车、发动机和混合动力节油技术三大类[1]。降低车身风阻作为整车节油技术之一，能一定程度上改善车辆的油耗，并能在所有车型上应用。

1 风阻影响因素

车辆在平坦的路面上行驶时，需要克服滚动阻力、空气阻力和加速阻力。且随着车速的增加，空气阻力会相应地增加，在高速时尤为明显。如图1所示，以某轿车为例，当以80 km/h的车速行驶时，空气阻力约占总阻力的50%，当车辆以最高车速行驶时，空气阻力约占总阻力的70%。

图1 某轿车的整车阻力分布

空气阻力指的是汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力，包含形状阻力、干扰阻力、内循环阻力、诱导阻力和摩擦阻力5个部分。其中，形状阻力和干扰阻力占比最大。在无风的条件下，空气阻力可表示为[2-3]：

(1)

式中：CD为风阻系数；A为迎风面积，单位为m2；ua为车速，单位为km/h。

式(1)表明：空气阻力与风阻系数和迎风面积成正比。因此，可以从两个方面进行优化：(1)减小迎风面积；(2)降低风阻系数。迎风面积受到使用空间的限制，不容易进一步降低，所以降低风阻系数是降低空气阻力的主要手段。

2 风阻优化实例

以整备质量约1 150 kg、发动机排量约1.5 L的某轿车为例，总体思路是先对CFD模型进行校核，在此基础上，分析和确认可行的优化方案，再在风洞中进行实车的试验论证，最后进行节油效果和其他性能的验证。

2.1 模型校核和方案设计

通过优化模型处理方式，例如将边界层的设置调整为7层，厚度设置为15 mm，修正空气密度、空气黏度和环境气压，增加轮胎传动，取消风扇转动状态等，控制模型精度在±5%范围内，满足分析的要求。CFD模型的典型截面速度分布如图2所示。

因该轿车为已量产市场在售的车型，重新设计车身造型不现实，因而考虑降低车辆的风阻系数，主要从优化干扰阻力和外形阻力两方面入手。降低干扰阻力的方案有封闭部分格栅、增加整流板、增加底板护板等；降低外形阻力的方案有调节引擎盖高度、调整保险杠转角、减小雾灯装饰框落差、改变大灯型面等。

图2 CFD模型的典型截面速度分布图

2.2 方案论证

在风洞中进行实车试验时，试验前应按要求将车辆的姿态调整至设计要求，确认车辆几何参数，包括轮胎气压、载荷等，确保车辆固定在天平4个支撑点合理准确的位置，并按照测量要求固定好试验车辆。试验风向应与车辆轴线风向一致。通过调节风速，即可测得不同风速下的气动阻力。

新外形方案。通过优化车头圆角，改善了气流向侧面流动的流向。同时，保险杠圆角的处理也减小了尾部涡流，风阻系数有0.002的优化。

封闭部分格栅。通过封闭格栅正对散热器以外的区域，减小进入发舱内部的气流，风阻系数有0.009的优化。

前保险杠下护板优化。通过优化，能起到阻隔气流从前保险杠底部进入发动机舱的效果，从而使底部气流快速通过，降低了干扰阻力，风阻系数有0.01的优化。

发动机下护板优化。在去除原发动机下护板之后，重新设计了型面流畅的新下护板，在保证原有作用的同时，平整了底部气流，风阻系数有0.003的优化。

车身下护板优化。经过反复优化，在满足安装结构的同时，最大范围内起到了遮盖下车体凸起特征的作用，加快了底部气流，风阻系数有0.01的优化。

后保险杠下护板优化。车身底部后端的气流在后保护板的作用下，能快速通过，并能起到减小尾部涡流的作用，风阻系数有0.004的优化。

如表1所示：通过上述方案的组合，风阻系数有10.3%的优化。由表1还可以看出，车身下护板和前保险杠下护板优化的效果最为明显，分别为3.3%和2.9%。

表1 风阻系数优化过程

3 优化前后对比

3.1 整车阻力对比

在道路上进行实车滑行试验，要求车辆为空载，环境为无风状态，分别测量优化前和优化后的阻力见图3。相比优化前，优化后的整车阻力平均有4%的降低。且车速越高，风阻优化的效果越明显，这与理论分析也是一致的。

图3 优化前后的整车阻力对比

3.2 整车油耗对比

在整车转鼓上，先模拟车辆与在道路上的状态一致，再进行经济性试验，要求车辆状态为整备质量加100 kg。考核经济性常用的项目即最高挡等速油耗和循环油耗，结果见图4和表2。相比优化前：优化后的最高挡等速油耗平均优5.6%，NEDC油耗优2.8%，油耗改善效果明显。

图4 优化前后的最高挡等速油耗对比

关键指标优化前优化后优化比例/%NEDC油耗/(L·10-2·km-1)6.536.352.8UDC油耗/(L·10-2·km-1)8.38.122.2EUDC油耗/(L·10-2·km-1)5.455.322.4

3.3 整车热性能对比

因方案对前进气格栅和底盘做了修改，有必要开展热平衡与热害试验。试验结果显示：减小冷却气流及底部平整化等方案基本不影响车辆性能。

图5 优化前后的热性能对比(爬坡工况)

4 结束语

通过风阻的优化，可实现整车阻力的明显降低，并在一定程度上改善车辆的油耗。试验表明：风阻系数优化约0.04，整车油耗能降低约0.18 L，可为其他项目提供参考。

同时，在关注风阻优化对油耗的改善时，还应关注对其他性能如热性能等的影响，保证车辆的总体性能满足设计要求。

【1】华从波,贺子龙,韩震,等.浅谈乘用车油耗法规及应对策略[J].农业装备与车辆工程,2015,53(10):73-76.

HUA C B,HE Z L,HAN Z,et al.Discussion on Passenger Car’s Fuel Consumption Standard and Countermeasures[J].Agricultural Equipment & Vehicle Engineering,2015,53(10):73-76.

【2】余志生.汽车理论[M].3版.北京:机械工业出版社,2000.

【3】刘全有,赵福全,杨安志,等.浅析汽车风阻系数[J].农业装备与车辆工程,2012,50(11):59-62.

LIU Q Y,ZHAO F Q,YANG A Z,et al.Analysis of Automobile Air Drag Coefficient[J].Agricultural Equipment & Vehicle Engineering,2012,50(11):59-62.

路虎全新一代发现发布

路虎首度公布全新一代发现官方图片，全尺寸七座豪华SUV即将重磅登场。路虎全新一代发现完美融合强大多功能性、超凡全地形能力以及先进科技，完美融合了英伦风范以及路虎品牌永不止步的探索精神，彰显了路虎致力于延续品牌“Above and Beyond”传奇历程的态度与信心。路虎全新一代发现于巴黎车展前夕(2016年9月28日)全球首秀。

路虎全球设计总监哲芮勋(Gerry MCGOVERN)先生表示:“全新一代发现重新定义了大型豪华SUV。路虎设计与工程团队彻底颠覆了发现车型的设计基因，全力打造出一款客户高度向往的集极致多功能性与强悍全地形能力于一身的豪华SUV。”

(来源：路虎)

A Passenger Car’s Aerodynamic Resistance Improvement

SONG Yejian, HE Zilong, BAI Fujun, GAO Bo

(Anhui Jianghuai Automobile Company, Hefei Anhui 230022,China)

The structure and principle of vehicle resistance and aerodynamic resistance were introduced. The most effective way was aerodynamic resistance coefficient optimization. Taking a passenger car as an example, the aerodynamic resistance coefficient optimization scheme was determined and verified on vehicle.The results show that vehicle resistance has obvious drop, fuel economy also has been improved to a certain degree.

Aerodynamic resistance coefficient;Improvement; Fuel economy；Thermal performance

2016-06-09

宋业建(1981—)，男，本科，助理工程师，主要研究方向为发动机节能技术。E-mail:hezilong007@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2016.09.013

U461.1

A

1674-1986(2016)09-057-03