空挡滑行什么意思

115２０１９年０８月／ Ａｕｇｕｓｔ ２０１９

echnical

ColumnT技术专栏

Ａｂｓｔｒａｃｔ：

Thefirstandmostimportantfactorsarecoastingdragcharacteristicintheevaluationof

stingdragcompromistheaerodynamicdrag,rollingresistancesandthe

thespecificlightdutyvehicleanalysis,thecoastingdragpartition

arecompletedbythesametestmethodwhilethevehicleandtransmissionsystemandpartsareasmbled

efoundedcriticaldifferencesforthevariouslevelofresistance

partitionbecauoflargepercentofbrakeresidualresistanceandhigherratioofremainedresistance

ofthehighestvehiclespeedandlargestgrade

ability,itisalmostclobetweenthecalculatedresultfromthedrivingresistance,forceequilibrium

neficialforanalysisofvehiclefueleconomybyusingofdriving

resistancepowerMAPintheNEDCcycle,whichisalsoacquiredfromtheresultsofresistancepartition.

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：

lightdutyvehicle;fuel;economy;coastingdrag;resistancepartition;NEDCcycle

摘要：

轻型车的道路滑行阻力是整车燃油经济性评价的重要和关健参数,其主要由风阻,轮脑阻力和传动系统阻力体

现,经研究表明,采用相同的试验方法,不同的动力总成和传动系统集成状态,可分解得到滑行阻力各部分的特点,

由于前轮剩车阻滞力和变速箱等多项阻力偏大,造成了各状态下的滑行阻力特征存在明显的差异,基于滑行阻力得到

的最高车速和最大爬坡度和试验结果相近,基于滑行阻力的NEDC循环的总阻力MAP可用于分计算机网络发展 析相关性能。

关键词：

轻型车；燃油；经济性；滑行阻力；阻力分解；NEDC循环

中图分类号：Ｕ４６１．８ 文献标识码：

A

文章编号：

1004-7204(2019)04-0115-07

整车空挡滑行阻力特征及应用研究

RearchonCoastingDragCharacteristicandApplicationonaLightDutyVehicle

周阳

（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广州510000）

ZHOUYang

(GACR&DCENTER,Guangzhou510000)

引言

轻型车第四阶段燃油消耗量限值和目标值标准已经

在２０１６年执行［１］，因此，整车燃油经济性开发必须考虑

满足新法规标准要求。影响轻型车燃油经济性的因素很

多，但归纳起来主要包括动力总成的热效率、传递效率

和外部功率需求等。通常轻型车进行燃油经济性水平的

测试需要首先获得道路滑行阻力曲线，然后在常温环境

舱的转鼓台架上进行滑行学习，以便使得车辆在转鼓上

的各工况的发动机转速和负荷与其在道路上尽可能相近，

从而实现对轻型车的燃油经济性水平的统一评价。

对于轻型车燃油经济性的开发和变化，道路滑行阻

力是重点研究的内容，是整车动力传动匹配优化的重要

内容。本文即以一辆轻型车（以下简称：研究车辆）

的道路滑行阻力为基础，通过一系列的阻力分解分析，

获得了组成道路滑行阻力的各系统和零部件的性能特

征，并基于该特征得到了研究车辆的行驶阻力平衡图和

ＮＥＤＣ循环中的外部总阻力功率ＭＡＰ，可以借此开展相

关性能的详细研究。

１ 测试设备和原理

１．１整车转鼓设备及测试原理

整车转鼓测试原理：Ｆ

ｔｒａ

＝（ｒ／Ｒ）Ｆ

ｗ

116环境技术/EnvironmentalTechnology

技术专栏echnical

ColumnT

其中，Ｆ

ｔｒａ

为鼓面的牵引力；Ｆ

ｗ

为负荷单元测得的力。

１．２动力总成四驱五电机设备及测试原理

如图１所示是动力总成四驱五电机的测试设备及原

理（１－研究车辆 ；２－电力测功机）。表２是该设备的

主要参数。

２ 研究车辆基本参数

如表３所示是所选研究车辆的基本参数。

３ 整车滑行阻力的廉政风险防控 特征分析

３．１ 整车滑行阻力特征

通常，滑行阻力包括三部分；空气阻力，轮胎滚动

阻力，以及车辆传动系统内阻。总体而言，研究车辆在

不同的载荷在道路上的滑行阻力差异不大。

通常，相同车辆，不同载荷的滑行阻力的差异分析

如下；①载荷越大，轮胎变形越大，滚动阻力越大；②

载荷越大，车辆重心越低，造成空气阻力越小。根据公

式（１）和（２），车辆在低速时滚动阻力所占比例高，

高速时则主要表现为空气阻力特征。

（１）

式中：ｆ

Ｒ

、ｆ

Ｒ１

、ｆ

ＲＯ

、ｆ

Ｒ４

为车辆的滚动阻力系数，ｖ为

车速ｋｍ／ｈ；通常ｆ

ＲＯ

、ｆ

Ｒ４

、随着轮胎气压的升高而减小（轮

胎与路面的接触面积减小的缘故）；滚动阻力系数和车

辆的重力之积即为滚动阻力。

Ｆ

ＬＸ

＝ｃ

Ｘ

Ａ

2

P

Ｖ２ （２）

式中，Ｆ

ＬＸ

－是沿Ｘ轴方向的空气阻力，ｃ

Ｘ

是无量纲

的空气阻力系数，其与车辆形状和气流流入角度有关，

而与车辆的尺寸大小无关，Ａ为迎风面积，且通常过车

辆的宽度和高度得到。

３．２ 无风阻的整车滑行阻力特征

如图２所示，按相同的试验方法在转鼓台架上滑行

得到了无风阻的整车滑行阻力特征；低车速时，整车机

械阻力占道路滑行阻力的比例极大，在车速达到８０ ｋｍ／ｈ

时，占比降低到略高于３０ ％。

设备名称制造厂家参数范围精度

底盘

测功机

环境舱

AVL

WLISS

车速

温度

湿度

0

~

250

km/h

-40

~

60℃

10

~

90%RH

≤0.02km/h

0.5℃

5%RH

设备名称型号或参数生产厂家

负载电机

额定扭矩：3200Nm；额定功率；

220kw；额定转速；650r/min；

最高转速；3000r/min；

AVL

项目参数

整备质量(kg)1910

排量（L）2.0

额定功率（kW/r/min）160/5

500

最大扭矩（N.m/r/min）320/1

600-4000

变速箱型式6AT

表1设备参数

图1四驱五电机测试原理

表2相关设备参数

表3基本参数

如图３所示是无风阻的整车滑行阻力按前轴和后轴

进行分解得到的阻力特征，研究车辆为防溺水手抄报内容文字 前置后驱，且滑

行中车辆所加载荷为主驾驶的司机（按照１００ ｋｇ计量）。

其中，在１５ ｋｍ／ｈ以下时，相同车速下的前轴阻力大于

后轴阻力；高于该车速后刚好相反，即后者阻力大于前者，

且两者随着车速升高差异明显。如果忽略转鼓和道路对

滚动阻力的影响，可以认为道路滑行阻力和整车机械阻

力之差即为风阻阻力，并由此得到的图４所示的风阻系

数特征。由于在低速时道路和转鼓的滚动阻力差异较大，

117２０１９年０８月／ Ａｕｇｕｓｔ ２０１９

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因此图中仅给出了５０ ｋｍ／ｈ以上的风阻系数特征曲线。

根据该风阻系数特征，研究车辆在所示车速范围内随着

车速升高而增加，至１００ ｋｍ／ｈ以后，略有下降。

３．３无风阻、无轮胎阻力的整车滑行阻力特征

在３．２的基础上，进一步将（无轮胎的）研究车辆置

于四驱五电机台架上，并按照相同的滑行方法，得到了

图５所示的滑行阻力特征。无风阻，无轮胎阻力的整车

滑行阻力主要包括变速箱空挡机构、传动轴、轴承、刹

车盘、后桥等系统和零部件的阻力。相比３．２的阻力特征、

无风阻、无轮胎的阻力进一步减小，即在低速时阻力最大，

占总阻力的５０ ％，随着车速的升高，该阻力逐渐降低，

至１２０ ｋｍ／ｈ时，仅占总阻力的２０ ％以下。忽略平面和

曲面下轮胎的变形差异，可以根据３．２和本节得到轮胎

阻力特征，如图５所示。可以看出，轮胎阻力与无风阻，

无轮胎阻力的滑行阻力特征基本相似，但数值上略高。

根据轮胎阻力的计算公式，可以进一步得到滚动阻力系

数，如下图６所示。通常，在轮鼓外表面上测得的滚动

阻力系数ｆＲＴ比平面上ＲＥ要大些，它们的比值［２］：

图2研究车辆无风阻的滑行阻力特征

图4研究车辆的风阻系数特征

图3前后轴的滑行阻力特征图6研究车辆的滚动阻力系数(简化拟合)

图5研究车辆的各种滑行阻力特征

118环境技术/EnvironmentalTechnology

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ColumnT

（３）

式中，２ｒ≈轮胎直径，Ｄ＝轮胎直径。

由于四驱五电机台架上可以得到四个轮毂承处的阻

力，因此可以进一步的分解得到无风阻，无轮胎阻力的

滑行阻力的特征，如图７所示。

通过对比，不同位置处得到的滑行阻力特征存在如

下差异：①随着车速变化，前轴和后轴的阻力特征完全

不同：前轴阻力随着车速增加减小；后轴阻力随着车速

增加而增加，前轴和后轴阻力曲线在２５ ｋｍ／ｈ附近交汇；

②低速时，左前轴比右前轴阻力小，高速时刚好相反，

两曲线发生交叉的车速是５０ ｋｍ／ｈ；③低速时，左后轴比

右后轴大，高速时刚好相反，两曲线发生交叉的车速约

为７５ ｋｍ／ｈ。由于无风阻，无轮胎阻力的滑行阻力包含了

传动系统在空挡情况下的各系统和零部件的阻力，因此，

四个轮毂处的阻力特征的差异需要针对无风阻，无轮胎

阻力的滑行阻力分解，从而确认造成不同阻力特征的原

因。

如图８所示，进一步对由轮胎阻力造成差异的滑行

阻力进行了对比，并且采用了前轴和后轴阻力分开对比

的方法，根据分析得到如下的结论：①前轴处，含轮胎

阻力和不含轮胎阻力的特征曲线形状相似，数值上存在

差异，即前者阻力火偏旁的字 大于后者；②后轴位置处，含轮胎阻

力和不含轮胎阻力的曲线存在比较明显的差异，即低速

时两者的差异较小，高速时，两者差异逐渐增大，且主

要原因在于含轮胎阻力的滑行阻力在车速５０ ｋｍ／ｈ时即

基本保持不变。

３．４ 轮毂轴承阻力特征

针对研究车辆滑行阻力的整车内部部分，在３．３的

基础上将不含轮胎阻力的整车滑行阻力进一步分解为三

部分；轮毂轴承阻力、刹车阻滞力和变速箱空挡机构等

余项阻力。

如图９和图１０所示是研究车辆的轮毂轴承的阻力特

征：①前轴和后轴的阻力特征曲线形状基本相似；②前

轴阻力在所分析的车速范围内起伏较大，且比后轴整体

图7研究车辆不同位置处的滑行阻力特片

图8研究车辆带轮胎和无轮胎的滑行阻力特征

图9研究车辆的轮毂轴承阻力特征

偏大３ ％左右；③轮毂轴承的阻力占比受到车速的影响

不明显。

３．５ 刹车拖滞力特征

如图１０－１１所示是研究车辆的刹车阻滞力的特征，

并且同样按照前轮刹车和后轮刹车分别分析：①研究车

辆的刹车阻滞力在低速时占整车内阻的比例接近８０ ％，

在５０ ｋｍ／ｈ时占３０ ％左右，在１２０ ｋｍ／ｈ时占２０ ％以上；

119２０１９年０８月／ Ａｕｇｕｓｔ ２０１９

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②研究车辆的前刹车阻滞力占比过高，在１０ ｋｍ／ｈ以下

时占６０ ％以上，直至６０ ｋｍ／ｈ时才降低至２０ ％；③研

究车辆的后轮刹车阻滞力始终保持比较稳定且较低的阻

力水平。

前轮刹车阻滞力是造成上述的各滑行阻力在低速下

阻力曲线上杨的主要原因，也是造成上述前轴和后轴滑

行阻力特征差异的主要原因。

３．６ 变速器空挡机构等余项阻力特征

如图１１所示为研究车辆的变速箱空挡机构、传动轴、

半轴、主减等余项阻力特征：①低速时，该余项阻力所

占比例较小，１０ ｋｍ／ｈ时仅１０ ％左右；②从低车速至中

等车速时，余项阻力升高较快，５０ ｋｍ／ｈ时增加至５０ ％

左右；③从中等车速至高车速时，余项阻力增加减缓，

至１２０ ｋｍ／ｈ时增加到５５ ％以上；④余项阻力所占比例

总体上偏大。

４ 整车滑行阻力的应用

４．１行驶阻力平衡图

不同道路坡度下的车辆行驶阻力可按照式（４）所示

公式计算得到。

）（

坡度阻力滚阻

风阻

FFFP++=

total

ｖ （４）

＝

ｖ

式中，ａ

ｓｔ

即为道路坡度（路面的垂直投影和水平投

影之比）；ｖ—车速；ＰＬ—空气密度，Ｃ

Ｗ

—无量纲空气

阻力系数，Ａ—迎风面积：ｆ

Ｒ

—滚动阻力系数，ｍ

Ｆ

—汽车

质量。根据式（４）及上述得到的研究车辆的外部阻力，

并结合其发动机外特性数据，得到了行驶阻力平衡图。

根据道路试验数据，研究车辆的最高车速为１９７ ｋｍ／ｈ，

其与行驶阻力平衡图１２得到的数据基本一致；研究车辆

的最大爬坡度为５７ ％，比图示数据略低，可能的原因在

于低速时液力变炬器的变炬器特性无法完全解析，造成

实际速比和传动效率与理论数据存在差异。通常情况下，

道路的坡度在７ ％以下，根据平衡图，在一般道路行驶时，

研究车辆可以在ＶＩ档情况下在全车速范围内运行。

图10研究车辆的刹车拖滞力特征

图11研究车辆的变速箱空挡机构等余项阻力特征

图12研究车辆的行驶阻力平衡图

４．２ ＮＥＤＣ循环行驶功率ＭＡＰ

与４．１相同，采用上述分解得到的行驶总阻力和

ＮＥＤＣ循环下的标准加速度，按式（５）所示公式可以得到

市区工况的行驶总阻力功率ＭＡＰ，如图１３所示。

()

VAPLC

VFFFP

FFRW

xamgmfv

2

1

(

x

2

total

）

加速阻力

滚阻

风阻

++=

++=

（５）火属性的字

120环境技术/EnvironmentalTechnology

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ColumnT

图13NEDC循环市区工况中的外部总阻力功率

图14NEDC循环郊区工况中的外部总阻力功率

其中，—旋转惯量系数（可以认为是和传动比

相关的系数，乘用车的范围为１．０￣１．５），ａ—加速度。

根据该阻力功率ＭＡＰ，０￣１５ ｋｍ／ｈ工况的阻力功率最

高可达到１０ ｋｗ，０￣３２ ｋｍ／ｈ工况的阻力功率最高达到

１７ ｋｗ，０￣５０ ｋｍ／ｈ工况的阻力功率最高可达到２２ ｋＷ。

此外，１５ ｋｍ／ｈ，３２ ｋｍ／ｈ和５０ ｋｍ／ｈ的稳态车速工况下的

阻力功率都在５ ｋｗ以下。

如图１４所示为市郊工况下的外部总阻力功率。根据

该阻力功率ＭＡＰ，５０￣７０ ｋｍ／ｈ工况下行驶总阻力功率范

围是１５￣３０ ｋｗ，７０￣１００ ｋｍ／ｈ工况下行驶总阻力功率范

围是２０￣３５ ｋｗ，１００￣１２０ ｋｍ／ｈ工况下行驶总阻力功率范

围是４￣５５ ｋｗ。此外，７０ ｋｍ／ｈ，１００ ｋｍ／ｈ，１２０ ｋｍ／ｈ三个

稳态车速工况下的行驶总阻力功率分别约为１０ ｋＷ，２０

ｋｗ和３５ ｋｗ。

５应用讨论

针对研究车辆开展的整车空挡滑行阻力及其分解阻

力特征的研究，以及由此得到的行驶阻力功率平衡图可

用于对比分析车辆的道路行驶性能，包括最高车速、最

大爬坡度、百公里加速和等速百公里油耗等；ＮＥＤＣ循

环行驶功率ＭＡＰ则用于研究车辆的循环工况的匹配性能

分析，包括动力传动的热效率和传动效率。通常，车辆

及动力总成输出的功率是在扣除动力电销技巧 传动能量损失（燃

烧损失、内摩擦损失、泵吸损失、传递损失等）后，克

服车辆的外部阻力，并实现加速度和巡航的驾驶功能，

因此，外部阻力水平是车辆输出功率的决定因素，也是

分析车辆的动力性和懋油经济性的重要输入．采用本文

的阻力分解方法可以比较方便地得到车辆的外部阻力，

并且由于不同状态下的车辆使用了相同的试验方法，因

此针对车辆的阻力研究具有较高的精度，可以用于上述

的道路和试验室性能研究。

６结论

１）采用相同的试验方法，不同的车辆动力总成和传

动系统集成状态，可以桂花酸梅汤 得到比较完善的整车滑行阻力分

解特征。

２）由于研究车辆前轮刹车阻滞力在中低车速下所占

比重较大，且研究车辆的变速箱空挡机构等余项阻力在

中高车速下所占比重偏大，造成了不同状态下的整车滑

行阻力特征存在较大差异，也造成了整车滑行阻力特征

在前轴轮和后轴轮除存在较大的差异。

３）根据整车滑行阻力分解得到的外部阻力，可以方

便的对整车的行驶阻力平衡关系进行分析，经道路试验

数据对比验证，最高车速和最大爬坡度的试验数据和平

衡图得到的结果相近。

４）研究车辆在ＮＥＤＣ循环中的外部总阻力功率也可

以方便地基于上述的整车滑行阻力分解结果得到，有助

（下转144页）

144环境技术/EnvironmentalTechnology

环境试验设备nvironmental

TestEquipmentE

[1]刘治国,穆志韬,邹岚.军用飞机结构局部环境谱编制方法研究[J].

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[5]刘治国,邹岚,穆志韬.军用飞机结构类型聚类分析[J].装备环境工

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参考文献：

作者简介：

刘治国（1976-），男，博士研究生，主任，讲师，主要研究方向：

飞机结构腐蚀疲劳寿命分析、失效分析。

行典型舱室环境数据预测方法研究，建立典型起落架舱

室结构的温、湿度回归预测模型，并对所建预测模型进

行残差分析，研究发现：

１）实测获得的机场环境温、湿度数据与起落架舱室

温、湿度数据符合独立性与正态性分布检验，满足了数

据回归预测分析的前提条件。

２）实测获得的机场环境温、湿度数据与起落架舱室

温、湿度数据分别存在明显的线性关系，而温度与湿度

数据之间不存在相关性。

３）以机场温、湿度数据为依托，得到起落架舱室

的温、湿度回归预测模型分别为：1t＝４．６７＋０．５７ｔ和

1h

＝４１．９１＋０．５２ｈ，上述模型残差分析显示预测模型健

康、可用。

图4温、湿度标准化残差正态P-P图

于结合循环中的数据对车辆的燃油经济性等性能指标进

行分析和评价。

５）使用本文的整车空挡滑行阻力分解特征研究方法

的应用将普遍应用于动力传动体系化开发，并专门进行

研究讨论。

（上接120页）

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er2016-

01-1115.

参考文献：

作者简介：

周阳（1980-），男，学士，工程师，主要从事整车性能集成开

发的研究工作。