一种车辆滑行时空气阻力系数的测量方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN201210125703.8	申请日：	2012.04.25
公开号：	CN103376211A	公开日：	2013.10.30
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):G01M 17/007申请日:20120425\|\|\|公开
IPC分类号：	G01M17/007	主分类号：	G01M17/007
申请人：	广州汽车集团股份有限公司
发明人：	张希波; 万方琦; 马莉
地址：	510030 广东省广州市越秀区东风中路448-458号成悦大厦23楼
优先权：
专利代理机构：	深圳市凯达知识产权事务所 44256	代理人：	朱业刚
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内容摘要

本发明提出了一种车辆滑行时空气阻力系数的测量方法，该方法将车辆置于车道上以一预定速度进行多次自由滑行，并测出滑行距离后取算术平均值；根据车辆滑行距离求得滑行距离特征值，然后根据行驶阻力特征值和滑行距离特征值的关系求得行驶阻力特征值，最后依据试验时的气温、气压、行驶阻力特征值和车辆质量计算得到车辆空气阻力系数。本发明所述测量方法简单、成本低，同时测量精度高。

权利要求书

权利要求书
1.  一种车辆滑行时空气阻力系数的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一参照GBT-12536汽车滑行试验法的试验标准，将质量为m的车辆以初速度v0和v0/a沿试验车道分别进行空挡往返滑行试验，以往返滑行各一次为一组，分别进行多组，记录车辆每次由速度v0到0、v0/a到0的滑行距离，算出车辆由速度v0到0的多组滑行距离的算术平均值S以及车辆由速度v0/a到0的多组滑行距离的算术平均值其中a为大于1的任意常数；
步骤二根据公式(1)算出滑行距离特征值r，
r=SSv0/a---(1)]]>
将滑行距离特征值r代入公式(2)中计算出行驶阻力特征值q，
r=ln(1+q)ln(1+q/a2)---(2)]]>
根据公式(3)计算出空气阻力系数Cd，
Cd=δmP0Tρ0PT0ASln(1+q)---(3)]]>
公式(3)中m为车辆质量，ρ0为标准状态下的空气密度，P0为标准状态下的大气压力，A为车辆迎风面积，T0为标准状态下的大气温度，T为试验时的大气温度，δ为考虑车轮转动惯量的车辆旋转质量换算系数。

2.  根据权利要求1所述的车辆滑行时空气阻力系数的测量方法，其特征在于，在进行步骤一前，将车辆以平均50km/h～80km/h 的车速行驶至少30min进行预热。

3.  根据权利要求2所述的车辆滑行时空气阻力系数的测量方法，其特征在于，车辆预热后，确认车辆预热是否充分，具体为在水平车道上将车辆以相同的初速度进行多次滑行，测出车辆的每次滑行距离，若车辆的多次滑行距离相互之间无递增趋势，则车辆预热充分，进行车辆滑行试验。

4.  根据权利要求1所述的车辆滑行时空气阻力系数的测量方法，其特征在于，步骤一中车辆滑行试验的组数不少于5组。

5.  根据权利要求1所述的车辆滑行时空气阻力系数的测量方法，其特征在于，步骤一中所述的a＝1.25～5。

6.  根据权利要求5所述的车辆滑行时空气阻力系数的测量方法，其特征在于，步骤一中所述的a＝2，且用下式(4)计算行驶阻力特征值q。
q=-1.302r2+4.771r+1.973r2-2.148r+1.069---(4)]]>

7.  根据权利要求1所述的车辆滑行时空气阻力的测量方法，其特征在于，所述δ的值取1.02～1.05。

8.  根据权利要求1所述的车辆滑行时空气阻力系数的测量方法，其特征在于，选取在大气温度波动不大于1℃的条件下进行车辆滑行试验。

9.  根据权利要求1所述的车辆滑行时空气阻力系数的测量方法，其特征在于，采用迎风面积投影法、用汽车高度乘以宽度的近似法、机械手绘出车辆的轮廓法、工程绘图合成法四种方法中的任意一种测量步骤四中车辆的迎风面积。

说明书

说明书一种车辆滑行时空气阻力系数的测量方法
技术领域
本发明涉及车辆性能参数测试领域，尤其是涉及一种车辆滑行时空气阻力系数的测量方法。
背景技术
车辆的空气阻力系数是一种车型的重要参数。对新车型设计和车型改装来说，减少空气阻力，以获得良好的车辆动力性和燃烧经济性，是车辆设计者的一项重要工作。因此，对车辆的空气阻力值进行测试，是车辆设计者和车辆用户都希望的。在车速较低时，空气阻力较小，行驶阻力以滚动阻力为主。随车速升高，空气阻力所占比例加大。在高速公路上行驶的车辆，空气阻力是主要的，减小空气阻力是减小车辆高速行驶阻力、节省燃油的关键。空气阻力主要由车身外形构成的形状阻力、车体突出物构成的干扰阻力、车内冷却通风构成的内循环阻力、车体与空气之间的摩擦阻力等几部分组成。除内循环阻力外，其余都与车身外形有关。车辆滑行时空气阻力对车辆改进如此重要，因此业界急需一种能准确测量车辆滑行空气阻力系数的方法。
发明内容
为了能够准确的测量出车辆滑行时的空气阻力系数，本发明提出了一种车辆滑行时空气阻力系数的测量方法，包括以下步骤：
步骤一参照GBT-12536汽车滑行试验法的试验标准，将质量为m的车辆以初速度v0和v0/a沿试验车道分别进行空挡往返滑行试验，以往返滑行各一次为一组，分别进行多组，记录车辆每次由速度v0到0、v0/a到0的滑行距离，算出车辆由速度v0到0的多组滑行距离的算术平均值S以及车辆由速度v0/a到0的多组滑行距离的算术平均值其中a为大于1的任意常数；
步骤二根据公式(1)算出滑行距离特征值r，
r=SSv0/a---(1)]]>
将滑行距离特征值r代入公式(2)中计算出行驶阻力特征值q，
r=ln(1+q)ln(1+q/a2)---(2)]]>
根据公式(3)计算出空气阻力系数Cd，
Cd=δmP0Tρ0PT0ASln(1+q)---(3)]]>
公式(3)中m为车辆质量，ρ0为标准状态下的空气密度，P0为标准状态(指气温为20度，气压为100kPa)下的大气压力，A为车辆迎风面积，T0为标准状态下的大气温度，T为试验时的大气温度，δ为考虑车轮转动惯量的车辆旋转质量换算系数。对于δ，本领域技术人员既可以直接选择业内的经验值，也可以根据计算得出。式中，∑Iw为车轮转动惯量，需通过测试得到，r为车轮半径。
步骤二中，只需测量出车辆由速度v0到0的多组滑行距离的算术平均值S以及车辆由速度v0/a到0的多组滑行距离的算术平均值就能得出车辆滑行时空气阻力系数，算法简单。
作为一种优选方案，本发明所述的车辆滑行时空气阻力系数的测量方法中在进行步骤一前，将车辆以平均50km/h～80km/h的车速行驶至少30min进行预热；车辆预热后，确认车辆预热是否充分，具体为在水平车道上将车辆以相同的初速度进行多次滑行，测出车辆的每次滑行距离，若车辆的多次滑行距离相互之间无递增趋势，则车辆预热充分，进行车辆滑行试验；在滑行试验前对车辆预热，确保滑行试验开始后，车辆的每组滑行距离一致性，避免因车辆约热不充分，造成测量工作量增加。
作为一种优选方案，本发明所述的车辆滑行时空气阻力系数的测量方法中步骤一中车辆滑行试验的组数不少于5组。
作为一种优选方案，本发明所述的车辆滑行时空气阻力系数的测量方法中，a＝1.25～5；更优选的，a＝2，且用公式(4)计算行驶阻力特征值q：
q=-1.302r2+4.771r+1.973r2-2.148r+1.069---(4)]]>
作为一种优选方案，本发明所述的车辆滑行时空气阻力系数的测量方法中所述δ的值取1.02～1.05。
作为一种优选方案，本发明所述的车辆滑行时空气阻力系数的测量方法中选取在大气温度波动不大于1℃的条件下进行车辆滑行试验。
作为一种优选方案，本发明所述的车辆滑行时空气阻力系数的测量方法中采用迎风投影面积法、用汽车高度乘以宽度的近似法、机械手绘出车辆的轮廓、工程绘图合成法四种中的任意一种测量步骤四中车辆的迎风面积。
本发明所述的车辆滑行时空气阻力系数的测量方法只需利用计量工具测出车辆每次由速度v0到0、v0/a到0的滑行距离就能算出空气阻力系数，测量方法简单，同时距离测量相对速度和时间测量，误差较小。
具体实施方式
以下为本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明车辆滑行时空气阻力系数的测量方法参照GBT-12536汽车滑行试验法的试验标准，但是车辆的滑行初速度、滑行试验的组数可以改变，本发明主要是参照GBT-12536的试验条件和利用了GBT-12536滑行试验的试验设备。
本发明所述的车辆滑行时空气阻力系数的测量方法包括以下步骤：
步骤一参照GBT-12536汽车滑行试验法的试验标准，将质量为m的车辆以初速度v0和v0/a沿试验车道分别进行空挡往返滑行试验，以往返滑行各一次为一组，分别进行多组，记录车辆每次由速度v0到0、v0/a到0的滑行距离，算出车辆由速度v0到0的多组滑行距离的算术平均值S以及车辆由速度v0/a到0的多组滑行距离的算术平均值其中a为大于1的任意常数；
步骤一中在试验车辆进入试验轨道前，选定一个方向为正方向，其相反方向为负方向，同时，进入试验轨道前的车速应比车辆的试验滑行初速度大5km/h～10km/h，这样保证滑行试验开始的车速基本为选定的滑行初速度，进行多次滑行试验后取车辆滑行距离的算术平均值使测得的数据更准确；车辆滑行试验的具体记录为当车辆沿一个方向滑行停止后，记录滑行距离，当车辆以相反方向滑行结束后，记录出滑行距离，并求出车辆此组的滑行距离的算术平均值，当进行多组试验后，将车辆每组算出的滑行距离算术平均值再平均得出车辆的最终算术平均值，对于算术平均值计算公式，本领域技术人员结合现有技术可以得到，本步骤中利用gps设备测出车辆的滑行距离-速度曲线，然后根据曲线找出车辆初速度v0对应的滑行距离和车辆初速度v0/a对应的滑行距离；
步骤一中，测车辆由速度v0到0的多组滑行距离的算术平均值S以及车辆由速度v0/a到0的多组滑行距离的算术平均值也可以一次进行，即以初速度v0进行多组往返滑行实验，然后从实验记录中选取速度v0到0、v0/a到0的滑行距离，进而计算平均滑行距离。
步骤二根据公式(1)算出滑行距离特征值r，
r=SSv0/a---(1)]]>
将滑行距离特征值r代入公式(2)中计算出行驶阻力特征值q，
r=ln(1+q)ln(1+q/a2)---(2)]]>
根据公式(3)计算出空气阻力系数Cd，
Cd=δmP0Tρ0PT0ASln(1+q)---(3)]]>
公式(3)中m为车辆质量，单位为kg，ρ0为标准状态(指气温为20度，气压为100kPa)下的空气密度，其大小为ρ0＝1.293kg/m3；P0为标准状态下的大气压力，其大小P0＝100kPa；A为车辆迎风面积，T0为标准状态下的大气温度，其大小T0＝273K；T为试验时的大气温度，单位K；δ为考虑车轮转动惯量的车辆旋转质量换算系数，其普适的计算公式为其中，∑Iw为车轮转动惯量(本领域技术人员可利用现有技术测试得到)，r为车轮半径。
步骤二的具体计算为先将步骤一求出的平均滑行距离S和带入步骤二中公式(1)中求出r，再带入公式(2)中求出q，车辆的迎风面积A通过迎风投影面积法、用汽车高度乘以宽度的近似法、机械手绘出车辆的轮廓、工程绘图合成法之一测量，本发明采用汽车高度乘以宽度的近似法测量车辆迎风面积，考虑车轮转动惯量的车辆旋转质量换算系数δ可利用求出，也可直接选用经过本发明的发明人多次验证的优选经验值1.02～1.05；最后将各式求出的A、δ、q值带入公式(3)中求出空气阻力系数Cd；通过以上计算公式只需要在车辆滑行试验时测出车辆的滑行距离，测量方法简单，实用。
本发明所述车辆滑行时空气阻力系数的测量方法在车辆试验前先进行预热，保证滑行试验测出的各组数据基本一致，避免滑行试验开始后造成数据不一致进而工作量增大，具体的预热方式为将车辆以平均50km/h～80km/h的车速行驶至少30min，当然预热方式还得结合试验场地的海拔、试验的季节等因素综合考虑。
车辆预热后，为了能准确判断判断车辆是否已经充分预热，本发明提出预热是否充分的一种判断方法，具体为在水平车道上将车辆以相同的初速度进行多次滑行，若车辆的多次滑行距离相互之间无递增趋势，则车辆预热充分，进行车辆滑行试验；另外当车辆试验数据记录开始后，若一组数据中的一个数据异常，此组数据删除，保证测得数据更接近实际情况，这里异常是指有外来事物进入试验车道造成测量数据失真。
本发明车辆滑行时空气阻力系数的测量方法中，滑行试验的组数可以为一组或多组，但为了提高车辆滑行距离的准确性，滑行试验的组数优选应大于或等于5。
为了保证车辆每次滑行试验的滑行距离更接近，车辆在滑行时要保持基本沿直线行驶，车辆中的驾驶员尽量少动方向盘，同时避免使用制动功能。
本发明原则上a可以取大于1的任意常数，但显然a仅略大于1则接近a无穷大则接近0，两种情况下的较小误差就会引起滑行距离特征值r的较大误差。经过尝试，a＝1.25～5时试验精度较好，故推荐采用该范围内的值。
一般情况下，根据(2)式直接求q不太容易，但可以采用曲线拟合等方法近似求解。推荐选取a＝2，并用下式(4)计算行驶阻力特征值q：
q=-1.302r2+4.771r+1.973r2-2.148r+1.069---(4)]]>
尽管存在精度更高的拟合公式，但往往结构更为复杂。(4)式的精度足以满足计算要求，而且结构简单，可省去用计算机软件对公式(2)拟合计算的步骤，因此，优选a＝2，并用公式q=-1.302r2+4.771r+1.973r2-2.148r+1.069]]>计算行驶阻力特征值q。
本发明车辆滑行时空气阻力系数的测量方法中优选的外部环境参数如下：
气温在5℃～32℃之间；大气湿度应小于95％；大气压应大于91.8kPa；平均风速应小于3m/s，最大风速应小于5m/s，试验道路垂直方向的平均风速应小于2m/s，风速应在高出路面0.7m处测量；应在清洁、干燥、平坦的，用沥青或混凝土铺装的直线道路上进行，道路长2km～3km，宽不小于8m，纵向坡度在0.1％以内。
为了尽量减小外部环境对滑行试验造成的误差，本发明选取环境温度波动不大于1℃的环境下进行车辆滑行试验。
本发明车辆滑行时空气阻力系数的测量方法只需要测出车辆每次由速度v0到0、v0/a到0的滑行距离，就能算出车辆的空气阻力系数，测量简单，操作方便，算法准确，算出空气阻力是为了在车辆设计时降低滑行阻力，从而降低油耗，提高燃油经济性提供准确的参考。
下面详细说明公式(3)的推导过程。
假定车辆在道路上滑行时的行驶阻力仅包括滚动阻力和空气阻力两部分，行驶阻力模型如(5)式所示：
F(v)＝k0+k2v2 (5)
式中：
k0——行驶阻力的常数项系数，即滚动阻力，单位：N；
k2——行驶阻力的二次项系数；
v——车速，单位：km/h；
k2v2——空气阻力，单位：N。
将(5)式左侧写成微分形式，得：
δmdv3.6dt=k0+k2v2]]>
式中：
m——车辆质量，单位：kg；
δ——考虑车轮转动惯量的车辆旋转质量换算系数；
k0——行驶阻力的常数项系数，即滚动阻力，温度：N；
k2——行驶阻力的二次项系数；
v——车速，温度：km/h；
dv——车速的微分，温度：km/h；
dt——时间的微分，温度：s。
上式左右两侧乘滑行距离的微分ds，得：
δmdv3.6dtds=(k0+k2v2)ds]]>
由于上式变形得：
δmdv3.62v=(k0+k2v2)ds]]>
上式为可分离变量的微分方程，变形得：
ds=δmv3.62(k0+k2v2)dv]]>
积分得滑行距离表达式：
S=δm2×k2×3.62lnk0+k2v02k0]]>
令q=k2v02k0,]]>则：
S=δm2×k2×3.62ln(1+q)]]>
又由于k2=CdρA2×3.62,]]>得：
S=δmCdρAln(1+q)]]>
整理得：
Cd=δmρASln(1+q)]]>
空气密度ρ=PT0P0Tρ0,]]>式中：
将空气密度ρ带入Cd的计算式，可得：
Cd=δmP0Tρ0PT0ASln(1+q)---(3)]]>
式中：
m——车辆质量，单位：kg；
δ——考虑车轮转动惯量的车辆旋转质量换算系数，其普适计算公式为其中，∑Iw为车轮转动惯量，r为车轮半径；
P0——标准状态的大气压力，P0＝100kPa；
T0——标准状态的大气温度，T0＝273K；
ρ0——标准状态的空气密度，ρ0＝1.293kg/m3；
P——试验时的大气压力，单位：kPa；
T——试验时的大气温度，单位：K；
A——车辆迎风面积，单位：m2；
S——滑行距离，单位：m；
下面详细说明(2)式的推导过程。
初始速度v0对应的滑行距离为：
Sv0=δm2×k2×3.62lnk0+k2v02k0=δm2×k2×3.62ln(1+q)]]>
初始速度对应的滑行距离为：
Sv0/a=δm2×k2×3.62lnk0+k2v02/a2k0=δm2×k2×3.62ln(1+q/a2)]]>
则：
Sv0Sv0/a=ln(1+q)ln(1+q/a2)]]>
令r=Sv0Sv0/a,]]>则：
r=ln(1+q)ln(1+q/a2)---(2)]]>
式中：
r——滑行距离特征值，根据(1)式计算；
a——大于1的任意常数，与(1)式中的a取值一致。
下面为本发明一个具体例子，气象条件：试验时气温为7℃，气压为101kPa，微风速度小于2m/s；胎压调整：确保轮胎在7℃下充分热平衡后，将冷态胎压调整到车辆生产商推荐值220kPa；车辆质量：试验车乘坐一名驾驶人员，此时车辆质量1409kg；根据车轮转动惯量和半径计算得出的车辆旋转质量换算系数δ＝1.027；利用投影法测得车辆的迎风面积A＝2.2m2。
以80km/h的速度对车辆预热30分钟后，将车辆以初速度v0＝120km/h和v0/a＝60km/h分别进行往返滑行5组，记录每次滑行试验时120km/h至0km/h的滑行距离和60km/h至0km/h的滑行距离，其中v0/a＝60km/h，即a＝2，其中采用便携式GPS设备(采样频率10Hz)进行记录，记录数据如下：

将上述测得数据利用下述公式求出v0＝120km/h的平均值S
S=1768.7+1794.7+1788.3+1795.5+1788.55=1787.1;]]>
60km/h至0km/h滑行距离平均值
Sv0/2=701.6+711.4+708.5+714.4+702.35=707.6;]]>
按照公式(1)得出
r=SSV0/2=1787.1707.6=2.526;]]>
按照公式(4)计算行驶阻力特征值q如下：
q=-1.302r2+4.771r+1.973r2-2.148r+1.069=-1.302*2.5262+4.771*2.526+1.9732.5262-2.148*2.526+1.069=2.752;]]>
按照公式(3)求出
Cd=δmP0Tρ0PT0ASln(1+q)=1.027*1409*100*(273+7)1.293*101*273*2.2*1787.1=0.3821.]]>
以上为本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

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1、(10)申请公布号 CN 103376211 A (43)申请公布日 2013.10.30 CN 103376211 A *CN103376211A* (21)申请号 201210125703.8 (22)申请日 2012.04.25 G01M 17/007(2006.01) (71)申请人广州汽车集团股份有限公司地址 510030 广东省广州市越秀区东风中路 448-458 号成悦大厦 23 楼 (72)发明人张希波万方琦马莉 (74)专利代理机构深圳市凯达知识产权事务所 44256 代理人朱业刚 (54) 发明名称一种车辆滑行时空气阻力系数的测量方法 (57) 摘要本发明。

2、提出了一种车辆滑行时空气阻力系数的测量方法，该方法将车辆置于车道上以一预定速度进行多次自由滑行，并测出滑行距离后取算术平均值；根据车辆滑行距离求得滑行距离特征值，然后根据行驶阻力特征值和滑行距离特征值的关系求得行驶阻力特征值，最后依据试验时的气温、气压、行驶阻力特征值和车辆质量计算得到车辆空气阻力系数。本发明所述测量方法简单、成本低，同时测量精度高。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页说明书 8 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书1页说明书8页 (10)申请公布号 CN 103376211 A CN 10。

3、3376211 A *CN103376211A* 1/1 页 2 1. 一种车辆滑行时空气阻力系数的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一参照 GBT-12536 汽车滑行试验法的试验标准，将质量为 m 的车辆以初速度 v0和 v0/a 沿试验车道分别进行空挡往返滑行试验，以往返滑行各一次为一组，分别进行多组，记录车辆每次由速度 v0到 0、 v0/a 到 0 的滑行距离，算出车辆由速度 v0到 0 的多组滑行距离的算术平均值 S 以及车辆由速度 v0/a 到 0 的多组滑行距离的算术平均值其中 a 为大于 1 的任意常数；步骤二根据公式 (1) 算出滑行距离特。

4、征值 r，将滑行距离特征值 r 代入公式 (2) 中计算出行驶阻力特征值 q，根据公式 (3) 计算出空气阻力系数 Cd，公式(3)中m为车辆质量， 0为标准状态下的空气密度， P0为标准状态下的大气压力， A 为车辆迎风面积， T0为标准状态下的大气温度， T 为试验时的大气温度，为考虑车轮转动惯量的车辆旋转质量换算系数。 2. 根据权利要求 1 所述的车辆滑行时空气阻力系数的测量方法，其特征在于，在进行步骤一前，将车辆以平均 50km/h 80km/h 的车速行驶至少 30min 进行预热。 3. 根据权利要求 2 所述的车辆滑行时空气阻力系数的测量方法，其特征在于，。

5、车辆预热后，确认车辆预热是否充分，具体为在水平车道上将车辆以相同的初速度进行多次滑行，测出车辆的每次滑行距离，若车辆的多次滑行距离相互之间无递增趋势，则车辆预热充分，进行车辆滑行试验。 4. 根据权利要求 1 所述的车辆滑行时空气阻力系数的测量方法，其特征在于，步骤一中车辆滑行试验的组数不少于 5 组。 5. 根据权利要求 1 所述的车辆滑行时空气阻力系数的测量方法，其特征在于，步骤一中所述的 a 1.25 5。 6. 根据权利要求 5 所述的车辆滑行时空气阻力系数的测量方法，其特征在于，步骤一中所述的 a 2，且用下式 (4) 计算行驶阻力特征值 q。 7.。

6、根据权利要求 1 所述的车辆滑行时空气阻力的测量方法，其特征在于，所述的值取 1.02 1.05。 8. 根据权利要求 1 所述的车辆滑行时空气阻力系数的测量方法，其特征在于，选取在大气温度波动不大于 1的条件下进行车辆滑行试验。 9. 根据权利要求 1 所述的车辆滑行时空气阻力系数的测量方法，其特征在于，采用迎风面积投影法、用汽车高度乘以宽度的近似法、机械手绘出车辆的轮廓法、工程绘图合成法四种方法中的任意一种测量步骤四中车辆的迎风面积。权利要求书 CN 103376211 A 2 1/8 页 3 一种车辆滑行时空气阻力系数的测量方法技术领域 0001。

7、本发明涉及车辆性能参数测试领域，尤其是涉及一种车辆滑行时空气阻力系数的测量方法。背景技术 0002 车辆的空气阻力系数是一种车型的重要参数。对新车型设计和车型改装来说，减少空气阻力，以获得良好的车辆动力性和燃烧经济性，是车辆设计者的一项重要工作。因此，对车辆的空气阻力值进行测试，是车辆设计者和车辆用户都希望的。在车速较低时，空气阻力较小，行驶阻力以滚动阻力为主。随车速升高，空气阻力所占比例加大。在高速公路上行驶的车辆，空气阻力是主要的，减小空气阻力是减小车辆高速行驶阻力、节省燃油的关键。空气阻力主要由车身外形构成的形状阻力、车体突出物构成的干扰阻力、。

8、车内冷却通风构成的内循环阻力、车体与空气之间的摩擦阻力等几部分组成。除内循环阻力外，其余都与车身外形有关。车辆滑行时空气阻力对车辆改进如此重要，因此业界急需一种能准确测量车辆滑行空气阻力系数的方法。发明内容 0003 为了能够准确的测量出车辆滑行时的空气阻力系数，本发明提出了一种车辆滑行时空气阻力系数的测量方法，包括以下步骤： 0004 步骤一参照 GBT-12536 汽车滑行试验法的试验标准，将质量为 m 的车辆以初速度 v0和 v0/a 沿试验车道分别进行空挡往返滑行试验，以往返滑行各一次为一组，分别进行多组，记录车辆每次由速度 v0到 0、 v0/a 。

9、到 0 的滑行距离，算出车辆由速度 v0到 0 的多组滑行距离的算术平均值 S 以及车辆由速度 v0/a 到 0 的多组滑行距离的算术平均值其中 a 为大于 1 的任意常数； 0005 步骤二根据公式 (1) 算出滑行距离特征值 r， 0006 0007 将滑行距离特征值 r 代入公式 (2) 中计算出行驶阻力特征值 q， 0008 0009 根据公式 (3) 计算出空气阻力系数 Cd， 0010 0011 公式 (3) 中 m 为车辆质量， 0为标准状态下的空气密度， P0为标准状态 ( 指气温为 20 度，气压为 100kPa) 下的大气压力， A 为车辆迎风面积， T0为标准状。

10、态下的大气温度， T 为试验时的大气温度，为考虑车轮转动惯量的车辆旋转质量换算系数。对于，本领域说明书 CN 103376211 A 3 2/8 页 4 技术人员既可以直接选择业内的经验值，也可以根据计算得出。式中， Iw 为车轮转动惯量，需通过测试得到， r 为车轮半径。 0012 步骤二中，只需测量出车辆由速度 v0到 0 的多组滑行距离的算术平均值 S 以及车辆由速度 v0/a 到 0 的多组滑行距离的算术平均值就能得出车辆滑行时空气阻力系数，算法简单。 0013 作为一种优选方案，本发明所述的车辆滑行时空气阻力系数的测量方法中在进行步骤一前，将车辆以平均 5。

11、0km/h 80km/h 的车速行驶至少 30min 进行预热；车辆预热后，确认车辆预热是否充分，具体为在水平车道上将车辆以相同的初速度进行多次滑行，测出车辆的每次滑行距离，若车辆的多次滑行距离相互之间无递增趋势，则车辆预热充分，进行车辆滑行试验；在滑行试验前对车辆预热，确保滑行试验开始后，车辆的每组滑行距离一致性，避免因车辆约热不充分，造成测量工作量增加。 0014 作为一种优选方案，本发明所述的车辆滑行时空气阻力系数的测量方法中步骤一中车辆滑行试验的组数不少于 5 组。 0015 作为一种优选方案，本发明所述的车辆滑行时空气阻力系数的测量方法中， a。

12、 1.25 5 ；更优选的， a 2，且用公式 (4) 计算行驶阻力特征值 q ： 0016 0017 作为一种优选方案，本发明所述的车辆滑行时空气阻力系数的测量方法中所述的值取 1.02 1.05。 0018 作为一种优选方案，本发明所述的车辆滑行时空气阻力系数的测量方法中选取在大气温度波动不大于 1的条件下进行车辆滑行试验。 0019 作为一种优选方案，本发明所述的车辆滑行时空气阻力系数的测量方法中采用迎风投影面积法、用汽车高度乘以宽度的近似法、机械手绘出车辆的轮廓、工程绘图合成法四种中的任意一种测量步骤四中车辆的迎风面积。 0020 本发明所述的车辆滑行时空气阻力。

13、系数的测量方法只需利用计量工具测出车辆每次由速度 v0到 0、 v0/a 到 0 的滑行距离就能算出空气阻力系数，测量方法简单，同时距离测量相对速度和时间测量，误差较小。具体实施方式 0021 以下为本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。 0022 本发明车辆滑行时空气阻力系数的测量方法参照 GBT-12536 汽车滑行试验法的试验标准，但是车辆的滑行初速度、滑行试验的组数可以改变，本发明主要是参照 GBT-12536 的试验条件和利用了 GBT-12536 滑行试验的试验设备。 0023 。

14、本发明所述的车辆滑行时空气阻力系数的测量方法包括以下步骤： 0024 步骤一参照 GBT-12536 汽车滑行试验法的试验标准，将质量为 m 的车辆以初速度 v0和 v0/a 沿试验车道分别进行空挡往返滑行试验，以往返滑行各一次为一组，分别进行多组，记录车辆每次由速度 v0到 0、 v0/a 到 0 的滑行距离，算出车辆由速度 v0到 0 的多组滑行说明书 CN 103376211 A 4 3/8 页 5 距离的算术平均值 S 以及车辆由速度 v0/a 到 0 的多组滑行距离的算术平均值其中 a 为大于 1 的任意常数； 0025 步骤一中在试验车辆进入试验轨道前，选定。

15、一个方向为正方向，其相反方向为负方向，同时，进入试验轨道前的车速应比车辆的试验滑行初速度大 5km/h 10km/h，这样保证滑行试验开始的车速基本为选定的滑行初速度，进行多次滑行试验后取车辆滑行距离的算术平均值使测得的数据更准确；车辆滑行试验的具体记录为当车辆沿一个方向滑行停止后，记录滑行距离，当车辆以相反方向滑行结束后，记录出滑行距离，并求出车辆此组的滑行距离的算术平均值，当进行多组试验后，将车辆每组算出的滑行距离算术平均值再平均得出车辆的最终算术平均值，对于算术平均值计算公式，本领域技术人员结合现有技术可以得到，本步骤中利用gps设备测出车辆。

16、的滑行距离-速度曲线，然后根据曲线找出车辆初速度 v0对应的滑行距离和车辆初速度 v0/a 对应的滑行距离； 0026 步骤一中，测车辆由速度 v0到 0 的多组滑行距离的算术平均值 S 以及车辆由速度 v0/a 到 0 的多组滑行距离的算术平均值也可以一次进行，即以初速度 v0进行多组往返滑行实验，然后从实验记录中选取速度 v0到 0、 v0/a 到 0 的滑行距离，进而计算平均滑行距离。 0027 步骤二根据公式 (1) 算出滑行距离特征值 r， 0028 0029 将滑行距离特征值 r 代入公式 (2) 中计算出行驶阻力特征值 q， 0030 0031 根据公式 (3)。

17、计算出空气阻力系数 Cd， 0032 0033 公式 (3) 中 m 为车辆质量，单位为 kg， 0为标准状态 ( 指气温为 20 度，气压为 100kPa) 下的空气密度，其大小为 0 1.293kg/m3； P0为标准状态下的大气压力，其大小 P0 100kPa ； A 为车辆迎风面积， T0为标准状态下的大气温度，其大小 T0 273K ； T 为试验时的大气温度，单位 K ；为考虑车轮转动惯量的车辆旋转质量换算系数，其普适的计算公式为其中， Iw为车轮转动惯量 ( 本领域技术人员可利用现有技术测试得到 )， r 为车轮半径。 0034 步骤二的具体计算为先将步骤。

18、一求出的平均滑行距离 S 和带入步骤二中公式 (1) 中求出 r，再带入公式 (2) 中求出 q，车辆的迎风面积 A 通过迎风投影面积法、用汽车高度乘以宽度的近似法、机械手绘出车辆的轮廓、工程绘图合成法之一测量，本发明采用汽车高度乘以宽度的近似法测量车辆迎风面积，考虑车轮转动惯量的车辆旋转质量换算系数可利用求出，也可直接选用经过本发明的发明人多次验证的优选经验值 1.02 1.05 ；最后将各式求出的 A、、 q 值带入公式 (3) 中求出空气阻力系数 Cd；通过以上计算公式只需要在车辆滑行试验时测出车辆的滑行距离，测量方法简单，实用。说明书 CN 1。

19、03376211 A 5 4/8 页 6 0035 本发明所述车辆滑行时空气阻力系数的测量方法在车辆试验前先进行预热，保证滑行试验测出的各组数据基本一致，避免滑行试验开始后造成数据不一致进而工作量增大，具体的预热方式为将车辆以平均 50km/h 80km/h 的车速行驶至少 30min，当然预热方式还得结合试验场地的海拔、试验的季节等因素综合考虑。 0036 车辆预热后，为了能准确判断判断车辆是否已经充分预热，本发明提出预热是否充分的一种判断方法，具体为在水平车道上将车辆以相同的初速度进行多次滑行，若车辆的多次滑行距离相互之间无递增趋势，则车辆预热充分，进行车辆。

20、滑行试验；另外当车辆试验数据记录开始后，若一组数据中的一个数据异常，此组数据删除，保证测得数据更接近实际情况，这里异常是指有外来事物进入试验车道造成测量数据失真。 0037 本发明车辆滑行时空气阻力系数的测量方法中，滑行试验的组数可以为一组或多组，但为了提高车辆滑行距离的准确性，滑行试验的组数优选应大于或等于 5。 0038 为了保证车辆每次滑行试验的滑行距离更接近，车辆在滑行时要保持基本沿直线行驶，车辆中的驾驶员尽量少动方向盘，同时避免使用制动功能。 0039 本发明原则上 a 可以取大于 1 的任意常数，但显然 a 仅略大于 1 则接近 a 无穷大则接近。

21、0，两种情况下的较小误差就会引起滑行距离特征值 r 的较大误差。经过尝试， a 1.25 5 时试验精度较好，故推荐采用该范围内的值。 0040 一般情况下，根据 (2) 式直接求 q 不太容易，但可以采用曲线拟合等方法近似求解。推荐选取 a 2，并用下式 (4) 计算行驶阻力特征值 q ： 0041 0042 尽管存在精度更高的拟合公式，但往往结构更为复杂。 (4)式的精度足以满足计算要求，而且结构简单，可省去用计算机软件对公式(2)拟合计算的步骤，因此，优选a2，并用公式计算行驶阻力特征值 q。 0043 本发明车辆滑行时空气阻力系数的测量方法中优选的外部环境。

22、参数如下： 0044 气温在 5 32之间；大气湿度应小于 95；大气压应大于 91.8kPa ；平均风速应小于 3m/s，最大风速应小于 5m/s，试验道路垂直方向的平均风速应小于 2m/s，风速应在高出路面 0.7m 处测量；应在清洁、干燥、平坦的，用沥青或混凝土铺装的直线道路上进行，道路长 2km 3km，宽不小于 8m，纵向坡度在 0.1以内。 0045 为了尽量减小外部环境对滑行试验造成的误差，本发明选取环境温度波动不大于 1的环境下进行车辆滑行试验。 0046 本发明车辆滑行时空气阻力系数的测量方法只需要测出车辆每次由速度 v0到 0、 v0/。

23、a 到 0 的滑行距离，就能算出车辆的空气阻力系数，测量简单，操作方便，算法准确，算出空气阻力是为了在车辆设计时降低滑行阻力，从而降低油耗，提高燃油经济性提供准确的参考。 0047 下面详细说明公式 (3) 的推导过程。 0048 假定车辆在道路上滑行时的行驶阻力仅包括滚动阻力和空气阻力两部分，行驶阻力模型如 (5) 式所示：说明书 CN 103376211 A 6 5/8 页 7 0049 F(v) k0+k2v2 (5) 0050 式中： 0051 k0行驶阻力的常数项系数，即滚动阻力，单位： N ； 0052 k2行驶阻力的二次项系数； 0053 。

24、v车速，单位： km/h ； 0054 k2v2空气阻力，单位： N。 0055 将 (5) 式左侧写成微分形式，得： 0056 0057 式中： 0058 m车辆质量，单位： kg ； 0059 考虑车轮转动惯量的车辆旋转质量换算系数； 0060 k0行驶阻力的常数项系数，即滚动阻力，温度： N ； 0061 k2行驶阻力的二次项系数； 0062 v车速，温度： km/h ； 0063 dv车速的微分，温度： km/h ； 0064 dt时间的微分，温度： s。 0065 上式左右两侧乘滑行距离的微分 ds，得： 0066 0067 由于上式变形得。

25、： 0068 0069 上式为可分离变量的微分方程，变形得： 0070 0071 积分得滑行距离表达式： 0072 0073 令则： 0074 0075 又由于得： 0076 0077 整理得：说明书 CN 103376211 A 7 6/8 页 8 0078 0079 空气密度式中： 0080 将空气密度带入 Cd的计算式，可得： 0081 0082 式中： 0083 m车辆质量，单位： kg ； 0084 考虑车轮转动惯量的车辆旋转质量换算系数，其普适计算公式为其中， Iw为车轮转动惯量， r 为车轮半径； 0085 P0标准状态的大气压力， P0 。

26、100kPa ； 0086 T0标准状态的大气温度， T0 273K ； 0087 0标准状态的空气密度， 0 1.293kg/m3； 0088 P试验时的大气压力，单位： kPa ； 0089 T试验时的大气温度，单位： K ； 0090 A车辆迎风面积，单位： m2； 0091 S滑行距离，单位： m ； 0092 下面详细说明 (2) 式的推导过程。 0093 初始速度 v0对应的滑行距离为： 0094 0095 初始速度对应的滑行距离为： 0096 0097 则： 0098 0099 令则： 0100 0101 式中： 0102 r滑行距离特征值，根据 (1。

27、) 式计算； 0103 a大于 1 的任意常数，与 (1) 式中的 a 取值一致。说明书 CN 103376211 A 8 7/8 页 9 0104 下面为本发明一个具体例子，气象条件：试验时气温为 7，气压为 101kPa，微风速度小于 2m/s ；胎压调整：确保轮胎在 7下充分热平衡后，将冷态胎压调整到车辆生产商推荐值220kPa ；车辆质量：试验车乘坐一名驾驶人员，此时车辆质量1409kg ；根据车轮转动惯量和半径计算得出的车辆旋转质量换算系数 1.027 ；利用投影法测得车辆的迎风面积 A 2.2m2。 0105 以 80km/h 的速度。

28、对车辆预热 30 分钟后，将车辆以初速度 v0 120km/h 和 v0/a 60km/h分别进行往返滑行5组，记录每次滑行试验时120km/h至0km/h的滑行距离和60km/ h 至 0km/h 的滑行距离，其中 v0/a 60km/h，即 a 2，其中采用便携式 GPS 设备 ( 采样频率 10Hz) 进行记录，记录数据如下： 0106 0107 0108 说明书 CN 103376211 A 9 8/8 页 10 0109 将上述测得数据利用下述公式求出 v0 120km/h 的平均值 S 0110 0111 60km/h 至 0km/h 滑行距离平均值 0112 。

29、0113 按照公式 (1) 得出 0114 0115 按照公式 (4) 计算行驶阻力特征值 q 如下： 0116 0117 按照公式 (3) 求出 0118 0119 以上为本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。 0120 另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。说明书 CN 103376211 A 10 。

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