客车尾翼对经济性能影响研究

陈为煜



客车尾翼对经济性能影响研究

陈为煜

（厦门金龙联合汽车工业有限公司，福建 厦门 361023）

研究一种客车尾翼对整车风阻系数的影响，通过比较滑行阻力测量、经济性试验结果验证CAE仿真计算的正确性。

客车；尾翼；经济性试验；滑行阻力测量

前言

整车燃油经济对汽车的重要性不言而喻。随着汽车工业的发展，用户对车辆动力经济性要求越来越高，各国对碳排放标准和能耗的要求也日益严格［1］。提高整车燃油经济性可以降低车辆使用费用，提高商用车辆的经济效益。从宏观层面来讲，车辆燃油经济性的提高可以减少国家对进口石油的依赖性，节省石油资源，减少车辆尾气排放，减少对环境的污染。如何提高车辆燃油经济性能是汽车设计应该关注的话题。

本文从改善某客车风阻性能角度出发，提出一种改善整车风阻的客车尾翼造型。对整车进行外流场分析，分析对比整车阻力系数，并对实车进行滑行和油耗对比试验以评价尾翼对经济性能影响。

1 整车外流场分析

对原车型建立外流场分析模型，包括车身外造型、后视镜、空调罩、天窗和底盘所有较大、重要的部件模型。

图1 尾翼造型照片

通过HyperMesh、CCM+对模型进行几何处理，形成封闭空间，建立一个长方体的计算域。车前为3倍车长，车后为4倍车长，宽度为5倍车高。采用STAR-CCM+的切面体网格模型（Trimer）生成体网格。

计算参数设置，湍流模型：SST K-Omega 湍流模型来模拟客车车身表面及其周围空气流动的情况。初始条件：在100km/h的速度下，空气从前方流过客车外表面，湍流参数设置如表1；边界条件：进口为速度入口边界，出口为压力出口边界，湍流参数设置如表1。壁面边界：地面为无滑移和移动壁面边界条件，速度为100km/h，方向与入口来流速度方向相同，其他设为无滑移边界条件。

图2 某车型外流场分析几何模型

表1 湍流参数设置

通过CAE仿真分析整车外流场整车阻力系数结果如表2所示。

表2 湍流参数设置

由表2可知，通过加装尾翼造型，整车阻力参数相比原基础车型减小了18.66%，后车尾翼造型对整车阻力参数改善效果明显。

2 整车滑行试验验证

表3 某客车客车速行驶阻力测试结果

按照GB27840-2011规定的滑行试验方法，对整车两种状态进行行驶阻力测定。试验过程中特别注意试验车对车辆按标准规定的热车方法进行热车，以减小试验误差，得到更准确的行驶阻力参数。

如图2所示，在低速区间，样车两个状态行驶阻力差异不大，在低速区间，汽车尾翼对整车行驶阻力改善不明显。车速达到80km/h以后，两个状态的差异比较明显。

式中CD为空气阻力系数，ρ为空气密度，A为迎风面积，即汽车行驶方向的投影面积，Vr为相对速度，在无风是即汽车的行驶速度［2］。在高速区间，汽车风阻随着汽车车速的增加增加明显，汽车风阻占比汽车行驶阻力的比重也不断增加，由汽车尾翼引起的改善汽车风阻的作用也较明显。这与汽车理论相吻合。改善汽车行驶阻力的最终目的是为了提高汽车的经济性能，实际车辆的节油效果如何，还需要通过油耗试验来进一步验证。

图3 不同车辆状态行驶阻力对比

3 整车经济性试验验证

整车经济性试验采用GBT 12545.2-2001《商用车燃料消耗量试验方法》规定的等速行驶燃料消耗量试验进行试验验证。实际试验过程中对试验方法进行了修正。原标准规定的试验路段为长直线500米，实际试验过程发现数据重复性较差。实际试验过程将试验路段调整为高环环道，行驶距离为5300米。经过大量经济性试验发现该方法得到数据重复性较好。测量结果如表4。

表4 某客车经济性测试试验结果

由表4试验结果可知在低速区间，两个状态经济性能相当。在60-120km/h的速度区间，带尾翼状态车辆有一定节油效果。110km/h的节油效果最为明显达6.99%。车速越高，尾翼造型的节油效果越明显，这与滑行行驶阻力测试结果结论一致。JTT 1094-2016《营运客车安全技术条件》4.1.10规定最大设计车速大于100km/h的营运客车应具有限速功能，且最大车速不得超过100km/h［3］。国内营运车辆最大车速不能超过100km/h，车速超过100km/h的速度区间不具有现实意义。因此对于速度大于100km/h的节油效果不再作讨论。

为评价车辆实际使用用的节油效果，按JTT711-2016《营运客车燃料消耗量限值及测量方法》5.5计算等速工况燃料消耗量。计算结果如表5所示，等速工况综合节油效率为1.21%。客车尾翼造型对改善整车经济性能效果明显。

表5 某客车等速工况燃料消耗量

4 结束语

中国汽车技术研究中心主办的《2019年新能源汽车蓝皮书编写启动会暨传统内燃机汽车与新能源汽车协同发展》确立了2021-2035年中国传统内燃机汽车与新能源汽车协同发展的产业战略。可以预见至2035年内燃机汽车与新能源汽车将得到平等对待。不断提高传统内燃机车型的燃油经济性具有重大意义。通过优化整车造型，改善整车外流场分布，减小整车行驶的阻力值，从而提高整车经济性能是优化整车经济性能的一个方向。

[1] 张风利,唐丽君,侯晓光,杨静,某汽车风阻性能开发.中国汽车工程学会年会论文集,2018.

[2] 余志生,汽车理论[M].北京机械工业出版社,2000.

[3] JTT 1094-2016.《营运客车安全技术条件》[S].

Study On The Effect Of Coach Empennage On Fuel Economy

Chen Weiyu

（Xiamen King-Long United Automotive Industry Co., Ltd, Fujian Xiamen 361023 )

Study on the effect of coach empennage on fuel economy.Compare the results of the economy test and the sliding resistance test to verify the correctness of the CAE Simulation.

Coach; Empennage; Economy Test; Test method of sliding resistance

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.10.036

U467

A

1671-7988(2019)10-100-03

U467

B

1671-7988(2019)10-103-03

陈为煜 (1985-)，男，本科，道路试验工程师，就职于厦门金龙联合汽车工业有公司，主要从事整车性能及可靠试验及整车性能分析。